鐵路隧道防水工藝及材料耐久性檢測(cè)研究

杜巖

摘要：防水體系是保證隧道工程整體安全與車輛通行性能的重要基礎(chǔ)，理想的防水供工藝與材料的應(yīng)用能夠有效保證隧道的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，延長(zhǎng)隧道壽命，降低維修養(yǎng)護(hù)工作的投入。本文以某鐵路隧道工程為例，探討分析了防水工藝及材料耐久性檢測(cè)的相關(guān)內(nèi)容，旨在提供一定的參考與借鑒。

關(guān)鍵詞：鐵路隧道；防水工藝；耐久性；檢測(cè)

中圖分類號(hào)：U453.6 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674—3024（2017）06—0001—02

引言

隧道滲漏水是目前鐵路隧道較為普遍的問題。隧道滲漏水不僅直接損壞襯砌，降低隧道使用年限；而且加速鐵路鋼軌和扣件銹蝕，損害道床和基礎(chǔ)，影響線路穩(wěn)定，在寒冷地區(qū)更會(huì)因漏水結(jié)冰影響電力機(jī)車的安全運(yùn)行。近年來，隨著客運(yùn)專線的大量修建，列車速度目標(biāo)值不斷提高，如何盡快改變我國(guó)鐵路隧道的滲漏水問題，減少鐵路隧道的運(yùn)營(yíng)維護(hù)工作量，是目前我國(guó)鐵路隧道特別是客運(yùn)專線隧道建設(shè)中面臨的重要課題。

1鐵路隧道滲漏水的基本情況

據(jù)統(tǒng)計(jì)，到2004年底，全國(guó)正式投入運(yùn)營(yíng)的鐵路隧道（不包括地方鐵路）共有6087座，總長(zhǎng)度3336.1km，其中有滲漏水病害的隧道1526座，占隧道總數(shù)的25.1%，滲漏水長(zhǎng)度140.941km，占隧道總長(zhǎng)的4.22%。各鐵路局隧道滲漏水詳細(xì)情況見表1。

2鐵路隧道防水結(jié)構(gòu)及防水板使用情況

國(guó)內(nèi)修建的鐵路隧道一般采用了復(fù)合式襯砌，也就是在噴錨支護(hù)層和混凝土襯砌間設(shè)置防水隔離層。防水層為不透水表面光滑的高分子防水卷材，它不僅起到防水作用，而且對(duì)初期噴混凝土及二次襯砌模注混凝土來說，還起到隔離與潤(rùn)滑作用，使初期支護(hù)噴射混凝土對(duì)二次襯砌混凝土的約束應(yīng)力減少，從而避免模注混凝土產(chǎn)生裂縫，提高了二襯混凝土的防水抗?jié)B能力。

防水層通常由緩沖墊層和防水板組成。防水板是隧道防排水技術(shù)的核心，本身已構(gòu)成一道完整的防水體系。如果這一防水體系是完整、有效的，則二次襯砌中的混凝土自防水、止水帶、止水條等都不起作用也可保證隧道的防水可靠性。而防水板只要出現(xiàn)一個(gè)較大的漏水點(diǎn)，在初期支護(hù)層、防水板和二次襯砌間又不能有效密貼的情況下，漏水將很快充滿防水板和二次襯砌間的空隙，防水板構(gòu)成的防水體系就完全失效了，這時(shí)防水實(shí)際上是由二次襯砌承擔(dān)的。在復(fù)合式襯砌隧道中，確保防水隔離層的完整、有效具有特別重要的意義。所以目前鐵道部?jī)?nèi)防水板的采購(gòu)已由業(yè)主采購(gòu)修改為鐵道部采購(gòu)

3防水板相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)分析

防水板又稱防滲土工膜，除用于隧道防水外，在水利、水電、市政、環(huán)保、交通、建筑等領(lǐng)域都有大量的使用，所以與土工膜相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范很多。據(jù)初步統(tǒng)計(jì)，涉及土工膜應(yīng)用技術(shù)、檢測(cè)方法和物理力學(xué)性能指標(biāo)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范主要有：GB50290—98《土工合成材料應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》；sL，I225—98《水利水電工程土工合成材料應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》；TB10118—99《鐵路路基土工合成材料應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》；n舊019.四8《公路土工合成材料應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》；stir231—98《聚乙烯（PE）土工膜防滲工程技術(shù)規(guī)范》；s坍235—1999《土工合成材料測(cè)試規(guī)程》；Ⅱ胛060_98《公路土工合成材料測(cè)試規(guī)程》；GB50299—1999《地下鐵道工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》；GB50108—2001《地下工程防水技術(shù)規(guī)范》；1-B10003—2005（鐵路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范》；TZ214—2005《客運(yùn)專線鐵路隧道工程施工技術(shù)指綜述與論壇南》；GB12952—2003《聚氯乙烯防水卷材》；GB12593—2003《氯化聚乙烯防水卷材》；GBl8173.1—2000《高分子防水材料第一部分片材》等。這些標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范中，有些只規(guī)定了土工膜設(shè)計(jì)計(jì)算及使用方法，有些規(guī)定了土工膜各種物理力學(xué)性能的測(cè)試方法，有些則規(guī)定了土工膜的具體技術(shù)指標(biāo)，等等。由于應(yīng)用領(lǐng)域和對(duì)其重要程度認(rèn)識(shí)的不同，相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)土工膜的具體技術(shù)指標(biāo)的要求存在較大差異。

4工程概況

某鐵路隧道工程D1K183+970～D1K184+500（530m）段，建設(shè)區(qū)域通過弧形斷層及逆斷層帶，地表有泉眼及水塘，防水施工要求高。本工程在富含地下水地段加大環(huán)向盲管的布設(shè)，加強(qiáng)防水板的焊接管理，確保防水板焊接質(zhì)量。同時(shí)加大對(duì)于防水材料的試驗(yàn)頻次，以確保防水體系的有效性。

5鐵路隧道防水工藝分析

5.1排水盲管的布設(shè)、安裝

環(huán)向盲管安裝：集中出水點(diǎn)處沿水源方向鉆孔，然后將單根引水盲管插入其中，并用速凝砂漿將周圍封堵，以便地下水從管中集中流出。

縱向盲管安裝：按設(shè)計(jì)位置在邊墻底部測(cè)放盲管設(shè)置線，沿線鉆孔，打人膨脹螺栓，安設(shè)縱向盲管，用卡子卡住盲管，固定在膨脹螺栓上。

泄水管安裝：施作矮邊墻時(shí)安設(shè)泄水管，在模板上對(duì)應(yīng)于泄水管的位置開有與泄水管直徑相同的孔，泄水管一端安在模板預(yù)留孔上，另一端采用三通連接在縱向排水管上，并固定牢固。

5.2防水板鋪設(shè)

基面處理：防水板鋪設(shè)前，先對(duì)隧道初期支護(hù)噴射混凝土表面進(jìn)行處理，切除錨桿頭和鋼筋露頭，并用細(xì)石混凝土抹平覆蓋，凹坑深寬比控制在1：7以內(nèi)，深寬比大于1：7的凹坑用細(xì)石混凝土填平，凹坑太大處抹平后補(bǔ)噴混凝土，確保噴射混凝土表面平整，無尖銳棱角。

無紡布鋪設(shè)：首先用多功能作業(yè)臺(tái)車將單幅無紡布固定到預(yù)定位置，然后用塑料墊板和射釘將無紡布固定在噴射混凝土上。塑料板及射釘按梅花形布置，拱部間距1.0m，邊墻1.5m。無紡布幅間搭接寬度大于10cm。

防水板鋪設(shè)：鋪設(shè)防水板先用多功能作業(yè)臺(tái)車將復(fù)合防水板固定到預(yù)定位置，然后用手動(dòng)電熱熔接器加熱，使防水板焊接在固定無紡布的專用熱熔襯墊上。防水板間搭接縫應(yīng)與變形縫、施工縫等防水薄弱環(huán)節(jié)錯(cuò)開1m以上。

焊縫檢測(cè)：用檢漏器現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)防水板焊接質(zhì)量，先堵住空氣道的一端，然后用空氣檢測(cè)器從另一端打氣加壓，直至壓力達(dá)到0.2～0.5MPa，說明完全粘合。否則，用檢測(cè)液找出漏氣部位，用手動(dòng)熱熔焊機(jī)焊接修補(bǔ)后再次檢測(cè)，直到完全粘合。

5.3止水帶施工

根據(jù)襯砌厚度及襯砌形式自制拼裝式擋頭模板，每塊模板寬度為襯砌厚度的一半，在拼接縫適當(dāng)位置預(yù)留止水帶安裝專用槽。

全斷面液壓鋼模襯砌臺(tái)車就位后，安裝擋頭模板，同時(shí)將橡膠止水帶沿隧道環(huán)向夾在擋頭板預(yù)留槽中，一半橡膠止水帶打入上一循環(huán)襯砌砼中，預(yù)留的一半橡膠止水帶澆筑在下一循環(huán)襯砌砼中。

施工縫防水砼襯砌中，環(huán)向施工縫處設(shè)置中埋式和外貼式橡膠止水帶。

隧道二次襯砌縱向施工縫采用以混凝土界面劑防水，人工涂抹。

6鐵路隧道防水材料耐久性檢測(cè)研究

6.1防水材料耐久性檢測(cè)指標(biāo)

6.2防水材料耐久性檢測(cè)方法應(yīng)用

（1）拉伸性能與撕裂強(qiáng)度試驗(yàn)

在進(jìn)行鐵路隧道防水材料拉伸性能與撕裂強(qiáng)度試驗(yàn)時(shí)，首先將檢測(cè)材料的取樣放置于23℃溫度條件環(huán)境中24h以上，形成試驗(yàn)溫度下的穩(wěn)態(tài)。試驗(yàn)過程中環(huán)境溫度維持在23℃水平條件下，在對(duì)試驗(yàn)設(shè)備進(jìn)行校準(zhǔn)后開始試驗(yàn)，對(duì)于拉伸速度的控制按照檢測(cè)材料類型設(shè)置：SBS材料50mm/min，高分子材料200mm/min。

將試驗(yàn)材料牢固固定在夾具中心位置，整體平直不存在歪扭問題，夾具間距控制在180mm水平范圍之內(nèi)。啟動(dòng)實(shí)驗(yàn)設(shè)備進(jìn)行檢測(cè)，試驗(yàn)材料拉斷停止，詳細(xì)記錄此時(shí)的最大拉力與伸長(zhǎng)值。

（2）不透水性試驗(yàn)

在進(jìn)行不透水性試驗(yàn)時(shí)，首先將檢測(cè)材料的取樣置于23℃溫度條件環(huán)境中6h以上。試驗(yàn)過程維持溫度23℃與相對(duì)濕度50%的檢測(cè)條件，將材料上表面朝下放置于透水盤位置，加蓋7孔圓盤，操作逐步夾緊實(shí)驗(yàn)材料，緩慢加壓達(dá)到試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)的0.3MPa壓力，在此壓力水平下維持30min，然后對(duì)試驗(yàn)材料不透水性進(jìn)行觀察，評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)為是否存在水壓降低或非迎水面滲水。

（3）耐熱度試驗(yàn)

耐熱度試驗(yàn)開始前，首先將試驗(yàn)材料表面非持久保護(hù)層去掉，將檢測(cè)材料的取樣置于23℃溫度條件環(huán)境中2h以上，檢測(cè)材料與設(shè)備間應(yīng)進(jìn)行有效阻隔，避免出現(xiàn)粘接問題，可使用硅紙鋪墊。操作烘熱箱加熱，溫度水平為90℃，試驗(yàn)過程中的檢測(cè)溫度通過設(shè)備內(nèi)置熱電偶進(jìn)行控制，整個(gè)試驗(yàn)過程中的溫度波動(dòng)變化應(yīng)控制在±2℃水平范圍之內(nèi)，材料加熱時(shí)間120min。而后觀察材料熱作用下的變化情況。

（4）低溫柔度、彎折試驗(yàn)

進(jìn)行低溫柔度、彎折試驗(yàn)前，首先將試驗(yàn)材料表面非持久保護(hù)層去掉，檢測(cè)材料的取樣置于23℃溫度條件環(huán)境中4h以上，同樣控制粘連問題。將試件和柔度棒同時(shí)放人低溫制冷儀中，待溫度達(dá)到18℃的溫度后保持時(shí)間不少于2h，在低溫制冷儀中將試件于3s內(nèi)勻速繞柔度棒彎曲1800，然后用肉眼觀察試件有無裂紋。

（5）耐腐蝕性試驗(yàn)

分別配制3%濃度的HZSO4溶液、2.4%濃度的NaOH溶液，將取得的試樣完全浸泡于三類溶液中，浸泡時(shí)間為28d。浸泡過程中每天攪拌一次液體，并且每7天更換一次溶液。每個(gè)試樣可以割取6個(gè)試件，其中SBS類卷材取為140ram×25mm的矩形試件，高分子卷材取為啞鈴工型試件；用取得的試件進(jìn)行拉伸性能試驗(yàn)，SBS類卷材拉伸速度為50mm/min，高分子類卷材拉伸速度為200mm/min。

（6）耐穿刺性試驗(yàn)

將試樣放人環(huán)形夾具內(nèi)，自然放平，擰緊夾具；將夾具放在加壓裝置上，并對(duì)中，頂刺速率設(shè)定為100mm/min；開機(jī)，記錄頂刺過程中的最大壓力值，取3個(gè)試件的平均值作為刺破強(qiáng)度。

7結(jié)語(yǔ)

綜上所述，鐵路隧道工程防水工藝及材料耐久性檢測(cè)是一項(xiàng)系統(tǒng)性的工作，行業(yè)工作者們應(yīng)準(zhǔn)確把握施工技術(shù)要領(lǐng)，按照規(guī)范流程開展材料檢測(cè)工作，確保材料與技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)符合要求，全面提升工程建設(shè)質(zhì)量。