淺埋暗挖隧道防水施工方法及技術(shù)措施

苗琳琳

中鐵六局集團(tuán)北京鐵路建設(shè)有限公司 北京市 100036

摘要：南水北調(diào)中線總干渠與石太鐵路引入線交叉工程隧道結(jié)構(gòu)主要位于黃土狀壤土中，中間夾有2米的礫砂層。本隧道地層富含地下水，且補(bǔ)給來源充足。結(jié)構(gòu)底板位于水位以下，結(jié)構(gòu)防水要求高，防水施工至關(guān)重要。本文主要從主體結(jié)構(gòu)防水、防水板施工、特殊部位防水以及防水涂層等方面，論述淺埋暗挖隧道防水施工方法及技術(shù)措施。通過采取可靠的設(shè)計、施工措施做到施工期間不對路基產(chǎn)生影響，通水期間不外漏，避免軟化路基，達(dá)到防水可靠、經(jīng)濟(jì)合理的目的。

關(guān)鍵詞：結(jié)構(gòu)防水；防水板；施工縫；變形縫；防水涂層

一、前言

隨著我國基礎(chǔ)設(shè)施大規(guī)模建設(shè)浪潮的興起，各種公路、鐵路隧道工程越來越多。而隧道工程又不可避免地要經(jīng)過含水量較高的地層，所以必將受到地下水的有害作用。如果沒有可靠的防水措施，地下水就會侵人隧道，影響其內(nèi)部結(jié)構(gòu)，乃至危害到隧道的運(yùn)營和降低隧道使用壽命。所以隧道工程的防水施工就顯得至關(guān)重要。

二、工程概況

2.1 工程簡介

南水北調(diào)中線總干渠與石太鐵路引入線交叉工程位于河北省石家莊市西郊的石橋村西側(cè)約0.5公里處，地形比較平坦，距國道約10KM，交通便利。暗渠與石太鐵路引入線交叉點(diǎn)鐵路里程為k14+824.5，與西環(huán)下行線交叉點(diǎn)里程為K22+840，石太引入線上下行線間距約為7.45m，石太引入線上行線與西環(huán)下行線線間距約為11.44m，石太鐵路引入線為雙線電化鐵路，改京廣貨左線為電化普速貨運(yùn)鐵路，隸屬北京鐵路局管理，列車最大行車速度不大于120KM/h。

設(shè)計范圍渠道起訖樁號230+477～樁號230+649，全長172米，均位于直線上。其中進(jìn)出口U型擋墻各5米，渠道下穿石太鐵路引入線采用小凈距三孔明、暗挖隧道形式通過，單孔暗挖134米，明挖結(jié)構(gòu)28米，暗渠兩孔間凈土柱8.7米，每孔斷面為馬蹄形帶仰拱形式，每孔內(nèi)凈最大跨度9.1米，凈高8.5米。隧道埋深6.1米。

2.2 地質(zhì)水文情況

隧道結(jié)構(gòu)主要位于黃土狀壤土中，中間夾有2米的礫砂層。持力層位于粘土層上。黃土狀壤土承載力標(biāo)準(zhǔn)值fk =150kpa，自穩(wěn)能力一般，礫砂承載力標(biāo)準(zhǔn)值fk =150kpa，自穩(wěn)能力較差，粘土承載力標(biāo)準(zhǔn)值fk =200kpa，自穩(wěn)能力較好。屬于Ⅴ級圍巖，地層巖性分布較均勻、土體整體穩(wěn)定性較好。地下水主要為賦存予黃土狀壤土下部及賦存予礫石中的承壓力，主要受大氣降水補(bǔ)給，地下水埋深18.7～19.05m，屬于中性水（或淡水），對圬工無侵蝕性，經(jīng)過基坑開挖發(fā)現(xiàn)實(shí)際地下水位標(biāo)高在71.69m左右，而隧道開挖面底的標(biāo)高為69.52m，兩者相差2.17m。

圖1 地質(zhì)剖面圖

三、隧道防水施工方法及技術(shù)措施

3.1 防水施工原則

本隧道地層富含地下水，且補(bǔ)給來源充足。結(jié)構(gòu)底板位于水位以下，結(jié)構(gòu)防水要求高，防水施工至關(guān)重要。隧道防排水遵循“防、截、堵，因地制宜，綜合治理”的原則，本采取可靠的設(shè)計、施工措施做到施工期間不對路基產(chǎn)生影響，通水期間不外漏，避免軟化路基，達(dá)到防水可靠、經(jīng)濟(jì)合理的目的。確立鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)自防水體系，以變形縫施工縫等接縫防水為重點(diǎn)，輔以柔性外包防水層加強(qiáng)防水。

3.2 結(jié)構(gòu)防水體系、技術(shù)要求及施工控制點(diǎn)

1、結(jié)構(gòu)防水體系

隧道結(jié)構(gòu)采用的均是防、堵、排相結(jié)合的防水體系，采用多層防水技術(shù)，確保不外漏，避免軟化路基，其防水體系如圖所示。

圖1 防水體系示意圖

2、技術(shù)要點(diǎn)

（1）隧道結(jié)構(gòu)全部采用防水混凝土進(jìn)行結(jié)構(gòu)自防水，二襯防水混凝土的抗?jié)B不得小于P10，三襯防水混凝土根據(jù)水利標(biāo)準(zhǔn)采用W6防水等級。

（2）防水混凝土結(jié)構(gòu)的厚度不得小于25cm；裂縫寬度不得大于0.2ram，并且不得出現(xiàn)貫通裂縫。

（3）防水混凝土結(jié)構(gòu)迎水面鋼筋保護(hù)層的厚度不應(yīng)小于50mm。

（4）結(jié)構(gòu)自防水混凝土在施工過程中，要求采取切實(shí)有效的防裂、抗裂措施，并保證混凝土良好的密實(shí)性、整體性，減少結(jié)構(gòu)裂縫的產(chǎn)生，提高結(jié)構(gòu)自防水能力。

3、施工控制點(diǎn)

（1）混凝土結(jié)構(gòu)自身的防水；

（2）防水層防水；

（3）施工縫防水；

（4）變形縫防水；

3.3 隧道主體結(jié)構(gòu)防水

南水北調(diào)中線總干渠屬供水工程，隧道防水工程尤為重要，因此隧道主體結(jié)構(gòu)采用復(fù)合式襯砌結(jié)構(gòu)，從外到內(nèi)共設(shè)置5道防線。第一道防線初支結(jié)構(gòu)與二襯間2.0mm厚EVA塑料防水板+400g/m2無紡布，第二道防線為700mm厚二襯襯砌結(jié)構(gòu)自防水，第三道防線為2.0mm厚ECB塑料防水板，第四道防線為300mm厚過水襯砌結(jié)構(gòu)自防水，第五道防線為2mm厚格永得R900R防水涂料。隧道防水如圖所示。

圖2 隧道結(jié)構(gòu)防水結(jié)構(gòu)圖

3.4 隧道防水板施工

1、隧道防水板施工流程

主體工程采用復(fù)合式襯砌，采用EVA塑料防水板+ECB塑料防水板雙層防水，鋪設(shè)方法及工藝相同。防水施工工藝流程見圖：

圖3 防水板施工工藝流程圖

2、隧道防水板施工技術(shù)要求

1）防水板施工準(zhǔn)備

①防水板應(yīng)在初期支護(hù)結(jié)構(gòu)趨于基本穩(wěn)定，隱檢合格后方可進(jìn)行鋪貼。

②鋪設(shè)防水板的基面應(yīng)無明水流，否則應(yīng)進(jìn)行初支背后的注漿或表面剛性封堵處理，待基面上無明水流后才能進(jìn)行下道工序。

③鋪設(shè)防水板的基面應(yīng)平整，鋪設(shè)防水板前應(yīng)對基面進(jìn)行找平處理，處理方法可采用噴射混凝土或1：2.5水泥砂漿抹面的方法，一般宜采用水泥砂漿抹面的處理方法。處理后的基面應(yīng)滿足如下條件：

D/L≤1/10，其中D：相鄰兩凸面間凹進(jìn)去的最大深度；L：相鄰兩凸面間的最短距離。

④基面上不得有尖銳的毛刺部位，特別時噴射混凝土表面經(jīng)常出現(xiàn)較大的尖銳石子等硬物，應(yīng)鑿除干凈或用1：2.5的水泥砂漿覆蓋處理，避免澆筑混凝土?xí)r刺破防水板。

⑤基面上不得有鐵管鋼筋鐵絲等凸出物存在，否則應(yīng)從根部割除，并在割除部位用水泥砂漿覆蓋處理。

⑥變形縫兩側(cè)各500mm范圍內(nèi)的基面應(yīng)全部采用1：2.5水泥砂漿找平。

⑦防水板基層面陰、陽角處應(yīng)作成100mm圓弧或50×50mm鈍角。

⑧當(dāng)仰拱初襯表面水量較大時，為避免積水將鋪設(shè)完成的防水板浮起，宜在仰拱初襯表面設(shè)置臨時排水溝。

⑨防水基面檢查：用2m的直尺緊貼墊層，直尺與基層面的空隙不應(yīng)超過5mm，且每米長度內(nèi)不得超過一處，空隙允許有平滑過渡。

2）鋪設(shè)緩沖層

①鋪設(shè)防水板前應(yīng)先鋪設(shè)緩沖層，在噴混凝土隧道的拱頂正確標(biāo)出縱向中線，再使土工布的橫向中心線與噴混凝土這一標(biāo)志相重合，從拱頂向兩側(cè)邊墻鋪設(shè)，用膨脹螺栓、鐵墊片和與防水板相配套的塑料圓墊片將緩沖層固定在基面上，固定時釘頭不得凸處墊片平面。固定點(diǎn)之間呈正梅花型布設(shè)，側(cè)墻上的固定間距為80～100cm，頂拱上的固定間距為50～80cm；仰拱上的防水板固定間距為1.0～1.5m，仰拱與側(cè)墻連接部位的固定間距應(yīng)適當(dāng)加密至50cm左右。所有塑料墊片均應(yīng)選擇基層凹坑部位固定，避免固定防水板時局部過緊。

圖4 緩沖層鋪設(shè)示意圖

②緩沖層采用搭接法連接，搭接寬度50mm，搭接縫可采用點(diǎn)粘法進(jìn)行焊接或用塑料墊片固定。緩沖層鋪設(shè)時應(yīng)與基面密貼，不得拉得過緊或出現(xiàn)過大的皺褶，以免影響防水板的鋪設(shè)。

3）防水板的鋪設(shè)

緩沖層鋪設(shè)完畢后進(jìn)行鋪設(shè)防水板，采用無釘鋪設(shè)工藝，在隧道的拱頂部緩沖層上正確標(biāo)出隧道縱向中心線，再使防水板的橫向中心線與這一標(biāo)志相重合，將頂部與熱塑料墊圈用電熱壓焊器熱熔焊接，使防水板與熱塑性墊圈融化粘接為一體，與緩沖層一樣從拱頂開始向兩側(cè)墻鋪設(shè)，邊鋪邊焊。

①鋪設(shè)防水板時，防水板的鋪設(shè)方向以盡可能少地出現(xiàn)手工焊縫為主，并不得出現(xiàn)十字焊縫（即不得出現(xiàn)四層材料搭接部位），頂防水板宜采用沿隧道縱向鋪設(shè)的方法，搭接方向應(yīng)順縱坡方向，不得倒坡搭接。

圖5 防水板鋪設(shè)示意圖

②防水板采用熱風(fēng)焊槍手工焊接在塑料圓墊片上，焊接應(yīng)牢固可靠，避免澆筑和振搗混凝土?xí)r防水板脫落，焊接時嚴(yán)禁焊穿防水板。

③防水板固定時應(yīng)注意不得拉得過緊或出現(xiàn)大的鼓包，鋪設(shè)好的防水板應(yīng)與基面凸凹起伏一致，保持自然、平整、伏貼，以免影響二襯灌注混凝土的尺寸或使防水板脫離圓墊片。

④防水板接頭處應(yīng)擦干凈后用雙焊縫爬焊機(jī)焊接，兩單條焊縫的有效焊接寬度不小于15mm，兩幅防水板的搭接寬度不少于150mm，允許偏差-10mm。焊縫應(yīng)均勻連續(xù)，不得有假縫、漏焊、焊焦、焊穿等現(xiàn)象。

圖6 防水板焊縫示意圖

⑤防水板鋪設(shè)完畢后，應(yīng)對其表面進(jìn)行全面的檢查，發(fā)現(xiàn)破損部位及時進(jìn)行補(bǔ)焊，補(bǔ)丁應(yīng)剪成圓角，不得有三角形或四邊形等尖角存在，補(bǔ)丁邊緣距破損邊緣的距離不得小于7cm；補(bǔ)丁應(yīng)滿焊，不得有翹邊、空鼓部位。

⑥分段鋪設(shè)的防水板的邊緣部位應(yīng)預(yù)留至少60cm的搭接余量，也可將甩槎卷起后固定，并注意后期的保護(hù)；甩槎過短會導(dǎo)致后期接槎無法操作。

⑦防水板搭接縫應(yīng)與二次襯砌環(huán)向接縫、施工縫等防水薄弱環(huán)節(jié)錯開1～2m。

⑧對防水層進(jìn)行驗(yàn)收合格后，才能進(jìn)行下道工序的施工。

4）防水板的檢查

①固定點(diǎn)間距

固定點(diǎn)間距應(yīng)符合設(shè)計要求。固定點(diǎn)之間呈梅花形布設(shè)，間距為：拱頂500～800mm；邊墻800～1000mm；仰拱1000～1500mm。

②與基面密貼

在拱部用手托舉起塑料板，各處均應(yīng)與基面密貼，不密貼處小于10%。

③焊接質(zhì)量

防水板焊縫寬度≮15mm，搭接寬度≮150mm，焊接應(yīng)平順、無波紋、無焊焦、燒糊或夾層。

進(jìn)行充氣檢查時，充氣壓力為0.12～0.15Mpa，穩(wěn)定時間≮5min，允許壓力下降20%，否則應(yīng)進(jìn)行補(bǔ)焊，直到達(dá)到要求為止。

3.5 隧道特殊部位防水

本工程特殊部位主要是指施工縫和變形縫，其中施工縫分為環(huán)向施工縫與縱向施工縫，按照設(shè)計要求，環(huán)向施工縫設(shè)置中埋式止水帶和背貼止水帶形成復(fù)合防水構(gòu)造；縱向施工縫采用鋼邊止水帶和背貼止水帶；變形縫防水采用中埋止水帶、填縫材料及背貼止水帶構(gòu)成復(fù)合防水構(gòu)造。

圖7 環(huán)向施工縫復(fù)合防水圖 圖8 縱向施工縫復(fù)合防水圖

1、背貼止水帶

變形縫部位二襯結(jié)構(gòu)外側(cè)橡膠背貼式止水帶，止水帶寬度400mm。止水帶的接頭可采用現(xiàn)場熱硫化對接焊接，采用直角對接或45°斜角對接均可，要求應(yīng)對齊，接口打磨平整，對接牢固、嚴(yán)密、可靠、不透水；止水帶采用現(xiàn)場搭接焊接，搭接長度不得小于10cm，搭接部位應(yīng)滿焊（包括齒條搭接部位）；當(dāng)無條件時，可采用未硫化的丁基橡膠膩?zhàn)悠迟N搭接。接頭兩側(cè)止水帶的縱向中心線應(yīng)與接縫對齊，誤差不得大于30mm。

止水帶安裝完畢后，不得出現(xiàn)翹邊、過大的空鼓等部位，以免灌注混凝土?xí)r止水帶出現(xiàn)過大的扭曲、移位。在轉(zhuǎn)角部位的止水帶齒條容易出現(xiàn)倒伏，應(yīng)采用轉(zhuǎn)角預(yù)制件或采取其它防止齒條倒伏的措施。止水帶表面嚴(yán)禁施做混凝土保護(hù)層，應(yīng)確保止水帶齒條與結(jié)構(gòu)現(xiàn)澆混凝土咬合密實(shí)；澆筑混凝土?xí)r，平面設(shè)置的止水帶表面不得有泥污、堆積雜物等，否則必須清理干凈，以免影響止水帶與現(xiàn)澆混凝土咬合的密實(shí)性。

圖9 變形縫復(fù)合防水圖

2、鋼邊止水帶與中埋式止水帶

為保證暗挖隧道主體襯砌頂板、側(cè)墻及底板變形縫和施工縫的防水效果，除在襯砌結(jié)構(gòu)外側(cè)設(shè)置外貼式止水帶外，還要在結(jié)構(gòu)中間設(shè)置鋼邊橡膠止水帶或中埋式止水帶。止水帶寬度為400mm，在埋設(shè)位置應(yīng)準(zhǔn)確，其中心位置應(yīng)與施工縫的中心線重合；止水帶宜采用專用鋼筋套或扁鋼固定，采用扁鋼固定時止水帶端部應(yīng)先用扁鋼夾緊，并將扁鋼與結(jié)構(gòu)內(nèi)鋼筋焊牢，固定扁鋼用的螺栓間距宜為500mm。襯砌結(jié)構(gòu)混凝土澆筑時應(yīng)避免碰觸止水帶。

3.6 防水涂層

為了避免隧道通水后發(fā)生外漏導(dǎo)致路基軟化，影響鐵路安全，隧道主體結(jié)構(gòu)設(shè)置2層塑料防水板，但為保證隧道不滲不漏，仍需采取一些必要措施，為此，在隧道過水襯砌施工完成后在結(jié)構(gòu)表面涂刷一層防水涂料，鑒于南水北調(diào)工程對的水質(zhì)要求，所以采用符合綠色環(huán)保要求的格永得R900R防水涂料。

1、防水涂料特點(diǎn)

①在水平和垂直面上可用滾筒進(jìn)行施工，提高施工速度。

②能使用于迎水面或背水面。

③易于涂抹，可通過攪拌快速混合。

④優(yōu)異的低吸水性，以及良好的憎水性。

⑤與混凝土、石材和抹灰的基層粘結(jié)力強(qiáng)。

2、施工流程

①基層處理

用砂漿填平所有的孔洞，接縫處應(yīng)平整。

用鋼絲刷等處理基層，除去所有瀝青、油、油脂、灰塵、浮漿以及其他表面污染物。切除表面突出物。

施工前用凈水清洗基層數(shù)次，使得基材表面水飽和，確保表面應(yīng)濕潤，無積水。

②攪拌

每整包25公斤粉料，根據(jù)現(xiàn)場條件和施工方式，可加水7.00–8.50升。先將正確用水量的75%加到干凈的混合容器中，緩慢添加格永得R900R粉 料，用攪拌器慢速攪拌，轉(zhuǎn)速為500-600rpm，攪動3-5分鐘，至形成均勻漿料，無任何結(jié)塊。

將掛壁的粉料刮入桶中，然后加入剩余的水，攪拌均勻。按照所給比例混合。不得向漿料中添加多余的水、水泥、沙子或其他添加物。

③施工

使用刷子、抹刀，或輥刷涂覆2層。每遍刮涂的推進(jìn)方向應(yīng)與前一遍相互垂直、交叉進(jìn)行。涂覆第二層時，應(yīng)避免破壞第一層。

四、結(jié)束語

本工程防水工程多道防水技術(shù)綜合運(yùn)用，同時嚴(yán)格控制襯砌混凝土施工質(zhì)量，充分發(fā)揮襯砌自防水作用，同時輔助采用防水板、注漿、防水涂料等多種措施，極好的保證了輸水隧道不發(fā)生“外滲、外漏”等現(xiàn)象，保證了路基穩(wěn)定安全。類似工程施工過程中要注意以下幾點(diǎn)：

1、本工程屬供水工程，防水質(zhì)量要求非常高，結(jié)構(gòu)防水體系特別是防水薄弱環(huán)節(jié)（如施工縫、變形縫等）防水的施作是確保工程質(zhì)量的關(guān)鍵。

2、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)自防水為根本，采用高性混凝土，施工縫、變形縫等為重點(diǎn)，以結(jié)構(gòu)混凝土及柔性全包防水層施工工藝為關(guān)鍵。

3、加強(qiáng)防水材料的管理，嚴(yán)格進(jìn)貨渠道，確保材料質(zhì)量滿足設(shè)計要求。

4、為減少二襯鋼筋施工時對防水層的損傷，二襯的鋼筋進(jìn)洞前鋼筋頭均戴上防護(hù)套，并使用機(jī)械連接（冷接壓）方式，減少洞內(nèi)火工，在必須使用電焊時，在電焊及防水層之間墊上移動式防護(hù)板。

5、嚴(yán)格把控隧道初期支護(hù)基面平整度、防水板焊縫搭接寬度、焊接質(zhì)量等工序，確保防水施工質(zhì)量。

6、防水板焊接完成后一定要進(jìn)行充氣試驗(yàn)檢測氣密性，確保接縫焊接質(zhì)量，同時采用與防水板同材質(zhì)的背貼止水帶時，也必須要對止水帶與防水板的焊縫進(jìn)行氣密性檢測，確保構(gòu)造縫的防水效果。

參考文獻(xiàn)：

[1] 南水北調(diào)中線總干渠與石太鐵路引入線交叉工程設(shè)計圖紙及相關(guān)方案。

[2] 《淺談地鐵隧道防水施工過程中的控制方法》，韓東朝、韓晨光編著，現(xiàn)代企業(yè)文化 2010年20期（總第168期）