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| 2009-4-14 点击次数：[2462] |
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一、前言
上海市外环隧道作为亚洲规模最大的沉管式城市公路隧道，区别于国内其他沉管隧道最显著的特点之一就是沉管的最终接头并不在管节与管节或管节与岸边段之间，而是将江中一节沉管一分为二，人为地在此管节当中设置一道钢筋混凝土后浇带，并在所有管节沉放结束后，将此后浇带作为隧道最终接头，如图1所示。区别于其它地下结构的后浇带的是，本隧道最终接头是在管节沉放结束之后于江中水下最后浇筑，因而这条后浇带两侧的施工缝防水也就成为隧道的防水重点之一。
二、一般后浇带施工缝防水设计
后浇带作为协调结构变形的一种手段，长期以来在一些大规模的钢筋混凝土结构中被时常采用，但由于一道后浇带必然产生两条施工缝，对于地下结构而言，就必须在施工缝处采取相应的防水措施。现在随着我国土建技术的不断发展，对于后浇带施工缝的防水设计与施工已经积累了大量的成功经验。如图2所示，为几种目前常用的后浇带施工缝的防水措施。这些防水措施归纳起来就是采用中埋式止水带（条）或外贴式止水带，及在施工缝界面上涂刷防水涂料或界面剂等。
三、最终接头施工缝防水设计方案比选
由于外环隧道最终接头施工的特殊性，中埋式或外贴式止水带是不可能使用的。因此，最终接头施工缝设计只能在施工缝的界面上想办法。参考国外同类型隧道混凝土接缝防水及国内地下结构特殊接缝防水的设计经验，决定采用目前在国际上较为先进的可全断面出浆的注浆管，最初的设计方案如图3所示。在图3位置a所示的是目前钢筋混凝土接缝防水设计采用较多的一种，它处于结构断面的中间，在注浆过程中，浆液可以注至断面的大部分，且不容易击穿混凝土，造成跑漏浆。图3位置b所示的注浆管埋设位置是纯粹的防水措施，由于注浆管离结构内侧距离较近，注浆管在绑扎钢筋和浇筑混凝土的过程中易于保护，且注浆导管较短，从而使注浆总路程较短，注浆质量容易掌控，因此从防水角度而言，这个设置位置从纯防水角度来讲效果应是较为理想的。图3位置c所示，注浆管的埋设位置是较为接近现代防水理念的，由于位置靠近结构外侧，在注浆结束后浆液封堵后，结构受保护的范围最大，这种防水措施既考虑到单纯的结构防水，又提高了结构的整体耐久性，而这一点是上述两种（特别是b位置）所容易忽视的。但是由于管节已沉入江中，最终接头外侧虽有钢模板作为保护，但在混凝土浇筑结束之后，其外部环境已无法掌握，所以一旦在注浆压力的作用下，浆液击穿混凝土，向管节外侧跑漏浆，将会给实际施工带来不小的麻烦。
考虑到管节混凝土结构的耐久性和接缝防水的要求，综合上述3种方案的各自特点以及结构构造特点，最终选择如图4所示的设计方案，即在靠近管节外侧设置注浆管，附加的在注浆管外侧再设置一道遇水膨胀止水条，此道止水条既能起到接缝的初期防水作用，又能阻止在注浆过程中浆液不会在注浆压力作用下朝管节外侧跑漏浆，从而完善了图3中位置c的防水方案。
四、最终接头施工缝防水材料比选
在本接缝防水设计过程中，之所以采用可全断面出浆的注浆管，是由于其特殊结构所决定的。如图5所示，?为钢丝加强线圈，它可以防止注浆管在混凝土浇筑过程中遭受挤压凹陷，致使注浆通路中断。?为无纺膜，这层无纺膜是注浆管的关键，它利用了水泥颗粒与注浆浆液的颗粒粒径差，可以阻止水泥颗粒的侵入，又可以使注浆浆液轻易地渗出，起到半透膜的作用，较好地解决了注浆管在施工过程中被堵塞的问题。? 为外层合成保护膜，它主要起到保护内层无纺膜的作用，可以避免混凝土中粗骨料对内层无纺膜的破坏。同时这层保护膜中复合有纺织物，在注浆压力的作用下象阀门一样使注浆浆液沿整条注浆管均匀渗出，以填充混凝土中的缝隙。如上所述，可全断面出浆的注浆管由其特殊的构造形式使其具有其他传统注浆管所不具备的优点，只有这种注浆管才能适合外环隧道这种特殊的大型永久性的地下结构的防水及耐久性要求。
与注浆管相匹配的注浆浆液的选择也是此接缝防水的关键。本隧道混凝土最终接头处作为沉管管节的一部分，我们希望这部分后浇混凝土与两侧管节连接紧密，最好溶为一体，因此在此处以既能满足防水要求，又能加强结构强度的浆液为最理想的选择。
目前国内用于接缝防水的化学浆液主要以聚氨酯类为主，聚氨酯浆液又可分为油溶性和水溶性两类，它们都具有良好的防水抗渗作用。水溶性聚氨酯浆液更适合用于渗漏量较小、且小环境内水量充足的渗漏缝隙；油溶性浆液由于其固化发泡的时间可现场调配，故它受小环境渗漏量的影响较小，可以封堵渗漏水量较大的缝隙。两种类型的聚氨酯浆液在固化发泡之后均具有一定的柔性，可以在一定范围内适应结构的变形，当然它们对结构强度毫无帮助。所以聚氨酯类浆液多用于结构变形缝或结构变形尚未稳定的渗漏处。因而聚氨酯类浆液并不适合于本隧道最终接头接缝。
环氧浆液是一种具有对混凝土结构补强作用的材料，但目前国内的环氧浆液大多为憎水性，在潮湿环境下使用并不理想。而由比利时的de neef公司进口的亲水性环氧浆液正好填补了这一空白，其物理技术性能指标详见表1。表2所示为憎水性环氧浆液的物理技术指标，两表比较后可知，憎水性环氧的强度与亲水
性环氧的强度相当，但是亲水性环氧与混凝土的粘接强度明显高于憎水性环氧。最终混凝土接头接缝的环境较为潮湿，综合防水及结构强度的要求，亲水性环氧浆液成为隧道的首选。
五、最终接头施工缝防水施工
最终接头施工缝防水施工首先就是安装固定注浆管和遇水膨胀止水条。注浆管及遇水膨胀止水条的具体固定方法如图6、7所示，在固定过程中要使止水材料与混凝土基面保持密贴，谨防有空鼓现象。由于这一工作是在混凝土基面已经凿毛、冲洗干净并且完成结构钢筋绑扎之后进行的，所以其工作还是有一定的难度的。
在整道隧道最终接头混凝土浇筑完毕并达到设计强度要求之后，即进行注浆施工。本次注浆施工采用“高压快浆”的形式。所谓“高压快浆”就是浆液由注浆管注入，从出浆管出浆后即将出浆管绑扎封闭，然后继续与注浆管加压注浆，浆液在压力的作用下，凭借其低粘度的特性，迅速渗入混凝土缝隙，压力加至10MPa后，便保持衡压2分钟，此时观察进浆量，如果浆液不再注入或注入少量，即可认为此段注浆达到要求，结束注浆。浆液在渗入混凝土后会固化，由表1可知，浆液的含固量为100%，也就是说浆液在固化后几乎不会有收缩，并且不会受潮湿环境的影响，依然能够与混凝土基面粘接。
六、最终接头接缝防水设计与施工小结
采用全断面出浆注浆管及亲水性环氧浆液与遇水膨胀止水条组合使用，用于沉管隧道主体结构的关键接缝的防水设计在国内尚属首次。外环隧道已于2003年6月通车，从目前运行情况来看，水下最终接头混凝土接缝防水效果良好。
在注浆管注浆过程中，底板、顶板及侧墙平直段每延米注浆管的注浆量基本一致，这说明最终接头混凝土浇捣得还是十分密实的，注浆未发生跑漏浆的异常情况，仅在底板至侧墙的转角处浆液用量稍多，分析认为转角混凝土浇筑难度大于平直段，同时转角混凝土厚度也大于平直段，所以注浆量偏多并不属于异常情况。
亲水性环氧浆液为双组分，在现场配置，配置的比例及一次配置量应根据设计要求及施工速度设定。配置比例不当会导致浆液固化后的强度不够等质量问题；一次配置量过多，施工速度跟不上，浆液会提前固化造成浪费。
在注浆初期，由于施工经验不足，在加压过程中曾发生PVC导管爆裂和PVC导管与注浆金属管（连接注浆泵）脱落等情况，通过对注浆金属导管加长，加强PVC导管与金属导管的绑扎等措施解决了这一问题，这一情况值得在今后的注浆施工中注意。
通过外环隧道最终接头混凝土接缝防水的设计与施工的实践，我们充分认识到全断面出浆的注浆管及亲水性环氧是一种性能优良的防水材料。在结构中预埋注浆管并与遇水膨胀止水条组合使用，对于解决无法预埋中埋式止水带的刚性施工缝防水问题，作了一次成功的尝试，对今后的地下结构工程的防水有参考价值。
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