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粉地皮層異形面頂管地道防水設計

  • 2022-03-16

  • 運營部


頂管施工需要根據工程特點,因地制宜制定相關混凝土技術要求和措施,完善結構混凝土自防水體系,是確保結構防水和耐久性的關鍵。唐興裝備深耕非開挖行業17年,是國內領先的頂管設備設計制造商,接下來以鄭州市沈莊北路——商鼎路下穿中州大道隧道工程為例,對在粉土層中的異形大斷面頂管混凝土自防水、管節接口防水以及頂管出洞裝置的設計進行了論述,以期為今后類似工程的設計及施工積累經驗。

1工程慨況

鄭州市沈莊北路一商鼎路下穿中州大道隧道工程沈莊北路與熊耳河交叉口,至商鼎路與通泰路交叉口,全長1.01km。中州大道是貫穿都会南北的一條重要快速通道,也是鄭州市的中央生態大道,紅線寬度100m。工程以頂管法下穿中州大道,其余區段為明挖法。本文頂管段地道的防水技術及耐久性要求,從設計的角度進行簡要的闡述和總結。頂管段隧道縱斷面及工程概況見圖1、表1。




本地道頂管段由二條機動車道和2條非機動車道組成,此中機動車道頂管选拔類橢圓形鋼筋混凝土管節,高7.5m,寬10.4m;非機動車道頂管采用矩形鋼筋混凝土管節,高4.2m,寬6.9m;均從沈莊工作井出發向商鼎工作井頂進。頂管橫斷面如圖二所示,工程地質及水文條件如表二所示。


本工程具有以下特點及必要解決的技術問題:

1)頂管管節結構斷面大,頂進距離長,施工大,對接頭防水要求高。

2)頂管位于粉土層,土層結構松散、穩定性差、透水性強,對接頭防水密封要求高。

3)隧道埋深深,頂部覆土厚度達9.3m,水頭壓力較大,

2防水原則與防水標準

依照「地下工程防水技術規范」的相關要求,結合工程實際情況,設計提出“以防為主、剛柔并濟、因地制宜、綜合处理”的防水原則;选择高精度鋼模制作高精度管節,以管節混凝土自防水為根本,以接縫防水為重點,確保工程整體防水效果。

對于有人員活動但不停留、少量濕漬基本不影響設備運轉的隧道工程,按防水等級二級的要求進行設計;同時,注重鋼筋混凝土結構耐久性的設計,以滿足結構利用壽命100年的設計要求。

3混凝土自防水及耐久性

頂管隧道在地下水土壓力下工作,要防止地下水滲入,首先要求管節混凝土本身具備良好的抗滲性和耐久性。依據國家相關規范,結合結構埋深及水文地質條件等外在身分的影響,對頂管管節混凝土提出抗滲等級、強度等級、氯離子擴散系數、電通量、60d干燥收縮率、裂縫寬度等一系列技術要求,以滿足混凝土結構的耐久性要求。管節混凝土要滿足上述優良的技術性能要求,需要從混凝土原材料控制比共同研究入手,加強管節混凝土制備、運輸、澆筑、養護等施工的全過程管理。從設計的角度控制管節混凝土質量的措施主要有:

1)原材料控制的關鍵在于降低水化熱,減少混凝土的收縮裂縫。為此,要求选择低水化熱的水泥,并用粉煤灰、礦渣粉等優質活性礦物摻和料取代部分水泥;同時控制粗細骨料的級配,以使膠凝原料與料結合得完美,并對于原材料中的堿、氯離子等有害物質作嚴格限制。

2)联合比研究的主要目的是控制膠凝资料用量及用水量。膠凝质料用量過多會產生多余的水化熱,用水量過多會使混凝土產生泌水等不利情況。于是在合理選取水膠比的同時,要求添加聚羧酸系高效減水劑,從而盡能够解決混凝土因为多余的水而引起的多種病害。

3)混凝土養護的關鍵在于保溫、保濕。通過對濕度、溫度及養護時間提出具體要求及灵验控制,同時責成施工單位作出混凝土養護的施工組織方案,從而確保結構混凝土的質量。

綜上所述,通過現場澆筑試件,并經設計、施工、監理及業主各方的綜合評判,本隧道管節防水混凝土的主要技術要求為:采用低水化熱水泥,并要求C3A含量≤8%;控制混凝土氯離子含量(s膠凝材料的0.1%)和堿含量(≤3kg/m3);膠凝材料的用量控制在410~500kg/m3,水膠比≤0.35;添加聚羧酸系高效減水劑調節混凝土施工性能。同時,從施工管理上提出預制管節在場地堆放時,夏季噴水養護、冬季防止管片混凝土受凍害、混凝土內部和外表溫差不大于20℃等措施,以確保設計要求的管節混凝土質量。

4管節接縫防水設計

4.1管節接口防水設計

本工程機動車道與非機動車道頂管管節的接頭采用相同形式。目前國內頂管管節通常采用“F形”
鋼承口式接口,鋼套環一端埋入混凝土管節中,另一端與管節外弧面的槽口組成防水構造(見圖3)。

“F形”鋼承口式接口的防水機理如下:

1)接口“F”形鋼承插管以楔形橡膠止水圈作為首要防水線,材質為氯丁橡膠。止水圈由高強粘結劑粘于無鋼套環管節端頭基面上。當頂管機接口插入時,橡膠止水圈受到鋼套環的擠壓,與鋼套環緊密相貼,起到防水的作用。

2)考慮頂管機鋼套環與管節混凝土溫差收縮不,二者之間可以存在滲水通道,于是在混凝土毗邻觸的鋼套環環面上設置兜繞成環的遇水膨脹橡膠條。另外,鋼套環管節端頭預留溝槽,灌注低模量聚氨醋密封膠。通過上述兩條步调來達到鋼套環與混凝土之間的防水目的。

3)當整條頂管隧道施工完畢后,管節接頭之間的背土面嵌縫溝槽內嵌填高模量聚氨脂密封膠或聚合物水泥防水砂漿,從而在管節接頭處造成封閉的防水體系。

4)為均勻管節間的相互作用力、減少接口處混凝土在施工中的破損,管節接頭之間需設置膠合板或本松板作為傳力襯墊。本工程平面為直線段,因而选拔膠合板。

對于面頂管地道,除上述防水措施外,可在接口鋼套環處設置雙道楔形橡膠密封圈加強防水,并在接口中部預留密封墊溝槽,設置彈性密封墊作為輔助防線。

據了解,此類接頭構造形式國內已有發明專利u并應用于某些工程。當接頭外側的橡膠密封圈失效后,中部的彈性密封墊能夠繼續發揮防水功效,理論上能够大大提高接頭防水职能并延長結構使用壽命。當然,因为其構造形式為復雜、施工工藝繁瑣,實際通車后的防水效果终究怎样尚需時日驗證。鑒于本地道頂管段均為直線段,且周邊無腐蝕性介質,在保證接頭防水質量的前提下,從簡化施工工藝、節省工期、經濟性等角度綜合考慮,設計拔取了圖三中现在為成熟的的接頭防水構造步地。

4.2機動車道管節縱縫防水設計

本工程在最初設計時,因为機動車道頂管管節的斷面尺寸較大,單節重約73t,一次成型制作存在諸多,因而考慮选拔二分塊拼裝成環的方案。此類構造阵势在國內尚無先例,根據管節縱縫結構的特點,設計拔取雙面覆橡膠膩子防水襯墊板覆貼在接縫外表作為主要防線,同時在縱縫背水面的預留凹槽內嵌填高模量聚氨酯密封膠密封以加強防水。雙面覆橡膠膩子防水襯墊板的意思是使用襯墊板受壓產生的反彈力來達到密封防水的目的。它是在普通襯墊板外表覆貼厚度的橡膠膩子層,當襯墊板受壓時,該膩子層可填滿襯墊板與混凝土之間的細小空闲形成密閉,依靠襯墊的接觸面壓應力以彈性壓密止水。以往接縫間的襯墊板僅起傳力功效,不單獨作為一道接縫防水步伐,而本隧道擬采取的雙面覆橡膠膩子防水襯墊板既可分散管節拼裝時的集中應力,能起密封止水作用,與傳統的丁腈軟木橡膠襯墊板相比在功能上具有明顯的優勢。

1)防水职能:橡膠膩子類资料與混凝土外表粘結职能強,密封性好,與襯墊板組合可單獨作為一道接縫防水程序。

2)耐久性:外观覆上的橡膠膩子層永不固化,耐久性強。

3)施工性:對基面要求較低,可在潮濕基面施工。

4)構造方面:由硬度較低的橡膠膩子包裹硬度較高的襯墊板,管片拼裝時自身受剪切、壓縮破壞;柔韌性強,且對結構變形有著很好的適應性。

但是隨著后期施工解決了大斷面管節的生產、吊裝、運輸等問題,管節整節預制塊預制有著明顯優勢,機動車道頂管管節选拔一次成型,撤除了縱縫構造。但對于無法預埋止水帶的地道接縫,雙面覆橡膠膩子防水襯墊板不失為一種新的思绪。

5頂管出洞防水裝置設計

頂管地道出洞防水裝置的性能對頂管出洞的安详有著重要意義,對于穩定性較差的粉土層,進出洞時洞門封堵成果保證,導致涌水、漏泥等現象發生,是以引起足夠重視。目前國內的出洞防水裝置種類主要有插板式裝置和鉸鏈式裝置,對于少少大直徑超深埋隧道,可选择雙道鉸鏈式裝置。本工程設計选择了施工便捷、無需人工操作能保證出洞防水質量的單道鉸鏈式出洞防水裝置。

鉸鏈式出洞防水裝置安裝時,在洞口地方設置預制成環的簾布橡膠板,并在板的本體設置浸膠簾子布線以保證橡膠板在頂管推進時的完整性;别的橡膠板端部設計成凸起圓球狀,可加強端部與頂管外徑或管節的密貼。為使簾布橡膠板與洞口緊密壓實,需緊隨厥后壓上圓環板,然后設置鉸鏈板裝置,該裝置由固定板、翻板、銷套、銷軸、開口銷等組成。在鉸鏈式出洞防水裝置的設計中,應注意以下2點:

1)翻板的長度。假如翻板過長,會引起翻板上翻角度過大甚至挨近程度,很好的與頂管緊密相貼,從而引起滲漏;假使翻板過短,在頂管出洞產生偏差的情況下不妨導致翻板某處邊端與頂管外緣沒有接觸點,不能酿成封閉的防水線。根據多年工程實踐,一般認為翻板長度以與頂管外徑接觸上翻30°~70°范圍為宜。

2)翻板的布設。原則上相鄰兩塊翻板之間的間隙控制在20mm傍边為宜。如果間隙過大,簾布橡膠板在水土壓力的功效下,在翻板間隙處容易凸起,影響密封質量;倘若間隙過小,加之制作、安裝精度上的誤差,能够酿成相鄰兩根銷軸彼此沖,給施工造成未便。因为本隧道頂管并非規則的圓形,這給翻板的安顿帶來諸多,設計通過調節翻板的寬度,并經多次校正后,確定了本地道出洞口翻板的排布方式。

其余,頂管施工选取觸變泥漿工藝同步充填建筑空闲,除不妨減少土體變形和推頂阻力外,可減少管節下沉,有利于使管節接口的上下間隙接近均等,幫助密封圈防水上下同效。

6結語

如今,該工程隧道頂管段通,工程防水質量良好,管節接頭無明顯滲水,局部滲漏經技術處理后恢復了止,總體滿足了設計要求。

對本工程防水設計的總結、歸納如下:

1)根據工程特點,因地制宜协议相關混凝土技術要求及步伐,美满結構混凝土自防水體系,是確保結構防水和耐久性、滿足100年設計运用壽命的關鍵。

2)防水設計應綜合考慮工程地質和水文地質條件、施工質量及工期等身分,在滿足防水要求的前提下,宜簡化施工工序及工藝,以保證現場實際施工質量。

3)應選擇合理的出洞防水裝置,其各部件細部尺寸的設計應做到锦上添花,以此確保頂管出洞安好。

本文由唐興裝備整理自《中國建筑防水》中的《 粉地皮層異形面頂管地道防水設計》徐薇娜,賈逸,轉載請注明出處,如有侵權請聯系刪除。

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