节段式沉管隧道节段接头水密性设计与施工细节

节段式沉管隧道节段接头水密性设计与施工细节

王蕾1王慧2

湖北交通职业技术学院湖北武汉430079

摘要：隧道水密性质量好坏最重要的部位是接头。以荷兰节段式沉管隧道工程经验为基础，介绍节段式沉管隧道节段接头的基本构造、节段接头水密性设计细节要求、施工中常见问题和缺陷、国外的试验和案例，以及节段接头水密性设计和施工细节的解决办法及建议。

关键词：节段式；沉管；隧道；节段接头；水密性；设计

前言：沉管隧道一般具有纵向延伸长、地质条件复杂以及接头较为薄弱的特性，沉管隧道主要分为钢结构和混凝土结构两种型式，其中混凝土沉管隧道又可分为整体式和节段式。本文主要介绍节段式混凝土沉管隧道节段接头水密性设计与施工细节，希望为国内节段式沉管隧道工程设计和施工以及规范的编制提供参考和借鉴。

1接头构造的功能

1.1承受并传递纵向轴力

考虑管节混凝土凝结过程中收缩徐变、温度效应及地震工况下地层运动引起的纵向张拉与压缩，作为隧道结构的接头需具备承受并吸收部分纵向变形的能力。在纵向合适的位置设置适当构造的接头，有利于改善沉管隧道的整体受力性能。

1.2承受水平剪切力和垂直剪切力

当沉管隧道长度较大时，沿线穿越的纵向地层性质不一、厚度不均、土性参数各异，加上处理后基础刚度很难均一、两侧回填土不均以及来自水流的横向波浪力，管节及接头部位需承受来自水平方向的横向剪切力和竖直方向的垂直剪切力以及地震工况下水平方向和垂直方向的动剪切力、响应滞后和阻尼。

1.3承受纵向弯曲

管顶作用荷载和管底基础刚度的差异会导致隧道结构产生纵向弯曲应力和变形，接头要传递剪力和弯矩。

1.4承受横向扭转

管节横向范围内因地基与基础刚度差异、荷载和波浪力不均会使得管节发生横向扭转、纵向拉压与偏转。

1.5承受地震工况下振荡及摇摆

位于软土地层中的隧道结构需承受地震工况下深部基岩传递上来的竖直方向振荡、水平横向摇摆及其组合运动。

1.6密封止水

除了承受各方向受力外，接头的另一重要功能是密封止水。要依据接头的张合位移量、垂直端面容许误差、止水带能承受的最大水压力、止水带材质与设计使用年限等进行接头止水设计。

2影响节段接头水密性的设计和施工细节

2.1影响接头水密性的几个关键因素

2.1.1橡胶止水带

一般橡胶材料本身都有非常好的水密性，设计选择的产品也都是按照达到设计使用寿命要求的材料来选择，接头渗漏与橡胶本身材料因素关系不大，但止水带本身的安装质量却非常重要，与接头水密性好坏关系密切。

2.1.2混凝土

接头一般也是也是钢筋比较密集的地方，混凝土浇筑和振捣都要非常小心细致，接头的混凝土浇筑质量、密实度和均匀性都将直接对接头渗漏水造成影响。

2.1.3橡胶止水带与混凝土两种材料之间的足够可靠的结合

橡胶止水带与混凝土两种材料要结合紧密，任何空隙都将是最直接的渗漏通道。

2.2钢边止水带安装的设计与施工细节要求

设计止水带的上下弯折水平钢筋必须要求间距恒定，竖向钢筋安装到位，尽量靠近止水带尾部，间距同样要求一致。如果主筋不能满足间距和位置要求，则要添加竖向构造筋。这是很重要的设计细节要求，建议在设计图纸中一定要加以特别强调。

止水带预留的注浆管应该选择什么样的时机进行注浆呢?提出以下几项建议:

（1）首先钢边止水带要保证在混凝土节段中安装良好，使施工阶段具有足够的初始水密性。注浆可视为保证接头最终水密性的补充措施，而不应作为用于解决混凝土质量欠缺问题的手段。

（2）当管节节段在干坞中浇筑完成没有出现漏水或者接头没有受到任何水压时，建议最好不要先注浆。因为绝大多数注浆管都只能进行一次，如果先注浆，将来发现新的漏水问题，很难找到漏水点和对漏水点进行注浆。如浮运和沉放时，作用在隧道上的力可能会导致接头周边出现小的损伤，而形成漏水通道。

（3）必要时可以考虑埋设二次注浆管，允许后期再次注浆，这样，第一次注浆时机相对就不太重要，可以在任何时间内进行再次注浆:

（4）只有在干坞注水显示接头有漏水、水密性不好时，注浆才在较早的时间进行。非常重要的是，施工过程中必须对一些不良的接头行为定期记录和观测，如接头的钢筋绑扎细节、止水带安装、混凝土浇筑密实性等。

3设计和施工常见的细节问题

3.1设计细节问题

（1）止水带周边配筋不提供大样图，认为施工人员都应该明白。

（2）忽视提供复杂的倒角(或转角)位置的剖面图(或详图)。设计人员往往忽视止水带在这些位置安装时需要和邻近位置的平顺过渡，未仔细考虑钢筋的布置，认为只要有空间安装止水带进去即可。

（3）不说明止水带周边配筋设计的详细细节要求二只重视对受力钢筋的要求，而忽视止水带周边所需要的构造钢筋，如止水带尾部设置竖向构造钢筋以及水平和竖向间距要求。

3.2施工细节问题

工程中常见的施工细节问题有以下几项:

（1）止水带周边钢筋倒角处不平顺，甚至在安装前需剪断过长的钢筋，导致钢边止水带出现不能平顺安装问题。

（2）在止水带后没有竖向钢筋用于承受注浆压少。

（3）水平钢筋搭接长度不足，钢筋笼不稳定，连接时需要足够的搭接长度或者采用机械套筒。

（4）止水带上下两排钢筋的间距太小，某些地方空间以至于不能容下手指，造成止水带安装困难，使安装的止水带变形且不均匀平顺。钢筋间距太小也容易损坏注浆管，使注浆变得更加困难。

（5）止水带周边混凝土浇筑不密实，出现空隙等。

（6）止水带钢边出现的较小损坏或弯折，使得其他节段与此节段对接时比较困难，并可能导致止水带折叠，从而降低止水性能。

结语

通过对节段式沉管隧道节段接头水密性设计与施工细节的讨论，可以了解到影响节段接头水密性的3个重要因素为橡胶止水带安装、接头混凝土质量、混凝土与止水带之间的结合。这其中任何1项出现问题，尤其是细节出了问题都会直接影响节段接头的水密性，从而影响到工程质量。

参考文献

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[2]吕勇刚,黄清飞,刘洪洲,李塔.长大深埋节段式沉管隧道节段接头构造方案比选[J].现代隧道技术,2015,52(01):19-25.

[3]王鹏.沉管隧道节段接头剪力键受力特性及作用机理研究[J].长安大学,2014,(09):12-12.