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长节段大吨位预制拼装综合管廊接头防水现场试验研究现 代 隧 道 技 术MODERN TUNNELLING TECHNOLOGY第61卷第1期(总第414期),2024年2月出版Vol.61,No.1(Total No.414),Feb.2024收稿日期：2023-07-15修回日期：2023-09-28基金项目：国家自然科学基金项目（52178378）.作者简介：马华兵（1978-），男，高级工程师，主要从事工程管理与技术研究工作，E-mail:.通讯作者：崔光耀（1983-），男，博士，教授，主要从事隧道与地下工程方面的教学与研究工作，E-mail：.长节段大吨位预制拼装综合管廊接头防水现场试验研究马华兵1冯良平2王恒栋3霰建平4商冬凡5崔光耀6（1.中交二公局第六工程有限公司，西安 710075；2.中交公路长大桥建设国家工程研究中心有限公司，北京，100120；3.上海市政工程设计研究总院（集团）有限公司，上海 200092；4.中交二公局工程设计研究院，西安 710065；5.河北省建筑科学研究院有限公司,石家庄 050021；6.北方工业大学土木工程学院，北京 100144）摘要：为验证雄安新区启动区长节段大吨位预制拼装综合管廊的防水性能，开展长节段大吨位综合管廊接头防水现场试验，分析不同工况注水加压后两类止水带的防水性能。结果表明：两类止水带均能满足管廊正常使用状态的防水要求；两类止水带处于管廊张拉力失效工况下，类止水带出现2处漏水点，类止水带未出现漏水情况，这是因为类止水带采用静置拼接方法，管节接头拼缝宽度分布不均，张拉力失效时易出现渗漏水现象；两类止水带处于管节错位工况下，类止水带未出现漏水情况，类止水带出现3处漏水点，这是因为类止水带采用悬空拼接方法，其张拉力小于类止水带，错位条件下更易出现渗漏水现象。推荐该工程使用类止水带进行管节接头防水施工。关键词：城市综合管廊；长节段；大吨位；接头防水；注水加压；现场试验中图分类号：TU990.3文献标志码：A文章编号：1009-6582（2024）01-0208-08DOI:10.13807/ki.mtt.2024.01.021引文格式：马华兵，冯良平，王恒栋，等.长节段大吨位预制拼装综合管廊接头防水现场试验研究J.现代隧道技术,2024,61(1):208-215.MA Huabing,FENG Liangping,WANG Hengdong,et al.Study on Field Test of Joint Waterproofing of Long-segment Heavy-tonnage Prefabricated Assembled Utility TunnelJ.Modern Tunnelling Technology,2024,61(1):208-215.1引 言改革开放以来，随着我国经济的持续发展，城市人口逐渐增多，管线反复变动、道路反复开挖等城市改造现象层出不穷，不仅对城市交通、市容市貌等造成严重影响，还造成经济浪费1。城市综合管廊具有将城市工程管线集中敷设、避免因管线增容扩容开挖路面而影响交通、便于对工程管线进行维护、节约地上空间等优点，逐渐被应用于城市建设中2,3。雄安新区启动区作为雄安新区先期启动建设的片区之一，地下交通、工程管线错综复杂，因此装配式综合管廊方案被应用于启动区之中。对于装配式综合管廊来说，由于其处于地下又有着大量拼装缝隙，渗漏水问题成为影响其安全性与寿命长短的主要问题2,4。管廊管节接头处作为薄弱部位，其防水性能对于装配式综合管廊尤为重要5。目前，相关专家学者对地下工程接头防水进行了大量研究。张子新等6为了解决盾构隧道接头处因橡胶条与管片粘贴性能下降导致的防水性能降低问题，提出一种嵌入式密封垫，并对其防水性能进行研究。刁 钰等7利用有限差分软件FLAC 3D建立不同工况下的接头连接模型，用来分析接头变形对接头防渗漏性能的影响。刘 腾等8通过分析火灾对盾构隧道接头防水性能的影响程度，得出影响橡胶密封条是否具有防水性能的临界温度是165。张建刚等9通过建立管片接头模型，分析了防水密封垫不同布置方式对管片接头性能的影响，给出了对管片接头受力与防水性能均有利的初步建议。陈 聪等10以港珠澳大桥沉管隧道作为工程208长节段大吨位预制拼装综合管廊接头防水现场试验研究现 代 隧 道 技 术MODERN TUNNELLING TECHNOLOGYVol.61,No.1(Total No.414),Feb.2024第61卷第1期(总第414期),2024年2月出版背景，对管片接头M型止水带的止水效果进行了分析。季 军11以实际工程为背景，通过对深覆土输水隧洞与进洞井接头防水设计与施工技术进行分析，验证了施工措施对隧道防水性能提升的有效性。黄大维等12通过对管片纵缝接头处的病害进行分析，进行盾构隧道管片纵缝接头优化研究，提出了管片纵缝接头破损与渗漏水的预防措施。邓志鑫等13通过对所建立的盾构隧道模型施加列车撞击荷载，进行隧道管片接头的张开量与错动量研究，以对盾构隧道进行防水优化。然而，以上研究多集中于采用数值分析软件建立管片/管节接头模型或对建立缩小模型进行分析，对管片/管节接头防水性能进行研究，鲜有采用足尺试验对城市综合管廊管节接头开展防水研究14。综上，为提升雄安新区启动区综合管廊工程的防水性能，在固安梁场基坑内以2个足尺管节（宽15.9 m、高4.9 m、长6 m）进行长节段大吨位城市综合管廊接头防水现场注水加压试验研究，研究结果可为雄安新区启动区综合管廊接头防水设计与施工提供可靠依据。2试验概况2.1试验目的管廊管节接头处为防水薄弱位置，其防水性能对于装配式综合管廊尤为重要。本试验主要验证比较雄安新区启动区综合管廊接头处I类止水带（遇水膨胀橡胶、三元乙丙橡胶、腻子橡胶）和类止水带（遇水膨胀橡胶、三元乙丙橡胶）的防水性能差异，为该综合管廊接头防水设计提供可靠依据，两类止水带截面形式如图1所示。2.2国内管廊足尺模型防水试验统计分析为了更好地进行综合管廊接头防水试验，对国内管廊足尺模型防水试验进行统计分析，见表1。图1 止水带截面尺寸示意（单位：mm）Fig.1 Schematic diagram for cross section of waterstop(Unit:mm)3试验设计3.1试验工况与注水方案接头防水性能是影响预制拼装综合管廊结构安全性与耐久性的关键，而接头接缝所形成的张开宽度及密封垫的相对错位大小，是确定密封垫防水性能的重要指标，为应对管廊投入使用后所需面对的各种不利因素，依据国内接头防水试验的已有经验15，结合相关规范要求及现场实际情况16,17，共设计3种工况进行试验，具体见表2。表1 国内管廊足尺模型防水试验概况Table 1 Overview of waterproofing test with full-scale model for domestic tunnels试验名称上海世博园区预制预应力综合管廊接头防水性能试验（2010年）叠合装配式综合管廊防水设计及蓄水试验研究（2018年）预制管廊“双胶圈+带锁紧装置承插式接口”设计及防水试验技术（2018年）哈尔滨某管廊工程（2017年）试验规模单舱3.3 m3.8 m，足尺模型三舱9.3 m4.5 m，现场足尺模型两舱7.94 m4 m，足尺模型两舱9 m4.1 m，足尺模型试验对象遇水膨胀橡胶止水带橡胶止水带两道防水橡胶垫：一道为三元乙丙弹性橡胶圈，一道为遇水膨胀弹性橡胶圈承插口密封橡胶条闭水试验时间短期试验：2 h；长期试验：5 d每级加压试验：2 h；总试验时间：7 d每级加压试验：2 min；最终恒压时间：5 min每级加压试验：1015 min209长节段大吨位预制拼装综合管廊接头防水现场试验研究现 代 隧 道 技 术MODERN TUNNELLING TECHNOLOGY第61卷第1期(总第414期),2024年2月出版Vol.61,No.1(Total No.414),Feb.2024表2 防水试验工况Table 2 Cases of waterproofing test序号123工况止水带完全压紧工况张拉力失效特殊工况管廊管节错位工况试验目的模拟止水带正常工作状态模拟特殊情况下钢绞线张拉力失效模拟地震情况下管节间发生错位止水带有效界面压应力/MPa1.51.51.5防水试验持续时间/h2422注水方案为：（1）工况1的闭水试验时间为保压24 h，水压维持在0.15 MPa；（2）工况2与工况3的试验中，水压维持在0.15 MPa，保压2 h。其中，若水压表稳压0.15 MPa不变，且止水带无一处漏水则防水试验合格。试验时先进行类止水带接头防水试验，在类止水带试验完毕后将类止水带取下，后粘贴类止水带进行接头防水试验。3.2水路布置管廊管节足尺试件通过张拉设备纵向拼接，此时两类止水带受到挤压，在挤压后的双层止水带中间部分进行注水，注水设备及安装如图2所示。图2 防水试验装置安装（单位：mm）Fig.2 Installation drawing for waterproofing test apparatus(Unit:mm)3.3测试内容与方法试验的测试内容主要包括：（1）试验水压力值及保压时间，观测水压表（水压表精度为1.6级）上的压力读数，记录注水保压时间；（2）观察渗漏水情况。试验过程中派专人密切观察各个关键位置的渗漏水情况。3.4试验过程3.4.1止水带完全压紧工况止水带完全压紧工况试验过程为：（1）在管节接头止水带完全压紧时，在注水口安装注水装置及水压表；（2）通过管廊底部注水口向止水带内注水，注水期间打开排水口；（3）当排气口有水流出时，此时止水带内满水，关闭排水阀；（4）继续向止水带内部注水，待注水口处的水压表读数达到设计水压0.15 MPa时，关闭进水阀，保压24 h；（5）期间人员巡视观察管节接头止水带有无漏水情况。试验过程如图3所示。图3 止水带完全压紧工况防水试验Fig.3Waterproofing test in the case of fully pressedwaterstop3.4.2张拉力失效特殊工况张拉力失效特殊工况试验过程为：（1）在管节接头止水带完全压紧时，在注水口安装注水装置及水压表；（2）卸掉纵向张拉力，此时接头止水带靠自身压缩性回弹，拼缝宽度增大；（3）卸载稳定后，往注水口中注水，待排水口喷水，关闭排水阀；（4）继续向止水带内部注水，待注水口处的水压表读数达到设计水压0.15 MPa时，关闭进水阀，保压2 h；（5）期间人员巡视观察管节接头止水带有无漏水现象。试验过程如图4所示。3.4.3管廊管节错位工况类止水带管廊管节拼接方式采用静置拼接，管节错位工况试验过程具体为：（1）在管廊纵向张拉预紧过程中，通过提廊机实现管节接头竖向错位210长节段大吨位预制拼装综合管廊接头防水现场试验研究现 代 隧 道 技 术MODERN TUNNELLING TECHNOLOGYVol.61,No.1(Total No.414),Feb.2024第61卷第1期(总第414期),2024年2月出版图4 张拉力失效工况防水试验Fig.4 Waterproofing test in the case of tensioning forceinduced failure10 mm（图5）；（2）止水带完全压紧后有效界面应力达到1.61 MPa；（3）进行注水试验，在水压达0.15 MPa时保压2 h。测试I类止水带管节错位工况下的防水效果。图5 类止水带接头错位量及实拍示意Fig.5 Joint dislocation of Class I waterstop and its photograph类止水带管廊管节拼接方式采用悬空拼接，管节错位工况试验过程为：（1）通过提廊机实现管节接头竖向及横向错位各10 mm（图6）；（2）在管廊悬拼状态下，纵向张拉钢绞线，止水带完全压紧时，其有效界面应力达1.04 MPa；（3）进行注水试验（保压2 h）。测试类止水带管节工况下的防水效果。4试验结果及分析通常情况下止水带在使用过程中的渗水路径为其与管节间的接触部位。渗漏水机理为：当接触部位的应力均大于注水压力时，管节接头不会发生渗漏水现象；反之，若某处接触部位的应力小于注水压力，则该处就会出现渗漏水现象。4.1止水带完全压紧工况提取止水带完全压紧试验工况现场试验数据，结果见表3。图6 类止水带接头错位测量示意Fig.6 Schematic diagram for measurement of joint dislocationof Class II waterstop表3 止水带完全压紧工况防水试验结果Table 3 Results of waterproofing test in the case of fullypressed waterstop止水带类型类止水带类止水带止水带有效界面压应力/MPa1.611.611.611.611.611.611.611.611.611.611.611.611.561.561.561.561.561.561.561.561.561.561.561.56保压时间/h2468101214161820222424681012141618202224注水水压/MPa0.150.150.150.150.150.150.150.150.150.150.150.150.150.150.150.150.150.150.150.150.150.150.150.15漏水情况无漏水无漏水无漏水无漏水无漏水无漏水无漏水无漏水无漏水无漏水无漏水无漏水无漏水无漏水无漏水无漏水无漏水无漏水无漏水无漏水无漏水无漏水无漏水无漏水由表3可知，当两类止水带处于完全压紧工况时，类和类止水带有效界面应力分别为 1.61MPa和1.56 MPa。对接头双层止水带中间部位进行注水加压，注水水压达到0.15 MPa时保压24 h，每隔211长节段大吨位预制拼装综合管廊接头防水现场试验研究现 代 隧 道 技 术MODERN TUNNELLING TECHNOLOGY第61卷第1期(总第414期),2024年2月出版Vol.61,No.1(Total No.414),Feb.20242 h观察两类止水带防水效果，保压过程中管节接头两类止水带均未出现漏水现象。由此可知，两类止水带在管廊正常使用状态下均能满足防水要求。4.2张拉力失效特殊工况提取张拉力失效特殊工况下两类止水带现场试验数据，结果见表4。表4 张拉力失效特殊工况下防水试验结果Table 4 Results of waterproofing test in the special case oftensioning force induced failure止水带类型类止水带类止水带止水带有效界面压应力/MPa0.730.94保压时间/h22注水水压/MPa0.150.15漏水情况存在2处漏水无漏水由表4可知：（1）当类止水带处于管廊张拉力失效工况时，此时止水带有效界面应力由完全压紧时的1.61 MPa降至0.73 MPa。在此状态下，对双层止水带中间部位进行注水加压，当注水水压达到0.15 MPa时保压2 h，保压结束后，在管节接头处发现止水带存在2处漏水点，漏水点位置如图7所示。图7 类止水带防水试验结果（管廊张拉力失效工况）Fig.7 Results of waterproofing test of Classwaterstop(case oftensioning force induced failure in tunnel)（2）当类止水带处于张拉力失效特殊工况时，此时止水带有效界面应力由完全压紧时的1.56 MPa降至0.94 MPa。在此状态下，对双层止水带中间部位进行注水加压，当注水水压达到0.15 MPa时保压2 h，保压结束后，未发现管节接头止水带出现漏水现象。（3）类止水带采用静置拼接方法，需要较大的张拉力来克服廊底摩擦力，这就导致在安装过程中出现底部拼缝宽度大于顶部情况；类止水带采用悬空拼接方法，几乎不受摩擦力影响，底部拼缝宽度与顶部基本一致。当张拉力失效时，采用静置拼接的类止水带更易因为拼接缝宽度分布不均而出现渗漏水现象。综上，类止水带满足张拉力失效特殊工况下的防水要求，类止水带不满足要求。4.3管廊管节错位工况提取管廊管节错位工况两类止水带现场试验数据，结果见表5。表5 管廊管节错位工况防水试验结果Table 5 Results of waterproofing test in the case ofelement dislocation of tunnel止水带类型类止水带类止水带止水带有效界面压应力/MPa1.611.04保压时间/h22注水水压/MPa0.150.15漏水情况无漏水存在3处漏水由表5可知：（1）当类止水带处于管廊管节错位工况时，此时止水带有效界面应力为1.61 MPa。此状态下测试止水带防水效果，注水水压达到0.15 MPa并保压2 h，当保压结束后，未发现止水带出现漏水现象；在类止水带处于管廊管节错位工况时，此时止水带有效界面应力为1.04 MPa，此状态下测试止水带防水效果，注水水压达到0.15 MPa并保压2 h，保压结束后，发现管舱内存在3处漏水点，如图8所示。（2）错位工况时需通过提廊机实现管廊接头竖向错位10 mm，这导致静置拼接时（类止水带）管廊所受的摩擦力减小，但其张拉力仍大于悬空拼接时（类止水带），较大的张拉力使得止水带与管廊贴合更紧密，而悬空拼接张拉力基本没有变化，在错位条件下类止水带因接触压力变小而出现渗漏水现象。综上所述，类止水带满足管廊管节错位特殊工况的防水要求，类止水带不满足要求。4.4止水带类型选择（1）由于类止水带管节拼接方式采用静置拼212长节段大吨位预制拼装综合管廊接头防水现场试验研究现 代 隧 道 技 术MODERN TUNNELLING TECHNOLOGYVol.61,No.1(Total No.414),Feb.2024第61卷第1期(总第414期),2024年2月出版图8 类止水带防水试验结果（管廊管节错位工况）Fig.8 Results of waterproofing test of Classwaterstop(case ofelement dislocation of tunnel)接，张拉过程中需克服较大的廊底摩擦力，导致管节接头底部拼缝宽度大于顶部拼缝宽度。因拼缝宽度分布不均，为满足管廊接头防水要求，类止水带的压缩量需高于类止水带。（2）类止水带管节拼接方式采用悬空拼接，管节接头拼缝宽度基本相同。因其张拉力小于静置拼接的类止水带，管廊管节错位情况下易出现渗漏水现象，可通过采用刚性基础和管廊两侧限位设计避免出现管节错位情况。综上所述，考虑管廊长期防水性能、施工质量及施工工艺难度，雄安新区启动区综合管廊接头防水推荐使用类止水带。5结 论（1）两类止水带处于完全压紧工况下，注水保压24 h，保压过程中管节接头均未出现漏水现象，说明两类止水带均能满足管廊正常使用状态的防水要求。（2）管廊张拉力失效特殊工况下，注水保压2h，保压结束后，类止水带管节接头处发现2处漏水点，类止水带管节接头未出现漏水现象。这是因为类止水带采用静置拼接方法，廊底摩擦较大，管节接头底部拼缝宽度大于顶部拼缝宽度，当张拉力失效时，类止水带更易因为拼缝宽度分布不均而出现渗漏水现象。（3）管廊管节错位工况下，注水保压2 h，保压结束后，类止水带管节接头未出现漏水现象，类止水带管节接头处发现3处漏水点。这是因为类止水带采用悬空拼接方法，其张拉力小于静置拼接的类止水带张拉力，错位条件下类止水带接触压力小于类止水带接触压力，更易出现渗漏水现象。（4）综合考虑管廊长期防水性能、施工质量及施工工艺难度，本工程管节接头防水施工推荐使用类止水带。参考文献References1 梁宁慧,兰 菲,庄 炀,等.城市地下综合管廊建设现状与存在问题J.地下空间与工程学报,2020,16(6):1622-1635.LIANG Ninghui,LAN Fei,ZHUANG Yang,et al.Current Situation and Existing Problems of Urban Utility Tunnel ConstructionJ.Chinese Journal of Underground Space and Engineering,2020,16(6):1622-1635.2 吴 波,王汪洋,吴 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tunnel in the startup zone of Xiongan New Area,the field test of joint waterproofing of long-segment214长节段大吨位预制拼装综合管廊接头防水现场试验研究现 代 隧 道 技 术MODERN TUNNELLING TECHNOLOGYVol.61,No.1(Total No.414),Feb.2024第61卷第1期(总第414期),2024年2月出版heavy-tonnage utility tunnel has been conducted,and the waterproof performance of two types of waterstops after water injection and pressurization in different cases has been analyzed.As the results indicate:both types of waterstopscan meet the waterproofing requirements for the tunnel in normal operation.In the case of tensioning force inducedfailure of the two types of waterstops,Classwaterstop has 2 leakage points and Class waterstop has no leakagepoint.The reason is that Classwaterstop is spliced when kept still and the nonuniform splice width at elementjoint will result in tensioning force induced failure and thus water leakage.In the case of element dislocation of thetwo types of waterstops,Classwaterstop has no leakage and Class waterstop has 3 leakage points.The reason isthat Classwaterstop is spliced when suspended and its tensioning force is less than that of Classwaterstop,soleakage is more likely to occur in the case of dislocation.For this project,it is recommended to use Class waterstop for waterproofing of element joint.Keywords:Urban utility tunnel;Long segment;Heavy tonnage;Joint waterproofing;Water injection and pressurization;Field testStudy on Model Test of Existing Shield Tunnel UpliftZENG Yi1GAO Yue2,3WU P