双护盾全断面掘进机止水新工艺

【摘要】在水利工程施工中，常常会有一些长隧洞工程需要使用双护盾全断面掘进机（TBM）进行地下隧洞施工。但在长期施工实践过程中发现TBM的预制管片衬砌部位常常会发生止水效果较差的现象，严重影响了TBM的施工质量和施工效果。现本文就以实际工程为例，来探讨双护盾全断面掘进机的止水新工艺，指出采用新型止水材料GBW作为预制管片的衬砌材料，利用新止水工艺能够起到较好的止水效果。

【关键词】双护盾；全断面；掘进机；止水工艺

双护盾全断面掘进机（TBM）是现代隧道工程施工中最常使用的一种机械设备，利用这种设备进行隧道挖掘施工能够极大的提高挖掘效率，保证施工的安全顺利进行。目前，双护盾全断面掘进机已经本广泛应用在水利、交通、矿业等多个行业的生产过程中。但是为了提高施工效率，增大掘进机的使用性能，增加了预制管片的应用。但同时这样也引起了接缝长度的增加，若不能做好接缝的止水问题就极易给工程的顺利施工带来很大困难。但是就传统的止水材料和止水工艺来讲，很难实现较好的止水施工效果，且施工难度也相对较大，难以把握施工质量。现如今，随着科技的不断发展，一些新型止水材料和工艺技术逐渐被研发应用，极大的提高了止水施工效果。

1、工程概况

某隧洞为无压引水隧洞，洞线近东西向布置。工程采用TBM与钻爆法相结合的施工方案。TBM施工分两段掘进，使用一台双护盾全断面掘进机自隧洞出口向上游掘进，第一段长度9652m（桩号78+395.000—88+047.000），第二段长度10003m（桩号64+392.000～74+395.000），TBM总掘进长度为19655m。TBM施工段开挖洞径6.74m，采用六边形钢筋混凝土预制管片衬砌。衬砌后内径为6m，管片宽1.6m，厚28cm，四片为一环，管片与围岩之间的空隙平均厚度为9cm，用豆砾石回填并灌注水泥浆。在管片四周设有两道止水，作为拼装后管片之间纵缝和环缝的止水设施。其余洞段采用钻爆法施工。其中，隧洞出口段（桩号88+074.000—90+066.021）及隧洞中间段（桩号74+395.000～78+395.000）为TBM滑行段，只进行一次支护，支护后内径为7.0m，并在一次支护的底部预埋供TBM滑行的轨道，供TBM滑行并安装管片。管片与围岩之间的空隙平均厚度为14cm。

2、水文气象条件

在该隧洞工程施工前，我们先对其周边地理环境与水文气象条件进行了勘测与调查。该隧洞的地形条件为三面环山，向西敞开。该地地处大陆性温度气候带，气候条件较为温和湿润，并且昼夜的温度相差较大。年平均气温值为6.8-9.4℃，最高气温呈达37.4-40.6℃，最低则低至零下40℃左右。该引水隧洞所处的河流有很多冲洪沟，因而为梳状水系，河道大都为南北走向。隧洞顶部常年有径流的洪沟，水头最大可达30多米，洞内的渗水量最大可达到50m3/h。隧洞的围岩大都为含土量较大的砂砾石，某些局部还有壤土或者砂层，并且结构也比较紧密，在地质学分类中，该段隧洞的围岩属于V类。

3、止水新工艺

在实际的隧洞施工中，采用了双护盾TBM机械施工，并加以预制管片进行衬砌止水，以保证掘进机的顺利施工。为了保证止水效果，我国决定对其止水工艺进行改进。即将所有的预制管片都按纵向和环向进行接缝，并利用GBW遇水膨胀止水条粘贴在管片的预留槽内，以达到止水效果。

3.1施工工艺流程

新止水工艺的具体施工流程为：管片预制—管片质检—养护—压缩空气清洗—管片预留槽涂刷粘结胶—清洗风干橡胶条与GBW止水条—粘结止水条—橡胶锤轻敲—运输堆放—运入隧洞内安装—检查验收—高强微膨胀砂浆勾缝—验收合格。

3.2GBW原材料的性能

采用GBW遇水膨胀止水条是本工程中止水新工艺的关键部分，这是一种新型材料，属于腻子型柔性嵌缝止水材料。利用GBW遇水膨胀止水条进行混凝土施工缝的止水施工，能够实现很好的止水效果，防渗漏效果良好，极大的解决了预留缝的渗漏问题。另外，GBW遇水膨胀止水条还可以用在变形缝的止水施工中，因为其具有很大的弹性与可塑性，能够在遇水之后迅速膨胀增大体积，有效的填补缝隙，实现良好的止水效果。

GBW遇水膨胀止水条主要的原材料有橡胶、吸水材料、高粘性树脂等十几种材料，通过一定的加工工艺而形成遇水膨胀止水条。与其他止水条相比，GBW止水条具有更大的应用优越性。主要体现在其具有较强的抗老化性和耐水性，可塑性极强，遇水即可膨胀变大，膨胀率可以根据实际的需要进行设计调整。并且自身的粘结能力较强，在使用中可以利用自身具备的粘结力实现止水条的搭接，同时其所采用的特殊工艺制作方式也使其所含有的各种吸水剂能够与材料紧紧结合在一起。另外，GBW止水条不含有任何有毒成分，因为是一种较为环保的施工材料，不会对环境造成污染。因而是一种具有较多优良性能的止水材料，在很多施工领域都能广泛应用。

3.3止水效果

在本工程施工中，我们采用了GBW遇水膨胀止水条进行止水施工，取得了非常好的止水效果。3km长的洞段内，有人工开挖段，已作好一次支护，仅衬砌预制管片的滑行段。有富水土洞段，该段在常年有水的河床底部穿过，水头高达30m左右，洞内掌子面渗水达50m3/h，形成线流。还有含水较低的夹砂砾石洞段。管片安装过程中，由于豆砾石不能及时回填，以及尾盾下沉等因素，致使产生错台现象。但管片安装好后，即能起到止水作用。3km长的洞段内，漏水点仅7～8处，用人工补GBW嵌缝后，渗水立即停止。

上述实践说明：（1）由于复合橡胶止水条遇水膨胀需要一定时间，一般在24 h以后，所以管片安装好后，立即起止水作用的应该是GBW。（2）管片存放、运输、安装过程中，橡胶止水条在15℃以下易变硬。而本地常年平均气温仅为6.8～9.4℃，最低气温能达40℃左右；而且昼夜温差大，低于15℃的月份达6个月之久，这些条件对使用橡胶止水条是不利的。而GBW在一25℃时仍不裂缝，不发脆，能适应本地气候。（3）GBW具有良好的塑性，在调整管片错台过程中，适应性强。只要粘住，在调整过程中，可向任何方向变形，但不影响止水效果。

4、结语

本文主要以工程实例为依据，探讨了在隧洞工程施工中的止水施工工艺。经过工程实践证实，本工程中采用的新工艺克服了旧工艺的不足。管片安装后真正起到止水效果的应为GBW。橡胶止水条是一种好的止水材料，但对环境的要求较高，在运输、安装过程中还要注意防碰撞、防卷起和撕裂等，不易控制。从造价看，GBW仅为橡胶止水的1/5。结合实际情况，如果仅保留一道止水GBW，取消橡胶止水条，只要适当增加GBW止水条的断面，那么20km长的隧洞，仅止水一项便可节省投资5000万元左右。同时，还可简化模板加工工艺，提高混凝土预制件的质量，从这方面讲，也减少了投入。因此，与其他止水方式相比，GBW 止水新工艺具有极大的优越性，是值得在同类工程中广泛推广应用的新工艺。

参考文献

[1]田永清.双护盾全断面掘进机（TBM）水工隧洞施工质量监理要点[J].中国工程咨询，2007（01）

[2]赵弟厚.双护盾全断面掘进机施工管片安装衬砌技术要点[J].山西水利，2007（03）