西安地铁一号线区间防水设计的一点体会

　　摘要：介绍西安地铁一号线区间防水设计，对地铁区间防水进行探讨，对结构“自防水为主，柔性防水为辅”的设计原则进行作出论述。
　　关键词：防水；地铁区间；结构裂缝
　　
　　1、 概述
　　西安市地铁一号线区间跨越多种地貌。在防水设计中遵循“以防为主，刚柔结合，多道设防，因地制宜，综合治理”的原则。以混凝土结构自防水为主,柔性防水层为辅,采用了混凝土自防水、复合衬砌防水、排水设施设置等措施，强调结构自防水首先应保证混凝土、钢筋混凝土结构的自防水能力。对变形缝、施工缝、预埋件、预留孔洞、各型接头、各种结构断面接口等特殊部位进行多道防水处理。
　　防水体系与标准断面防水构造图如表1与图1所示。
　　                    
　　表1矿山法隧道防水设计体系表
　　
　                          　　
　　
　                                                                                         　图1
　　
　　
　　
　　
　　2、设计要点
　　2.1防止裂缝是防水设计的前提
　　（1）在结构构造上，钢筋保护层厚度衬砌外缘（迎水面）50mm，衬砌内缘（背水面）40mm。
　　（2）初期支护按主要承载结构设计满足强度和刚度要求，不会因发生大的变形而将荷载施加在初衬和二衬之间的柔性防水层上。
　　（3）严格控制工程施工引起的地面沉降。对暗挖施工隧道，地面沉降量宜控制在30mm以内，隆起量在10mm以内，从而控制结构裂缝的发生。严格遵循“超前支护、短开挖、强支撑、勤测量、初期支护紧跟”的原则。
　　(4)因隧道施工受空间所限，在浇筑拱部混凝土和回填超挖空间时难以振捣密实，地基与围岩一旦扰动，就会产生大量裂缝，形成渗漏水通道。因此注浆材料可采用超细水泥浆或水泥-水玻璃混合浆液，使隧道开挖后拱部基本无渗漏水、坍塌、地表沉降和隆起，围岩位移在周围环境允许的范围内。必要时采用二次注浆加固，以确保加固土体具有足够的强度和密实。在浇筑双连拱隧道隔墙的混凝土前对衬砌背后的空洞采用低强度等级混凝土回填，并对隔墙上部双拱所夹土体进行注浆，防止此处形成水廊。
　　（5）在结构设计上加强二衬，使初衬与二衬分离，确保防水层完整封闭。二衬混凝土采用在保证混凝土强度的前提下,利用“双掺”技术,改善其工作性能和抑制碱-集料反应,适当掺加高效减水剂以减小水灰比,掺入足够的矿物细掺料(优质粉煤灰)。
　　
　　2.2混凝土自防水
　　（1）使用UEA膨胀剂，且所用外加剂的掺量应准确，误差不得超过±1%，并严格按说明书的规定进行搅拌、振捣。仅靠混凝土自身的刚性防水功能，不添加外加剂，只在外面做一道柔性防水的方式不可取。柔性防水只相当于一层膜，发生渗漏以后，难以确定渗漏点，维修极其困难。掺UEA的混凝土在有钢筋约束的情况下，自由膨胀受限制，钢筋产生自拉应力，使混凝土受压，减少或避免了混凝土的开裂。
　　（2）把握浇筑时机。浇筑混凝土前应及时排走围岩的裂隙水，以免混凝土水灰比改变而造成离析。
　　（3）混凝土一次浇注高度不宜大于2m，以免造成铺浆及振捣困难。
　　
　　2.3多道设防
　　（1）初期支护为刚性防水，是第一道防线，起着减轻承压水对防水层的压力作用。初衬要有一定的密实度和抗压强度。支护采用格栅挂网喷混凝土，开挖完成后应及时施作，厚度一般为20～30cm。初衬的防水效果取决于初衬的施作时间、喷射混凝土的密实度等。
　　(2)在初期支护与二次模筑衬砌间，采用夹层防水层作为第二道防线。防水板内外侧各铺设1道土工布用作缓冲层和保护层，防水板采用无钉和双焊缝铺设。防水板铺设后，形成一个完整、密贴的整体结构。
　　（3）由于初次衬砌表面有湿渍，有些部位仍有渗水现象，故对喷锚支护后仍渗水的部位进行岩体注浆、封堵。
　　（4）第三道防线是混凝土自防水。
　　
　　2.4各型接缝的设置与防水措施
　　（1）区间变形缝间距一般宜为60m，同时在结构型式变化较大或地质条件变化较大的部位以及区间与车站接口处，根据具体情况考虑设置变形缝。变形缝宽度为20mm。变形缝处除辅助外防水层外设置三道各自成环的止水线：
　　a变形缝外侧设置反应性丁基橡胶塑料止水带。
　　b变形缝中部设置带注浆管的中置式止水带（中心带气孔型），形成一道封闭的防水线。
　　c变形缝处拱部及边墙内侧设置不锈钢接水槽，将少量渗水有组织地引入区间排水沟并排入区间废水泵房，变形缝内侧嵌填密封胶。
　　（2）二衬设置施工缝、环向施工缝，间距8～12m，纵向缝在拱脚、边墙脚设置，水平施工缝设置两道缓膨型遇水膨胀止水条和预埋一道注浆管；环向施工缝中部设置钢边橡胶止水带和预埋一道注浆管；注浆管6～8m为一个单元。
　　（3）特殊变形缝（设在地裂缝段）
　　a特殊变形缝间距宜为10～15m，在地裂缝处及两侧共设置四处特殊变形缝，特殊变形缝宽度为50mm。
　　b特殊变形缝处除辅助外防水层外设置三道各自成环的止水线：
　　①特殊变形缝外侧设置且型止水带。
　　②特殊变形缝中部设置GINA止水带。
　　③特殊变形缝处内侧设置Ω型止水带。
　　
　　2.5排水与防水相结合
　　采用适当排水的方法可有效降低作用于结构底板水压力,减小底板结构厚度及配筋量,同时通过限量排放,可人为控制地下水水位在一定范围内,防止地表沉降。
　　本次设计中采用中心水沟排水，区间内不再设置排水泵站。在防水层和二次模筑混凝土间设环向和纵向软式渗水盲管以引排少量渗水，在衬砌断面发生变化处加设环向软式透水管盲沟。
　　
　　2.6土工布的使用
　　土工布具有过滤（又称反滤）、排水、隔离、加强（又称加筋）、防护等功能。复合土工布还具有防渗功能，在西安地铁区间隧道结构的防水中，为保护防水卷材，在排水板内外两侧铺设土工布。土工布接缝处应密封、压平。使用土工布虽使造价略有提高，却可保证工程质量，延长使用寿命，还可减少后期大量的维护费用。综合考虑，在同等设计标准下，使用土工布可使工程造价降低20～40%。
　　
　　3、几种错误的设计思想
　　3.1过分依赖混凝土自防水，轻视刚柔结合方案和外加剂的作用
　　刚性防水层遇外力易开裂和损坏，而柔性防水层具有良好的抗冲击性和延伸率，所以刚性防水后再增加一道柔性防水是必要的。刚性防水可为柔性防水创造施工条件，柔性防水可满足进一步的变形要求。混凝土结构作为防水的最后的一道防线，其抗裂性、抗渗性是结构整体性得到保证的关键。而且抗裂比抗渗更重要，抗渗的前提是抗裂。普通防水混凝土不具备抗裂功能，会导致整体防水结构破坏，因而具有抗渗防裂双重功能的UEA补偿收缩混凝土是结构自防水的新发展。
　　3.2片面追求混凝土的强度等级和抗渗等级
　　混凝土强度等级和抗渗等级并非越高越好。混凝土强度等级越高，单位体积混凝土水泥用量越多，水化热越高，混凝土收缩量越大，越容易产生收缩裂缝。防水混凝土的抗渗等级由最大设计水头与相应混凝土最小壁厚之比来确定，可掺入粉煤灰或UEA膨胀剂，以抵消混凝土的收缩。
　　
　　4、结束语
　　4.1地铁结构设计与防水并重,结合工程实际情况,因地制宜地选择防水方案,才能作到经济合理。
　　4.2用排水法可有效降低作用于结构底板水压力,减小结构厚度及配筋量,但能否保证排水系统长期通畅,水位能降多少不易量化,应根据工程所在地域水文地质特征来加以控制,以策安全。