寒區(qū)隧道拱墻鋪設(shè)防水保溫層施工方法

李占奎

(中鐵隧道集團(tuán)二處有限公司，河北三河 065201)

0 引言

目前國(guó)內(nèi)外隧道防凍防寒措施包括被動(dòng)防寒和主動(dòng)供暖。被動(dòng)防寒包括隔熱法、防排水系統(tǒng)和防寒門，主動(dòng)供熱法包括洞口段供暖和保溫水溝加熱［1］。國(guó)內(nèi)隧道大多采用被動(dòng)防寒措施。

國(guó)內(nèi)一般地段隧道采用鋪設(shè)單層防水板，防水板與初期支護(hù)之間安裝環(huán)向和縱向排水盲管的防排水方法。然而，寒區(qū)隧道襯砌背后積水遇冷則凍結(jié)，在設(shè)置防水層同時(shí)，還需要設(shè)置保溫隔熱層，以保證襯砌背后積水不凍結(jié)，能夠順利排出洞外［2－5］。國(guó)內(nèi)寒區(qū)和高原地區(qū)隧道多采用“防水板+保溫板+防水板”3層防水保溫結(jié)構(gòu)，其中以硬質(zhì)聚氨酯保溫板作為保溫隔熱層，以EVA防水板作為防水層。該結(jié)構(gòu)最大的施工難點(diǎn)是如何采用無(wú)釘法依次鋪設(shè)固定這3層材料［6－8］。目前國(guó)內(nèi)該類隧道多采用TN－1型聚氨酯黏結(jié)劑來(lái)實(shí)現(xiàn)無(wú)釘鋪設(shè)［9］。本文結(jié)合拉法山隧道防水保溫層施工實(shí)踐，詳細(xì)描述膠結(jié)法、吊繩吊掛法、環(huán)向鋼筋固定法和防水板連接帶環(huán)向張拉法4種鋪設(shè)方法，并總結(jié)其優(yōu)缺點(diǎn)。

1 工程概況

拉法山隧道位于吉林省蛟河市慶鈴鎮(zhèn)北4～5 km處，進(jìn)口位于新開河屯，出口位于生菜溝北，里程樁號(hào)為DK35+965～DK46+000，總長(zhǎng)10 035 m，為鐵路雙線隧道。隧址區(qū)年平均氣溫為4℃，極端最高氣溫為34.9℃，極端最低氣溫為－41.8℃，最冷月平均氣溫為－28.5℃，年平均最大積雪深度為37cm，最大凍結(jié)深度為167cm。按鐵路氣候區(qū)劃分為寒冷區(qū)與嚴(yán)寒區(qū)。

2 拉法山隧道防寒保溫設(shè)計(jì)

2.1 防排水設(shè)計(jì)

為防止洞口淺埋段產(chǎn)生凍脹病害，在隧道距洞口500 m范圍內(nèi)采用徑向注漿堵水措施。全隧暗挖段初期支護(hù)和二次襯砌間拱墻背后設(shè)EVA防水板加土工布，防水板厚1.5mm，土工布400g/m2，其中隧道距洞口500 m范圍內(nèi)鋪設(shè)雙層防水板。

2.2 防寒保溫設(shè)計(jì)

隧道距洞口2 000 m范圍內(nèi)設(shè)雙側(cè)保溫水溝。進(jìn)口端2 000 m、出口端2 405 m處設(shè)置中心深埋水溝(凍結(jié)深度以下)。距洞口500 m范圍內(nèi)在2層防水板之間設(shè)置5 cm厚硬質(zhì)聚氨酯保溫板。

3 第1層防水板鋪設(shè)方法

第1層防水板鋪設(shè)施工工序簡(jiǎn)單，施工工藝已經(jīng)非常成熟。主要施工工序?yàn)?初期支護(hù)基面處理—鋪設(shè)土工布—鋪設(shè)防水板。

第1層防水板采用無(wú)釘鋪設(shè)方法，即先采用專用射釘及熱熔墊圈將土工布固定在噴射混凝土上，專用熱熔墊圈按梅花形布設(shè);然后利用手動(dòng)電熱熔接器加熱，使防水板焊接在固定土工布專用的熱熔墊圈上。土工布、防水板按照從下向上的順序鋪設(shè)，環(huán)向鋪設(shè)時(shí)，下部防水板應(yīng)壓住上部防水板，松緊應(yīng)適度并留有余量，保證土工布、防水板全部面積均能貼到圍巖［10］。

4 保溫板和第2層防水板鋪設(shè)方法

雙層防水板中間加保溫板的施工技術(shù)難點(diǎn)是如何在已經(jīng)鋪設(shè)好第1層防水板的基礎(chǔ)上，再采用無(wú)釘鋪設(shè)法且不能穿透第1層防水板的前提下安裝保溫板，繼而鋪設(shè)第2層防水板。以下介紹4種安裝保溫板和鋪設(shè)第2層防水板方法，各方法均建立在第1層防水板已經(jīng)鋪設(shè)好的基礎(chǔ)上。

4.1 膠結(jié)法

理想的膠結(jié)法是在采用無(wú)釘法鋪設(shè)固定好第1層防水板后，把TN－1型聚氨酯黏結(jié)劑均勻地涂抹在第1層防水板和保溫板表面，晾置片刻，至黏結(jié)劑開始凝膠后將保溫板貼在第1層防水板表面并人工用力加壓密貼，直至達(dá)到足夠的膠結(jié)強(qiáng)度;然后把TN－1型聚氨酯黏結(jié)劑均勻地涂抹在保溫板的另一面和第2層防水板表面。利用同樣的方法將第2層防水板和保溫板粘接牢固。

然而，現(xiàn)場(chǎng)施工實(shí)踐證明隧道拱頂部位的保溫板與第1層防水板之間達(dá)不到理想的膠結(jié)效果，最終導(dǎo)致在未鋪設(shè)第2層防水板之前保溫板就已經(jīng)脫落。原因是:隧道拱部為弧形且初期支護(hù)表面不平整，第1層防水板隨拱部弧形鋪設(shè)后亦不平整，保溫板為硬質(zhì)長(zhǎng)方體，表面平整，小范圍內(nèi)不會(huì)隨拱部弧形發(fā)生彎曲。因此，保溫板與第1層防水板之間局部不能吻合，不能實(shí)現(xiàn)全部密貼，膠結(jié)面積不足導(dǎo)致達(dá)不到足夠的膠結(jié)強(qiáng)度，最終使得保溫板脫落。

4.2 吊繩吊掛法

雙層防水板中間加保溫板吊繩吊掛法工藝復(fù)雜。在采用無(wú)釘法鋪設(shè)固定好第1層防水板后，在第1層防水板內(nèi)表面、第2層防水板外表面均預(yù)先焊接連接帶。連接帶利用防水板邊角料加工而成，寬約5cm，長(zhǎng)約20 cm，連接帶兩端與防水板表面焊接，中間預(yù)留供吊繩穿過的空隙，形成吊環(huán)狀。吊繩材料為普通塑料帶。吊繩吊掛法見圖1。

圖1 吊繩吊掛法圖Fig.1 Hanging method

自隧道一側(cè)邊墻底開始施工，保溫板安裝與第2層防水板鋪設(shè)同步進(jìn)行。首先將吊繩與第1層防水板內(nèi)表面吊環(huán)通過系扣連接牢固，從保溫板縫隙穿出(或單獨(dú)在保溫板上鉆小孔穿出);然后與第2層防水板外表面的吊環(huán)通過系扣連接，拉緊吊繩，收緊2層防水板即可將保溫板固定在中間位置。

然而，現(xiàn)場(chǎng)施工實(shí)踐證明由于吊繩與連接帶之間的連接系扣屬于柔性連接，松弛度比較大，時(shí)間稍長(zhǎng)系扣就會(huì)自然松動(dòng)，進(jìn)而導(dǎo)致保溫板和第2層防水板下沉，侵占二次襯砌凈空。

4.3 環(huán)向鋼筋固定法

首先在靠近隧道兩側(cè)邊墻處混凝土底板打設(shè)φ20 mm短鋼筋，每根短鋼筋長(zhǎng)約35 cm。短鋼筋伸出混凝土面20 cm左右，隧道縱向間距為1 m;然后安裝拱墻環(huán)向固定鋼筋，該部要充分考慮二次襯砌斷面尺寸，保證環(huán)向固定鋼筋安裝在保溫板與第2層防水板之間設(shè)計(jì)位置。環(huán)向固定鋼筋就位后將其與短鋼筋焊接牢固。如果二次襯砌為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，直接利用伸出仰拱面的環(huán)向預(yù)留主筋作為短鋼筋與環(huán)向固定鋼筋焊接牢固即可。準(zhǔn)備工作完成后，在側(cè)面將保溫板塞進(jìn)第1層防水板與環(huán)向鋼筋中間的夾層內(nèi)。拱墻保溫板安裝完成后開始鋪設(shè)第2層防水板。第2層防水板外表面同樣焊接連接帶，形成吊環(huán)狀，利用吊繩通過吊環(huán)與φ20 mm環(huán)向固定鋼筋系牢即可。環(huán)向鋼筋固定法見圖2。

4.4 防水板連接帶環(huán)向張拉連接法

防水板連接帶利用防水板剩余邊角料加工而成，寬約5 cm，長(zhǎng)度根據(jù)保溫板具體尺寸確定。連接帶與防水板屬于同一種性質(zhì)材料，二者可以利用手動(dòng)電熱熔接器加熱焊接牢固。連接帶不僅可以通過其兩端與第1層防水板表面焊接將保溫板固定牢固，還可以作為焊接第2層防水板的固定媒介，這是利用防水板連接帶的一個(gè)顯著優(yōu)點(diǎn)。

圖2 環(huán)向鋼筋固定法圖Fig.2 Circumferential re-bar fixing method

鋪設(shè)保溫板時(shí)，由隧道兩側(cè)邊墻開始向拱頂逐塊進(jìn)行。首先，將2條連接帶的一端焊接在防水板上表面，保溫板就位后，拉緊2條連接帶，將連接帶的另一端同樣分別焊接在防水板表面，這樣第1塊保溫板固定完畢;接著，將固定第2塊保溫板的連接帶焊接在固定第1塊保溫板的連接帶表面。鋪設(shè)第2層防水板時(shí)，直接將防水板與連接帶通過熱熔焊槍焊接牢固即可。防水板連接帶環(huán)向張拉法見圖3。

5 施工方法綜合對(duì)比

5.1 方法可行性和施工進(jìn)度對(duì)比

通過施工現(xiàn)場(chǎng)相繼使用不同的方法證明:膠結(jié)法不可行;吊繩吊掛法雖然可行但是施工時(shí)難以控制保溫板和第2層防水板的下沉量，而且施工進(jìn)度緩慢;環(huán)向鋼筋固定法和防水板連接帶環(huán)向張拉法可行，能夠保證施工進(jìn)度、有效控制下沉量。

5.2 經(jīng)濟(jì)性對(duì)比

環(huán)向鋼筋固定法和防水板連接帶環(huán)向張拉法均能夠滿足方法可行性和施工進(jìn)度的要求，但是使用環(huán)向鋼筋固定法時(shí)需要額外增加環(huán)向固定鋼筋的費(fèi)用(見表1)，而使用防水板連接帶環(huán)向張拉連接法時(shí)，僅需要充分利用防水板剩余邊角料即可，沒有產(chǎn)生額外材料費(fèi)用。

6 結(jié)論與討論

6.1 防水板連接帶連接法優(yōu)點(diǎn)

1)防水板連接帶環(huán)向張拉連接法完全實(shí)現(xiàn)了防水層和保溫層的無(wú)釘鋪設(shè)。

圖3 防水板連接帶環(huán)向張拉法圖Fig.3 Connection strip tensioning method

表1 環(huán)向鋼筋法鋼筋用量Table 1 Amount of re-bars used in circumferential re-bar fixing method

2)該方法保證了初期支護(hù)、2層防水板、保溫板和二次襯砌之間的有效連接，提高了隧道防水保溫隔熱質(zhì)量。

3)連接帶利用防水板邊角料加工而成，充分體現(xiàn)了環(huán)保節(jié)約的原則。

4)施工時(shí)可以自兩側(cè)邊墻同時(shí)向拱部進(jìn)行，大大加快了施工進(jìn)度。

6.2 施工經(jīng)驗(yàn)

1)防水板連接帶連接屬于柔性連接，保溫板和第2層防水板在安裝鋪設(shè)完成后仍然會(huì)發(fā)生小幅度的下沉，在施工時(shí)必須注意將第1層防水板、保溫板和第2層防水板之間貼緊，以減小下沉量。

2)硬質(zhì)聚氨酯保溫板具有彈性，在拆除拱墻鋼筋臨時(shí)支撐后，拱部鋼筋下沉，兩側(cè)鋼筋向邊墻擠壓，將導(dǎo)致拱部二次襯砌鋼筋侵入凈空，在拱墻設(shè)置鋼筋地段安裝鋼筋時(shí)必須將拱墻鋼筋墊塊與第二次防水板之間貼緊。

［1］ 夏才初，張國(guó)柱，曹詩(shī)定，等.寒區(qū)公路隧道防凍保暖技術(shù)及其發(fā)展趨勢(shì)［C］//2009年全國(guó)公路隧道學(xué)術(shù)會(huì)議論文集.重慶:重慶大學(xué)出版社，2009.

［2］ 王明陽(yáng).嚴(yán)寒地區(qū)隧道防排水與保溫防凍技術(shù)［J］.隧道建設(shè)，2006，26(3):51 － 54.(WANG Mingyang.Waterproofing，drainage，heat preservation and anti-freezing technology of tunnels in frigid area［J］.Tunnel Construction，2006，26(3):51 －54.(in Chinese))

［3］ 齊海鋒.嚴(yán)寒地區(qū)隧道凍害防治辦法［J］.山西建筑，2008(11):315 －316.(QI Haifeng.Measures to prevention frost damage of tunnel in cold region［J］.Shanxi Architecture，2008(11):315－316.(in Chinese))

［4］ 張祉道，王聯(lián).高海拔及嚴(yán)寒地區(qū)隧道防凍設(shè)計(jì)探討［J］.現(xiàn)代隧道技術(shù)，2004(3):1 － 6.(ZHANG Zhidao，WANG Lian.Discussion on the design of tunnels in high elevation and bitter cold region［J］.Modern Tunnelling Technology，2004(3):1 －6.(in Chinese))

［5］ 王化平.嚴(yán)寒地區(qū)隧道防排水施工技術(shù)探討［J］.內(nèi)蒙古科技與經(jīng)濟(jì)，2009(11):83－86.

［6］ 房建宏.大板山隧道保溫措施使用效果的探討［J］.青海交通科技，2008(2):48 －49.

［7］ 孫繼偉，蔡忠澤.隧道無(wú)釘鋪設(shè)復(fù)合防水板在寶蘭二線的應(yīng)用［J］.石家莊鐵道學(xué)院學(xué)報(bào):自然科學(xué)版，2002(S1):60 －62.(SUN Jiwei，CAI Zhongze.An application of nailless spreading of compound waterproof board to Bao-Lan second line tunnels［J］.Journal of Shijiazhuang Railway Institute:Natural Science，2002(S1):60－62.(in Chinese))

［8］ 司偉鋒.隧道防水板無(wú)錨釘鋪設(shè)技術(shù)［J］.重慶交通學(xué)院學(xué)報(bào)，2002，21(2):25 －27.(SI Weifeng.The lay technique by non-anchor bar of waterproof plate in tunnels［J］.Journal of Chongqing Jiaotong University，2002，21(2):25 － 27.(in Chinese))

［9］ 王永順.風(fēng)火山隧道復(fù)合式襯砌防水、隔熱保溫層的無(wú)釘鋪設(shè)技術(shù)［J］.鐵道建筑，2003(9):30－32.

［10］ 王青海.客運(yùn)專線隧道防水板施工控制要點(diǎn)淺析［J］.山西建筑，2010(31):330 －331.(WANG Qinghai.Discussion on the construction control points about waterproof board on the special passenger line tunnel［J］.Shanxi Architecture，2010(31):330 －331.(in Chinese))