嚴(yán)寒地區(qū)隧道防水保溫層施工應(yīng)用研究

劉賡

（中鐵大橋局集團(tuán)第一工程有限公司，遼寧大連 116033）

1 引言

隨著我國(guó)振興東北經(jīng)濟(jì)政策的進(jìn)一步落實(shí)，在東北部的高緯度寒冷地區(qū)將會(huì)有大量新的隧道興建。寒區(qū)隧道出現(xiàn)凍害的主要原因是襯砌后方地下水的凍脹作用對(duì)襯砌造成結(jié)構(gòu)開(kāi)裂等情況；而且運(yùn)營(yíng)期間往往缺乏防凍措施，導(dǎo)致隧道災(zāi)害的發(fā)生，不僅增加維修費(fèi)用，也時(shí)刻威脅著隧道內(nèi)車輛的安全[1-3]。

因此，如何在寒冷地區(qū)隧道的修建中采取有效的防治凍害措施，是我們急需解決的一個(gè)重大課題。目前，寒冷地區(qū)已有相關(guān)學(xué)者對(duì)關(guān)山隧道[4]、東南里隧道[5]、天秀山隧道[6]進(jìn)行研究，通過(guò)研究，可有效解決隧道因溫度過(guò)低而帶來(lái)的災(zāi)害事故。本文依托新鄉(xiāng)隧道，對(duì)新鄉(xiāng)隧道防寒措施進(jìn)行研究，最終總結(jié)出隧道防寒保溫施工方案，在保證新鄉(xiāng)隧道安全施工的同時(shí)，也對(duì)后期嚴(yán)寒地區(qū)隧道施工提供參考。

2 工程概況

北黑鐵路新鄉(xiāng)隧道位于黑河市愛(ài)輝區(qū)內(nèi)，隧道起訖里程為：DK282+621～DK283+255，全長(zhǎng)634 m，為單洞隧道，隧道最大埋深約為58 m，屬淺埋隧道。北黑鐵路新鄉(xiāng)隧道地處嚴(yán)寒地區(qū)，冬長(zhǎng)夏短，年平均氣候-1.3℃，極端最低溫度-40 ℃。新鄉(xiāng)隧道地表普遍存在季節(jié)性凍土，最大凍結(jié)深度達(dá)近3 m。所以，不論是隧道施工過(guò)程中還是在運(yùn)營(yíng)期間，低溫冷凍給隧道帶來(lái)了很大的安全隱患，所以，應(yīng)在施工期間解決防寒保溫問(wèn)題。

3 施工原理及工藝

3.1 工藝原理

新鄉(xiāng)隧道襯砌形式采用曲墻帶仰拱復(fù)合式襯砌[7-9]，為了有效防水，混凝土抗?jié)B等級(jí)應(yīng)高于P12，抗凍性能指標(biāo)不低于F350。襯砌背后設(shè)置5 cm 聚氨酯保溫層。保溫側(cè)溝采用雙層蓋板，雙層蓋板間填充聚氨酯保溫材料。隧道采用深埋中心水溝排水，結(jié)合大小避車洞設(shè)置檢查井，檢查井雙層蓋板間填充聚氨酯保溫材料。檢查井設(shè)置保溫措施，地下水直接引排至深埋中心水溝。

3.2 深埋中心水溝施工

新鄉(xiāng)隧道主要的排水系統(tǒng)為深埋中心水溝形式排水，側(cè)溝作為過(guò)水通道。深埋中心管縱向拉通設(shè)置，內(nèi)置φ600 mm鋼筋混凝土預(yù)制管，壁厚t=12 cm，深埋中心水管（外包土工布）下設(shè)C25 混凝土基座，基座與仰拱初期支護(hù)間采用級(jí)配碎石回填。仰拱軌底面至深埋中心水溝管頂為2.47 m，仰拱至深埋中心水管頂部?jī)艟酁?.52 m（Ⅴb 復(fù)合式襯砌），結(jié)構(gòu)形式如圖1 所示。深埋中心水溝初期支護(hù)采用網(wǎng)噴支護(hù)。軌道下設(shè)置檢查井（40 m 設(shè)置一處）。

圖1 深埋中心水溝結(jié)構(gòu)圖

3.2.1 中心水溝開(kāi)挖、支護(hù)

由于隧道內(nèi)為主要為中風(fēng)化花崗巖，機(jī)械開(kāi)挖難以施作，故深埋水溝開(kāi)挖采用鉆爆法。

具體形式如表1 深埋中心水溝支護(hù)參數(shù)表。

表1 深埋中心水溝支護(hù)參數(shù)表

3.2.2 深埋中心水溝埋設(shè)

深埋中心管縱向排布，內(nèi)置φ600 mm 鋼筋混凝土預(yù)制管，t=12 cm，管身預(yù)留泄水孔，外包土工布。深埋水管埋置在C25 混凝土基座上，基座與仰拱初期支護(hù)間回填采用碎石土。環(huán)縱向排水盲管及側(cè)溝排水盲管的地下水直接引排至深埋中心水溝，仰拱下橫向不透水盲管采用保溫層包裹。具體結(jié)構(gòu)形式如圖2 所示。

圖2 深埋中心排水管結(jié)構(gòu)圖（單位：cm）

深埋中心水管預(yù)留盲管或PVC 管泄水孔位置可根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整。

3.3 防水保溫層施工

3.3.1 初支基面處理，土工布鋪設(shè)

1）初支基面處理：初期支護(hù)完成后噴射混凝土對(duì)表面進(jìn)行處理，去除外露鋼筋及錨桿，并用砂漿抹平覆蓋，凹坑深寬比應(yīng)控制在1∶10 以內(nèi)。

2）鋪設(shè)≥400 g/m2土工布首先用簡(jiǎn)易作業(yè)臺(tái)車將單幅土工布固定到預(yù)定位置，然后用專用熱熔襯墊及射釘將土工布固定在噴射混凝土上。專用熱熔襯墊及射釘按梅花形進(jìn)行布置，拱部間距0.5～0.8 m，邊墻間距0.8～1.0 m，底部1.0～1.5 m?；姘纪馆^大處增加固定點(diǎn)，使無(wú)紡布與基面密貼。無(wú)紡布鋪設(shè)要松緊適度，使之能與緊貼在噴射混凝土表面，不致因過(guò)緊被撕裂；過(guò)松影響防水板掛設(shè)。土工布固定平面展示圖和土工布鋪設(shè)示意圖如圖3 和圖4 所示。

圖3 土工布固定平面展示圖（單位：cm）

圖4 土工布鋪設(shè)示意圖

3.3.2 第一層防水板鋪設(shè)

1）采用防水板臺(tái)車進(jìn)行鋪設(shè)防水板，防水板鋪設(shè)應(yīng)從拱部向到兩側(cè)邊墻。

2）固定防水板時(shí)，防水板應(yīng)與隧道頂部土工布中心線重合。

3）將隧道拱頂?shù)姆浪聿呐c熱融襯墊片焊接，從拱頂開(kāi)始向兩側(cè)下垂鋪設(shè)，在鋪設(shè)的同時(shí)進(jìn)行熱融襯墊焊接。

4）防水卷材鋪設(shè)要緊貼土工布，下側(cè)的防水板一定得壓住上部，并留出一定的預(yù)留量，基面弧長(zhǎng)與實(shí)鋪長(zhǎng)度的比值應(yīng)為8∶10，防止混凝土澆筑后，內(nèi)部的防水板與基面有孔隙。

5）用手動(dòng)電熱熔接器加熱，將防水板專用融熱器對(duì)準(zhǔn)熱融襯墊所在位置進(jìn)行熱合5 s。

6）防水板鋪設(shè)要松緊適度，使之能與土工布充分結(jié)合并緊貼在噴射混凝土表面。防止過(guò)緊或過(guò)松，防水板受擠壓破損或形成人為蓄水點(diǎn)。為保證防水效果，防水板的搭接縫應(yīng)當(dāng)與變形縫、施工縫等防水薄弱環(huán)節(jié)錯(cuò)開(kāi)1～2 m。

7）防水板間自動(dòng)熱熔焊接。焊接時(shí)應(yīng)控制焊接速度和焊機(jī)溫度，保證焊接質(zhì)量，單條焊縫的有效焊接寬度應(yīng)大于或等于1.5 cm。焊接前先除盡防水板表面的灰塵再焊接，防水板搭接寬度應(yīng)大于15 cm。

3.3.3 保溫板施工

第一層防水板施工完成后施工保溫層。保溫板采用5 cm厚硬質(zhì)聚氨酯保溫材料，防火等級(jí)為B 級(jí)，材料采用廠家預(yù)制尺寸，單塊長(zhǎng)2 m，寬60 cm，盡量減少單塊寬度，鋪設(shè)時(shí)長(zhǎng)邊順?biāo)淼揽v向安裝，以直代曲。

防水板連接帶環(huán)向張拉法如圖5 和圖6 所示。

圖5 防水板連接帶環(huán)向張拉法局部示意圖

圖6 防水板連接帶環(huán)向張拉法平面示意圖

3.3.4 第二層防水板施工

第二層防水板施工方法同第一層施工一致，從拱頂至兩側(cè)邊墻依次施工。由于設(shè)置兩層防水板，厚度過(guò)厚，所以，在二次襯砌施工時(shí)應(yīng)對(duì)防水層做相應(yīng)保護(hù)，防止破壞防水層。

4 結(jié)論

本文通過(guò)襯砌背后設(shè)置兩層防水板，并且在兩層防水板中間設(shè)置5 cm 聚氨酯保溫層；采用深埋中心水溝排水等方法解決嚴(yán)寒地區(qū)隧道防水保溫問(wèn)題。通過(guò)一系列保溫、防水措施，本隧道很好地完成了隧道防水保溫問(wèn)題，也為后期類似工程提供了經(jīng)驗(yàn)。