新型聚脲防水材料在海洋環(huán)境明挖隧道中的應(yīng)用研究

龔 偉

(中鐵建海南投資有限公司 海南陵水 572400）

1 前言

隨著經(jīng)濟的發(fā)展，國家基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的加快，明挖隧道建設(shè)工程越來越多，同時明挖隧道防水工程的重要性日益凸顯，明挖隧道結(jié)構(gòu)防水遵循“防、排、截、堵相結(jié)合，剛?cè)嵯酀?，多道設(shè)防，因地制宜，突出重點，綜合治理”的原則[1-2]。

目前，隧道滲漏水是一個難以根治的問題，而海洋環(huán)境下的明挖隧道更是普遍存在滲漏現(xiàn)象，其主要表現(xiàn)在側(cè)墻、頂板的滲漏水。這是因為隧道為地下結(jié)構(gòu)，在建成后長時間受到海水的浸泡。當(dāng)防水工程存在缺陷時，海水就會通過一定的縫隙進(jìn)入隧道內(nèi)部，形成滲漏。而滲漏往往會導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)的損壞，并腐蝕隧道內(nèi)的設(shè)備設(shè)施，影響外觀質(zhì)量和危害隧道內(nèi)人員車輛的安全，甚至造成隧道的不均勻沉降[3]。

近年來新型聚脲防水材料在國內(nèi)得到了廣泛的應(yīng)用，其中包括天津濱海新區(qū)的海河隧道、珠港澳大橋的沉管段、廣州地鐵四號線與七號線連接段、上海地鐵同濟大學(xué)站等工程，并取得了優(yōu)異的口碑[4]。而博鰲隧道地處萬泉河入?？?，受海洋環(huán)境影響極大，針對現(xiàn)有的施工技術(shù)，無論是防水卷材，還是防水涂料和防水板，海水都會通過這些防水層的薄弱部位進(jìn)入隧道內(nèi)，危及隧道安全。從而根據(jù)隧道所處的地質(zhì)、水文條件，施工中采用噴涂新型聚脲防水材料施工工藝。

新型聚脲防水材料是一種固含量高、固化快、由異氰酸脂與胺基化合物反應(yīng)生成的高性能高聚物材料[5-6]。新型聚脲防水材料[7]相比于其他防水材料[8]，具有優(yōu)良的力學(xué)性能，伸長率最大可高達(dá)900%，同時它10 s即可固化，10 min即達(dá)到設(shè)計強度，防水防腐蝕防滲漏效果優(yōu)異，并且表面無接縫，還有耐磨、與混凝土附著力強等優(yōu)點。

2 工程概況

圖1 博鰲通道實景圖

博鰲隧道是連接博鰲亞洲論壇成立會址與永久會址的一條通道(見圖1），起點始于金海岸大酒店，經(jīng)千舟灣東側(cè)永久空地、萬泉河入海段，在東嶼島西北側(cè)上岸，終點位于論壇永久會址西側(cè)，順接既有道路。路線全長1.45 km，其中隧道全長1.2 km(跨海段長0.8 km）。整個工程時間緊、任務(wù)重、施工難度極大，對隧道防水、施工工期以及質(zhì)量、安全提出了更高的要求。隧道采用二級公路標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計時速40 km，雙向兩車道，瀝青混凝土路面，車道寬度2×3.75 m，車道限高5.0 m。南北兩岸敞開段結(jié)構(gòu)形式均為U型槽結(jié)構(gòu)，暗埋段為矩形結(jié)構(gòu)，隧道的建成通車對每年一次的博鰲亞洲論壇乃至中國在亞洲的地位都具有重大的政治意義，通道使論壇成立會址與永久會址的路程，由原來的20 min縮短至3 min。

博鰲隧道結(jié)構(gòu)防水，由于工期緊，要求施工速度快，隧道結(jié)構(gòu)防水設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)為二級。隧道主體結(jié)構(gòu)是抗?jié)B鋼筋混凝土，考慮到隧道的使用年限、所處環(huán)境以及質(zhì)量安全方面，經(jīng)過各方專家論證，隧道結(jié)構(gòu)頂板和側(cè)墻防水采用噴涂新型聚脲防水材料的施工工藝。

3 噴涂新型聚脲防水材料施工工藝

3.1 聚脲防水工藝流程（見圖2）

圖2 聚脲防水工藝流程

3.2 工藝步驟

3.2.1 基層清理

根據(jù)對明挖隧道結(jié)構(gòu)基層面要求，使用350型研磨機及手持式角磨機，將基層表面殘留的砂漿等突出部分，打磨平整，并把表面清掃干凈；然后在基層面上刮涂一層石英砂膩子找平層，對基層表面孔洞、表面裂縫和局部不平整部位，進(jìn)行修補找平，同時把陰陽角等部位抹成圓弧的形狀，并且使表面的凹凸誤差小于2 mm。

3.2.2 噴涂底漆

結(jié)構(gòu)基層面上石英砂找平層干燥后，在表面噴涂封閉底漆，底漆的作用有兩個:一是封閉掉混凝土表面毛細(xì)孔中的水分、空氣，避免出現(xiàn)針孔、鼓泡；二是具有膠黏劑的作用，增加附著力，提升防水能力。

3.2.3 噴涂聚脲防水材料

(1）施工前，要把找平層上的雜物清理干凈，之后進(jìn)行分區(qū)噴涂，施工過程中，下一道噴涂應(yīng)覆蓋上一道噴涂施工面的50%，此種法也叫壓槍法[9]，并且上下兩道噴涂方向必須呈90°，并確保均勻噴涂。

(2）施工時機器設(shè)備設(shè)定參數(shù):

總壓力為65 kg/m2；

溫度為65℃；

用攪拌器攪拌原料0.5 h后進(jìn)行施工；

噴涂前需要注意的是先加熱管道，待溫度上升到設(shè)定值后，然后設(shè)定其他設(shè)備參數(shù)[10]，之后噴涂。

(3）平面施工時，尤其要注意及時清理雜物，在每一道噴涂后，要進(jìn)行仔細(xì)檢查，找出缺陷，立即處理。針對針孔大小缺陷或者較大的缺陷，應(yīng)該使用堵縫料進(jìn)行快速修補；對于因雜物而造成的表面凸起，要用小刀割掉，一般情況下，處理兩次已無缺陷。隧道頂板及側(cè)墻防水構(gòu)造如圖3所示，東側(cè)墻與西側(cè)墻防水構(gòu)造一致。

圖3 隧道頂板及側(cè)墻防水構(gòu)造

3.2.4 特殊部位及薄弱環(huán)節(jié)的處理措施

(1）變形縫防水處理

①基層處理

清理縫隙周圍垃圾，對蜂窩麻面和凹凸不平的地方打磨平整，用吸塵器把所有浮塵清理干凈。

②灌注密封膠

采用機械灌注方法施工。用導(dǎo)流管直接插入混凝土止水帶部位，采用從下向上的灌注方法進(jìn)行施工。因為該密封材料有很好的自流平性能，所以縫內(nèi)所有空的部位都能填滿，直到與混凝土外面相平并稍高出混凝土外面10 mm左右。

③手工聚脲二次密封

在已灌注好密封膠的部位采用手工聚脲進(jìn)行二次密封。以縫為中心，兩邊各做300 mm的手工聚脲，厚度要達(dá)到2 mm，手工聚脲與灌注的密封膠有非常好的粘結(jié)性能，與混凝土也有非常好的粘結(jié)性能。

(2）陰陽角防水處理

為了加強陰陽角抵抗應(yīng)力變形的能力，先在陰陽角處噴涂0.5 mm附加層，之后噴涂其他部位。

(3）主體根部防水處理

基層處理完成后，在結(jié)構(gòu)物的根部預(yù)先噴涂1 mm的聚脲增強層，然后施工聚脲涂層。

(4）主體邊部防水處理

在防水四邊以及出現(xiàn)收頭的部位，施工前期，在水泥砂漿基層上開一道U型槽，尺寸為寬、深各1 cm，然后施工基層處理劑，再進(jìn)行聚脲涂層施工。完工后將槽用環(huán)氧膩子封堵，以防從此收頭處聚脲脫邊影響整個防水質(zhì)量。

(5）預(yù)埋管線部位的防水處理

管線穿過防水層的部位，需要在它周圍噴涂大于100 mm寬的附加層，然后進(jìn)行其他部位噴涂。

3.2.5 噴涂聚脲防水材料監(jiān)控措施

(1）溫度控制[11]

噴涂施工時尤其注意溫度控制。先要保證原材料的溫度在20℃以上，之后保障加熱軟管末端的溫度控制在60～70℃，并要求A、B組分溫度一致。

(2）壓力監(jiān)控

在施工過程中要一直進(jìn)行壓力監(jiān)控。噴涂的壓力在1 700～2 500 Psi之間，這樣可以使兩個組分充分混合。噴涂過程中，兩個組分可以有較小的壓力差，只要這種壓力差不影響正常的噴涂即可，但一個較大的壓力差會導(dǎo)致一系列問題，比如堵塞、溫度變化、AB組分比例失調(diào)等。

(3）流量檢測

每次噴涂前都要進(jìn)行流量檢測，目的是證明兩組分以相同的速度送到噴槍中，操作方法是先啟動主機，分別把兩個軟管中的物料流滿兩個小容器，之后把槍安裝在軟管上。通過目測，兩個容器中的物料數(shù)量應(yīng)該一樣，而且流出的物料均勻。

3.3 施工過程中注意事項

施工工藝決定了防水的質(zhì)量，所以對工藝的控制和要求都較嚴(yán)格，比如噴手必須經(jīng)過培訓(xùn)并考核合格后方能上崗，在施工中要進(jìn)行過程管理，確保施工質(zhì)量。在聚脲噴涂施工過程中需要注意以下幾點[12]:在噴涂前必須對基面的浮渣和粉塵進(jìn)行清理，以確保粘接效果；噴涂的基面必須找平，以節(jié)約材料和保證成膜質(zhì)量；噴涂完要對基面進(jìn)行打磨處理以達(dá)到要求的平整度；施工結(jié)束后檢查外觀、膜的厚度、有效覆蓋面積和滲漏水情況。關(guān)于操作人員需要注意:施工過程中人員要按規(guī)定佩戴好防毒面具、穿戴好防護(hù)服、防滑鞋以及安全手套，主要是因為噴涂的物料溫度較高，又存在飛濺等現(xiàn)象，同時噴涂過程中物料被霧化，霧化后的材料會很容易傷害到皮膚和呼吸道，存在極大的安全隱患。

4 結(jié)束語

博鰲通道工程設(shè)計使用年限為100年，對防水的質(zhì)量要求非常高，噴涂新型聚脲防水材料是工程的關(guān)鍵性工序，防水質(zhì)量對隧道的耐久性有著重要影響。博鰲隧道防水工程經(jīng)過科學(xué)管理、緊密有序的施工，明挖隧道結(jié)構(gòu)通過采用噴涂新型聚脲彈性體防水材料，自隧道竣工通車以來，達(dá)到了理想的防水效果，未發(fā)生滲漏水情況，有效地保證了隧道防水質(zhì)量，達(dá)到了結(jié)構(gòu)防水質(zhì)量要求。

實踐證明，新型聚脲防水材料施工方便、工期短、防海水滲漏效果良好、結(jié)構(gòu)安全穩(wěn)定，適用于海洋環(huán)境下的防水施工。并且此項施工技術(shù)對環(huán)境幾乎無污染，是環(huán)保型的施工工藝，符合國家節(jié)能環(huán)保的要求。隨著經(jīng)驗的積累和研究的不斷前進(jìn)，該技術(shù)還有較大的提升空間和廣闊的應(yīng)用前景，并且該工藝可推薦到類似工程采用，具有良好的社會效益。