全圓隧洞洞壁雙向防水施工技術

中建一局集團第五建筑有限公司 北京 100024

1 工程概況

北京市南水北調(diào)配套工程東干渠工程第9標段工程，自北京市東五環(huán)路化工橋東北段起始，至五方橋東北段終止，全長2.77 km。工程建成后，將作為南水北調(diào)進京后的主要輸水渠道，為北京中心城區(qū)、通州新城和亦莊新城主要水廠提供雙水源供水保障。

工程全部為地下管涵，采用盾構法施工。輸水隧道為全圓隧洞管線，隧洞結構橫截面外徑6 000 mm，凈空直徑4 600 mm，設計為雙層襯砌結構。一次襯砌層為盾構普通襯砌環(huán)結構，環(huán)寬1 200 mm，厚300 mm，采用C50（W10、F150）預制混凝土管片（簡稱：一襯盾構管片），見圖1。二次襯砌層外徑5 400 mm，內(nèi)徑4 600 mm，厚度400 mm，采用現(xiàn)澆鋼筋自密實混凝土結構（簡稱：二襯混凝土），見圖2，強度等級為C35（W10、F150）。防水層為高密度聚乙烯（HDPE）自粘膠膜防水卷材（簡稱：HDPE防水卷材），位于結構一襯與二襯之間，見圖3。全圓隧洞橫截面局部構造見圖4[1,2]。

圖1 一襯盾構管片

圖2 二襯混凝土澆筑后隧洞實景

圖3 雙層襯砌橫截面構造示意

圖4 橫截面局部結構示意

2 雙向防水施工技術

利用HDPE防水卷材多層復合防水材料的優(yōu)越性能，同時對隧洞進行全圓澆筑，形成無施工縫的一體圓環(huán)結構，有效地實現(xiàn)了輸水隧洞內(nèi)外雙向防水功效。

2.1 HDPE防水卷材性能及防水機理

HDPE防水卷材是以特制的高密度聚乙烯膜為主防水層的高效防水卷材，其無毒、無味、防霉、耐腐蝕，適宜于飲用水管道的防水施工。主防水層上設置自粘層、抗環(huán)境變化保護層和隔離層。自粘層和保護層具有破損自愈功能，可自行修復微創(chuàng)破損，避免日久加重破損情況，使損失變大。直接在防水卷材上澆筑混凝土，凝固后，可形成與混凝土結構無間隙的永久性黏結為一體的防水層，黏結強度隨混凝土抗壓強度增加而增加，從而杜絕結構內(nèi)外部水在防水層和結構間的竄流隱患。防水層防水性能不受主體結構沉降影響，極大地提高了隧洞防水系統(tǒng)的可靠性。

將HDPE防水卷材的主防水層直接預鋪在隧洞一襯盾構管片上，在搭接部位臨時固定卷材。防水卷材施工后，不需鋪設保護層，可直接進行綁扎鋼筋、支模板、澆筑混凝土等二襯混凝土結構的施工。利用防水卷材上自粘層和保護層與現(xiàn)澆二襯混凝土的接觸溶合，產(chǎn)生化學反應，形成連續(xù)牢固黏結的一體（圖5）。既防范了輸水隧洞內(nèi)部的外滲，又阻止了隧洞外部地下水的侵蝕與滲入，還能避免防水層和隧洞結構間的竄水，保證了全圓隧洞雙向防水效果。

圖5 HDPE防水卷材與結構間構造示意

2.2 二襯混凝土全圓一體防水施工技術

利用全圓襯砌針梁式臺車模板（圖6），將隧洞二襯混凝土澆筑成全圓一體，提高二襯混凝土的自防水能力。澆筑時，不留設縱向伸縮縫，只沿隧洞縱向每12 m設置1道伸縮縫（即環(huán)向伸縮縫）。縫內(nèi)止水采用紫銅止水，高壓低發(fā)泡聚乙烯閉孔板嵌縫，在迎水面嵌高30 mm雙組分聚硫密封膠封口。為保證隧洞頂部二襯混凝土無空隙，須進行二次回填注漿，以保證輸水隧洞再次防水的功效。

3 雙向防水施工工藝流程

一襯盾構管片拼裝→清理一襯結構內(nèi)部表面→鋪設HDPE防水卷材→在卷材上綁扎鋼筋→安裝紫銅止水帶、填塞變形縫、撕去卷材隔離膜→全圓襯砌針梁式臺車模板安裝固定→澆筑二襯混凝土→二次回填注漿→達到強度后，襯砌臺車脫模→二襯混凝土養(yǎng)護[3-6]

4 主要施工操作要點

4.1 一襯盾構管片拼裝

利用自制施工用操作臺車（圖7），按照設計要求將一襯C50（W10、F150）預制混凝土盾構管片拼裝到位，相鄰管片間用高強螺栓連接后，管片縫隙及螺栓凹陷處采用1∶2.5聚合物水泥砂漿填充、壓實、抹平。

圖7 自制臺車簡易工作平臺示意

4.2 HDPE防水卷材鋪設

將一襯盾構管片基面清理干凈，保證基面平整、干燥、清潔，可以與防水卷材充分接觸。在一襯盾構管片上彈線定位，順著隧洞的環(huán)向方向，在隧洞頂拱部位粘貼雙面膠帶，鋪貼HDPE防水卷材，作臨時固定。將防水卷材鋪平，緊貼管片，中間不得有氣泡產(chǎn)生。

4.2.1 HDPE防水卷材的搭接處理

HDPE防水卷材幅寬1 200～2 400 mm，其中有逾80 mm的搭接寬度。在一襯內(nèi)表面，沿隧洞環(huán)向方向展開HDPE防水卷材，進行松鋪鋪設。防水卷材長邊采用自粘搭接輔以專用膠黏帶（寬80 mm）的搭接方式，再用專用蓋口條完全蓋住搭接邊，并用鋼輥壓緊搭接邊，確保卷材黏結得密實完全（圖8）；整個一襯環(huán)向上，卷材短邊的搭接不超過2次。

圖8 HDPE防水卷材搭接做法示意

4.2.2 HDPE防水卷材的修補

在后道工序中檢查出防水卷材上有破損之處，必須立即用黑色記號筆做出明顯標記，以便隨后修補。修補破損面必須采用同樣型號的卷材打補丁，補丁的尺寸應滿足破損周邊外有大于100 mm的完整搭接。對于單一破損點可用專用蓋口條直接修補。當某一范圍內(nèi)有多個破損點時視同破損面，修補補丁可裁剪成圓形、橢圓形或邊角修圓的長方形、正方形等形狀，再用專用搭接膠帶將修補補丁與卷材完全黏結，最后用專用蓋口條完全蓋住補丁周邊接縫。修補完成后，應對修補質量進行仔細檢查，確保卷材的修補質量。

4.3 二襯混凝土施工

4.3.1 安裝二襯鋼筋及預埋件

利用自制臺車簡易工作平臺，先安裝隧洞環(huán)向鋼筋，環(huán)向鋼筋為2段半圓弧鋼筋，兩端采用直螺紋機械連接，接頭等級達到Ⅱ級，形成整圓鋼筋圈。鋼筋接頭位置宜放在隧洞中心高程45°內(nèi)并錯開布置，不得放在拱頂和拱底。再安裝隧洞縱向鋼筋，并在適當?shù)奈恢貌贾媒壴摻铖R凳（圖9），以保證第2層鋼筋的位置正確。環(huán)向內(nèi)、外側鋼筋采用HRB400φ25 mm@125 mm，縱向內(nèi)、外側鋼筋采用HRB400φ14 mm@200 mm。二襯鋼筋布設2道，其配筋示意見圖10。

圖9 二襯鋼筋綁扎

圖10 二襯鋼筋配筋示意

4.3.2 變形縫處止水帶安裝

澆筑二襯混凝土時，只沿隧洞縱向每12 m設置1道伸縮縫（即環(huán)向伸縮縫）。12 m為1倉，不足12 m時，適當調(diào)整相鄰段分縫位置，控制分縫長度在6～12 m；伸縮縫寬度為20 mm，縫內(nèi)止水采用紫銅止水帶（厚度1.2 mm，見圖11），高壓低發(fā)泡聚乙烯閉孔板嵌縫；在迎水面嵌高30 mm雙組分聚硫密封膠封口。

紫銅止水帶須按設計位置跨縫對中安裝，并用全圓襯砌針梁式臺車封堵模板進行定位固定，下端頭模板一端插入到變形縫U形槽內(nèi)80 mm，一端用φ16 mm螺栓固定在臺車模板上。上端頭模板用木楔進行擠壓固定，確保在混凝土澆筑過程中不產(chǎn)生變形或位移。不允許有拉筋、鋼筋或其他鋼結構與止水帶相接。

圖11 已焊接的紫銅止水帶

4.3.3 襯砌臺車定位，澆筑二襯混凝土

安裝好紫銅止水帶，將臺車模板運至現(xiàn)場安裝固定好，保證臺車模板與一襯、防水卷材、紫銅止水帶間的密封不漏漿（圖12），并留好混凝土澆筑口。采用C35（W10、F150）混凝土分層、水平、對稱澆筑；先底拱（底板），后邊拱（邊墻）和頂拱。使隧洞全斷面襯砌一次成型，不留設縱向伸縮縫，提高隧洞二襯混凝土自防水能力。

圖12 臺車模板合模

4.3.4 變形縫填塞

1）待二襯混凝土結構變形穩(wěn)定后，開始填充變形縫內(nèi)防水構造材料。

2）紫銅止水帶銅鼻子內(nèi)先放置1根在瀝青里煮透的麻絲，再澆瀝青。采取多次、多層澆筑的方法，使瀝青澆得比較密實，嚴格保證凹槽部位與變形縫位置一致，齊縫布置。

3）低發(fā)泡聚乙烯閉孔泡沫板先加工成需要的尺寸，鋪設時，先在閉孔泡沫板表面粘貼雙面膠，采用全圓閉合方式粘貼于已澆筑混凝土表面，并與紫銅止水帶U形槽對齊，并充分壓實，用鋼釘固定。防止在澆筑混凝土時，泡沫板發(fā)生移位。

4）使用雙組分聚硫密封膠嵌縫，施工前在縫隙的兩邊50 mm處貼上寬50 mm的防護膠帶，以防施工中多余的聚硫膠把表面弄臟。

4.3.5 二次回填注漿

隧洞二襯施工完成后，為保證隧道頂部二襯混凝土無空隙，在一襯與二襯之間進行二次回填注漿。二襯混凝土結構施工時，注意預埋回填注漿管及注漿導管，全斷面內(nèi)共布置5根注漿管，二次回填注漿管采用φ25 mm鋼管，壁厚3 mm。

4.3.6 二襯混凝土拆模

當二襯混凝土強度大于5 MPa時，先拆除所有邊模和底模定位銷、螺栓和絲桿。確認無其他阻礙時，發(fā)令啟動泵站，先脫邊模至適當位置，隨后脫底模至適當高度，再用針梁主油缸脫下頂模至適當高度。

4.3.7 二襯混凝土養(yǎng)護

根據(jù)防水混凝土有關要求，對現(xiàn)澆的二襯混凝土采取保溫、保濕養(yǎng)護?？刹捎盟矶磧?nèi)噴霧，增加洞內(nèi)空氣的濕度，達到養(yǎng)護混凝土條件，養(yǎng)護時間不可少于14 d。在冬季施工時，在隧洞兩頭用棉被門簾封堵，并在隧洞內(nèi)增加暖氣設備，提高隧洞內(nèi)溫度，嚴禁灑水養(yǎng)護，以保證二襯混凝土養(yǎng)護效果。全圓隧洞完工后實景見圖13。

圖13 完工后全圓隧洞實景

5 質量控制措施

5.1 一襯內(nèi)表面處理

在隧洞一襯管片內(nèi)表面鋪設HDPE防水卷材前，需對一襯內(nèi)表面進行處理。

1）要求一襯內(nèi)表面平整、密實，無凸起尖銳物、蜂窩、麻面、缺口或孔洞現(xiàn)象。若有凸起鋼筋、管件等尖銳物，必須進行切割、打磨處理，并在該部位用聚合物水泥砂漿抹成圓弧面，避免損壞防水卷材。

2）一襯內(nèi)表面不得有水漬、油污，隧洞仰拱部位不得有積水、雜物。若管片內(nèi)壁有滲漏水現(xiàn)象時，應采取堵漏止水措施。當仰拱處有非滲漏水原因產(chǎn)生的明水時，應由總承包商配合查明水源并進行排水作業(yè)，在防水層施工期間保持工作面無明水，表面有水會影響粘貼效果，可能會導致防水卷材掉落。

3）一襯管片間縫隙填充應壓實抹平，以保證防水卷材與管片粘貼密實無空隙。

5.2 HDPE防水卷材的鋪設

1）HDPE防水卷材大面卷材鋪貼前應進行彈線定位，根據(jù)現(xiàn)場結構施工情況，選擇合適的鋪貼順序。宜從一端沿同一方向、逐步向前推進鋪設。

2）用專用膠帶在一襯管片內(nèi)壁黏結固定防水卷材，以保證卷材鋪貼的平整度、不位移，適當松鋪。

3）卷材搭接邊與隧洞二襯結構施工縫距離不小于300 mm，卷材搭接處不允許出現(xiàn)十字縫。

5.3 HDPE防水卷材的臨時保護

1）防水卷材鋪貼完畢后，進行鋼筋綁扎等后續(xù)工序前應保持卷材涂硅隔離膜覆蓋狀態(tài)。

2）隧洞工程的仰拱部分為了有效保護防水卷材免受交通、鋼筋捆扎等后道工序損傷，盡可能分段推進施工。即鋪設一段防水卷材、隨后緊跟綁扎鋼筋、澆筑混凝土二次襯砌，減少防水卷材的外露時間。

3）當施工作業(yè)環(huán)境特別復雜、各種工序必須交叉作業(yè)時，可在防水卷材鋪設完畢后，采用300 g/m2的土工織物或厚1.5 mm的黑色土工膜覆蓋其上，作為臨時保護，以待后續(xù)工序的開展。

4）進行鋼筋焊接等動火作業(yè)時，應采取遮擋措施，以減少焊渣落至防水卷材的機率。

5）隧洞防水層分段施工時，每段防水層甩槎必須做臨時防護，保持卷材表面干凈及良好的鋪貼狀態(tài)[7,8]。

6 結語

在南水北調(diào)輸水隧洞工程中，采取HDPE防水卷材與隧洞二襯現(xiàn)澆混凝土形成一體化防水，同時將隧洞二襯混凝土現(xiàn)澆成一體化結構，保證了隧洞結構的完整性，達到了全圓隧洞洞壁內(nèi)外防水、阻止?jié)B水的工程效果，實現(xiàn)了工程預期質量目標，取得了良好的社會效益和經(jīng)濟效益，為今后類似隧洞、地下結構工程提供了有價值的借鑒，值得推廣應用。