地铁复八线工程防水技术

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北京地铁复八线工程是北京地铁一号线的中段，西起复兴门，东至八王坟，全长12．7km。其中地下线10余km，地面线近2km。该工程地下线处在永定河冲、洪积扇脊部地带，为第四纪地层，工程地质与水文地质条件很差，围岩自稳能力差，极易坍塌变形，属I类围岩。在第四纪地层中蕴藏着3层地下水，即上层滞水、潜水和承压水。大部分区间隧道及车站置于潜水和承压水中，这不仅要求结构永久防水做到滴水不漏，而且要解决好施工期间治水问 题，做到无水施工，否则工程难以进行。因此，研究解决好该工程的永久防水与施工治水是确保工程结构稳定和运营安全、及施工顺利进行的关键。根据《地下工程防水技术规范》，确定防水标准如下：车站及机电设备集中地段按1级，不允许渗水，围岩结构无湿渍；区间 隧道按2级，不允许漏水，围护结构可有少量的湿渍。 
    1．北京地铁复八线工程防治水原则 
    （1）总原则是以防为主，多道设防、刚柔结合、综合整治。 
    （2）对区间隧道及车站采用复合式衬砌，除做好防水层施工外，强调做好二次衬砌模注混凝土自防水，抗渗等级不得小于S8。 
    （3）对变形缝、施工缝、穿墙管等特殊部位要采取多种加强措施。 
    （4）选用的防水材料及措施，要具有良好的物理性能及耐酸碱特性，要使防水层具有连续整体密封性。 
    （5）本着对“迷流”采用“防、排”结合的原则，做到防水与防“迷流”一体化设计和施工。 
    （6）做到在无水条件下进行开挖、支护和衬砌施工，本着简便易行、效果显著、造价低等因素选择实践应用证明有效的治水方法。当采用降水方案时，应考虑采取措施保护地下水资源。 
    2．北京地铁复八线工程防治水方法 
    该工程区间隧道采用浅埋暗挖修建，新建8座车站则根据所处地理位置分别采用了暗挖、盖挖、明挖等不同的方法，但对于防治水来说却有许多共同点：浅埋暗挖法修建的区间隧道及车站与盖挖逆作法、明挖顺作法修建的车站底板与边墙皆采用复合式衬砌结构，顶板采用外包防水层。复合式衬砌结构除采用喷射混凝土加格栅或桩加喷射混凝土墙、地下连续墙作为初期支护外，皆遵循刚柔结合的原则，二次衬砌采用模注防水混凝土，抗渗等级S8。在隧道与车站施工全过程中都要采取治水措施，才能保证施工顺利进行。 
    2．1 施工期间治水措施 
    2．1．1 降排水与回灌方法 
    降水与回灌结合的具体作法：沿隧道或车站结构两侧施设抽水浅井和回灌深井，按比例将浅层地下水抽出，经水质化验，如合格，则灌入40m以下的深部含水层中。这样既可保护水资源，减少水资源浪费，还可保证隧道与车站无水施工、地面建筑物及地下管线的稳定。例如，天安门东站采用了这种方法，虽然地下水位较高，但十几个作业面均保证无水施工，效果显著，为提前完工创造了有利条件。目前，这种方法已在地铁复八线工程中全面推广应用。 
    2．1．2 地下连续墙阻截水方法 
    地下连续墙作为开挖期间的止水、围护结构，同时又可作为永久结构的一部分，主要作用在于阻截上层滞水及潜水，基坑内积水用水泵抽排。在大北窑车站、热电厂站施工中采用厚O．6m、深约22m、C30钢筋混凝土地下连续墙，有效阻截厂地下水及流砂，给施工创造了较好的条件。 
    2．1．3 其他方法 
    洞内仆点与排水结合的方法，以及在洞底设无砂混凝土管引流水到集水坑明排水方法。也在该工程中予以应用，取得了较好的效果。但这种方法对水资源会造成浪费。 
    2．2 永久放水方法 
    2．2．1　复合式衬砌防水层材料的选择 
    区间隧道设汁力复合式衬砌，由初期支护、防水层、二次衬砌模注混凝土构成。初期支护为钢筋格栅加钢筋网加喷射混凝土，厚O．25一o．30m。防水层由缓冲层和防水板(膜)组成。二次衬砌为模注防水混凝土，抗渗等级S8。
    缓冲层选用较柔软且具有相当强度的片材，以克服喷射混凝土粗糙凹凸不平的基面对防水板(膜)的损伤。防水板(膜)除具有不透水性外，还应具有在二次衬砌灌注混凝土时承受机械作用下不致损伤的性能，具有耐久性良好、接缝处严密且操作简便的特点。根据以上要求，选用防水层材料如下： 
    缓冲层选用聚乙烯(PE)泡沫塑料垫衬，厚度4±0．5mm；幅宽l 200±50mm；表观密度45±5kg／m3；拉伸强度＞0．4MPa；断裂延伸率＞100％。 
    防水板(膜)选用以下三种材料：①LDPE膜(即低密度聚乙烯膜，俗称高压聚乙烯)。其特点是拉伸强度、延伸率较大，比较柔软，易于施工，在所应用塑料防水片材中价格最低，且电绝缘性好，耐酸碱，燃烧速度比EVA快，不耐阳光照射，故在地下工程中较广使用。区间隧道防水选用其厚度为0．8mm。②EVA膜(即乙烯—醋酸乙烯共聚物膜)。其特点是拉伸强度、延伸率大，比重小；柔软性突出，易于铺设；电绝缘性及耐酸碱性能良好，适宜用于复合式衬砌防水层。③ECB板，系乙烯—醋酸乙烯与沥青共聚物合成，厚度一般为1．0一2．0mm。其特点是拉伸强度、延伸率大，耐气候性好，使用温度范围为一30一十12O℃，耐久性好，不易老化，不仅“可用于地下建筑，也可用于屋面。由于具有一定的抗穿刺能力，因而用于二次衬砌模注混凝土时效果更好。 
    目前，北京地铁所有的LDPE膜(厚0．8mm)、EVA膜(厚0．8mm)、ECB板(厚1．2mm)性能指标如表1所示。 
    2．2．2　区间隧道防水 
    区间隧道采用钢筋格栅加钢筋网加喷射混凝土作初期支护。喷射混凝土厚0．3m，然后作防水层，最后施作二次衬砌模注C20防水混凝土厚0．25m。 
    2．2．3　地铁车站防水 
    （1）西单站为复合式衬砌结构。拱顶及边墙初期支护完成后施作l道防水砂浆(掺加BR防水剂)，再在其上施作焦油聚氨酯涂膜胶，底部铺设氯化聚乙烯橡胶防水卷材。二次衬砌为模注防水钢筋混凝土，抗渗等级S8，混凝土中掺加了具有复合膨胀性能的外加剂。 
    （2）天安门西站亦为复合式衬砌结构。初期支护完成后，铺设缓冲层一—PE泡沫塑料垫衬(厚4mm)，然后来用热合工艺铺设EVA膜(厚0．8mm)，待防水层作完后，立即浇注防水钢筋混凝土，混凝土中掺加FS—I型多功能防水剂。 
    （3）王府井车站、东单站的防水基本同于天安门西站的作法。 
    （4）天安门东站、水安里站及大北窑站均用盖挖逆作法修建。顶板覆土层厚＜2m，乃受地表水及上层滞水影响。为使防水可靠，顶板防水钢筋混凝土灌筑完毕后，在其上涂聚合物水泥浆2道，然后用20mm厚防水水泥砂浆作为找平层，再在其上铺设防水卷材和细石混凝土保护层。防水卷材用两种：天安门东站、大北窑站选用1．2mm厚丁基橡胶防水卷材，施作2层；水安里站采用了2层各4mm厚的SBS改性沥青防水卷材。 
    （5）热电厂站为地下连续墙支护明挖顺作法修建，采用复合式衬砌结构，但连续墙与内衬模注混凝土间不用柔性防水片材，而采用水泥防水浆；顶板施作丁基橡胶防水卷材；底板铺设2层各3mm厚SBS改性沥青防水卷材。 
    2．2．4 加强对结构变形缝、施工缝的处理 
    根据地铁工程特点，为使变形缝满足密封防水、适应变形、施工方便等要求，采用复合型橡胶止水带，即在变形缝部位，现浇混凝土中间埋入橡胶止水带，然后在缝内侧用双组分聚硫橡胶嵌缝，最后在预留槽内嵌入聚氨酪涂膜胶和遇水膨胀橡胶复合在一起的止水条，即氯丁橡胶和遇水膨胀橡胶复合形成止水条，宽30mm，厚l0mm。 
    2．2．5 防水效果初析 
    该工程目前正在紧张施工。西单站东折返线工程于l 992年lO月完工并交付使用，热电厂站及水安里车站主体土建结构分别于1994年底和1995年3月相继完成。天安门东站主体土建结构于l 995年底完成。已完工车站及区间隧道的防水效果初析如下：①复合式衬砌结构防水层不宜采用涂料类材料。由于隧道内初期支护(即使涂了找平防水砂浆)基面不平整，并且有浮灰及潮湿，涂料防水层附着力差，形成两层皮。在使用机械或人工涂刷日寸都有薄不均现象，质量难以保证。如西单站采用焦油聚氨酪，部分位置防水效果不理想。②复合式衬砌结构防水，采用塑料防水片材效果较好，其光滑的表面能有效地减少初期支护的混凝土表面凹凸不平对二次衬砌混凝土的约束力，避免二次衬砌混凝土产生裂缝。如西单站东折返线隧道采用LDPE膜(厚0．65mm)作为防水层，效果甚好，未发生渗漏。③地下连续墙支护明挖顺作法修建车站，连续墙与内衬混凝土的防水作法值得深入研究。