隧道防水板敷設(shè)綜合施工技術(shù)

王振華

(中鐵十九局集團第五工程有限公司，遼寧 大連 116100)

當前，運營中的鐵路隧道發(fā)生最多的病害是滲漏水。滲漏水對運營隧道的危害巨大，高速鐵路隧道要求隧道內(nèi)不允許任何的滲漏水。

以往隧道施工中防水板的掛鋪全靠人力。由于防水板的重量大(每卷約170 kg左右)，幅寬3～4 m，且表面光滑，人工掛鋪作業(yè)不但施工難度大，勞動強度也高，施工中很難做好防水板的對中和順直，還容易出現(xiàn)防水板的褶皺、搭接寬度不足等施工缺陷。另外人工焊接防水板的熱熔墊圈很難做到間距均勻，焊接質(zhì)量也不穩(wěn)定。在澆筑二襯混凝土的過程中，因混凝土的沖撞、擠壓、撕扯，很可能造成防水板的開裂、脫落，在二次襯砌背后形成水囊,造成永久的隱患。

針對上述情況，在建平隧道施工采用防水板自動掛鋪臺車敷設(shè)防水板，提高了防水板的敷設(shè)質(zhì)量；紅外線激光定位裝置實現(xiàn)熱熔墊圈的精準定位；超聲波熱熔焊機配合自動爬焊機進行防水板的焊接，不但提高了焊接質(zhì)量，還具有焊接速度快、焊縫強度高、密封性能好等優(yōu)點，上述技術(shù)的綜合運用克服了傳統(tǒng)防水板敷設(shè)存在的問題，現(xiàn)進行主要介紹。

1 工程概況

赤峰至喀左鐵路工程的建平隧道全長11 340 m， 進口里程DK030+060, 出口里程DK041+400，最大埋深230 m。隧道共設(shè)3個斜井。

隧道地層巖性主要出露太古界建平群小塔子溝組(ARJNX)片麻巖與侏羅系上統(tǒng)呼嚕組凝灰?guī)r(J3t)、安山巖,分布于隧道入口DK036+100小里程方向；侏羅系上統(tǒng)吐呼嚕組安山巖、凝灰?guī)r及凝灰質(zhì)砂礫巖(J3t)，分布于DK036+100大里程方向?？辈閰^(qū)大地構(gòu)造位于叨爾登—張家營斷裂帶西側(cè)，構(gòu)造部位屬東西向構(gòu)造帶和北東向構(gòu)造帶交接地帶。

依據(jù)區(qū)內(nèi)地下水的賦存條件、含水層的水力性質(zhì)及水力特性等水文地質(zhì)條件，隧道區(qū)域內(nèi)地下水類型可分為第四系孔隙含水層、碎屑巖類裂隙水及基巖裂隙含水層。大氣降水是區(qū)內(nèi)地下水的主要補給來源。由于本地區(qū)屬于大陸干旱～半干旱季風氣候，春季多風，地下水位普遍下降;夏季多雨，地下水水位回升。隧道正洞每km分段涌水量約為200～3 800 m3/d，最大涌水量約為460～8 100 m3/d。

2 隧道防水板敷設(shè)關(guān)鍵技術(shù)

建平隧道防水板敷設(shè)工藝流程如圖1所示。

圖1 施工工藝流程

2.1 防水板自動掛鋪臺車的應(yīng)用

防水板自動掛鋪臺車(見圖2)由行走系統(tǒng)、提升系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、支架四部分組成。臺車行走系統(tǒng)為4對鋼輪，其中2對為主動輪，2對為從動輪。4個升降油缸，行程0～300 mm。臺車安裝好后，將軸心管穿過防水板中心孔，然后置于提升跑車上。驅(qū)動裝置使用2臺3 kW電動機帶動提升跑車沿軌道旋轉(zhuǎn)，環(huán)向敷設(shè)防水板，跑車上面的旋轉(zhuǎn)桿通過旋轉(zhuǎn)可調(diào)節(jié)防水板和隧道初期支護的距離，可變距離為-100～250 mm，變斷面時只需簡單調(diào)節(jié)即可適合要求。

圖2 防水板自動掛鋪臺車(單位：mm)

按照隧道設(shè)計斷面輪廓尺寸加工防水板鋪掛臺車。防水板臺車全長6.8 m，其中，后部3.4 m為防水板掛鋪區(qū)段，前部3.4 m為鋼筋綁扎區(qū)段。環(huán)向可鋪設(shè)長度30 m的防水板，鋪設(shè)時控制提升跑車的提升速度，人工輔助控制防水板的鋪設(shè)長度，有效控制防水板鋪設(shè)的松弛度，能夠滿足現(xiàn)場施工的需求。

使用防水板自動掛鋪臺車可以準確定位、敷設(shè)防水板，確保防水板的敷設(shè)精度，施工速度快、勞動強度低，僅需3人即可進行防水板的敷設(shè)作業(yè)。

2.2 鋪設(shè)土工布

土工布長邊沿隧道縱向鋪設(shè)，長度為混凝土循環(huán)灌注長度+20 cm。首先在拱頂噴射混凝土表面標出隧道中線，用作業(yè)臺車將單幅土工布固定到預(yù)定位置，用激光定位儀定位土工布上熱熔墊圈位置，并用專用射釘將土工布固定在噴射混凝土面上。專用熱熔墊圈及射釘按梅花形布置，拱部間距0.5～0.8 m，邊墻間距0.8～1.0 m，對于斷面變化處和轉(zhuǎn)角部位釘距要適當加密。要求土工布的中心線和隧道中心線重合，鋪設(shè)得松緊適度，緊貼在噴射混凝土表面，不能因過緊而被撕裂，不能因過松使土工布褶皺、堆積而形成蓄水點。土工布幅間搭接寬度應(yīng)大于100 mm。

2.3 防水板環(huán)向掛鋪

將軸心管穿過防水板中心孔，然后置于提升跑車上。驅(qū)動裝置啟動提升跑車沿軌道旋轉(zhuǎn)，跑車上的旋轉(zhuǎn)桿在旋轉(zhuǎn)過程中可調(diào)節(jié)防水板和初期支護表面的距離。附屬洞室鋪設(shè)防水板時，按照附屬洞室的大小和形狀加工防水板，將其釘在洞室內(nèi)壁的噴錨支護上，并與邊墻防水板焊接在一起。防水板的鋪設(shè)要松緊適度，使之能緊貼在噴射混凝土表面上。防水板一次鋪設(shè)長度根據(jù)混凝土灌注的循環(huán)長度確定。

2.4 防水板的精確對位與焊接

采用紅外線激光定位裝置通過激光燈發(fā)射的投影光斑確定光斑間距，實現(xiàn)熱熔墊圈精準定位。

防水板掛鋪過程中采用超聲波焊機和自動爬焊機焊接防水板。超聲波焊機利用高頻振動波傳遞到防水板表面，使防水板與熱熔墊圈相互摩擦而形成分子層之間的熔合，達到焊接目的。針對使用的每批次防水板和熱熔墊片，通過現(xiàn)場工藝試驗選取不同的振幅、焊接時間和冷卻時間，即可達到每個墊圈中的每個焊點均能焊接牢固的目的，不需依靠工人的熟練程度。對于目前高鐵中普遍使用的厚1.5 mm的EVA防水板，振幅設(shè)定值一般為70%～85%，焊接時間設(shè)定值一般為0.7～0.8 s，冷卻時間設(shè)定值一般為0.9～1.0 s。熱熔墊圈的選擇區(qū)別于以往工法，不得選取四周帶孔的熱熔墊圈，需選取材質(zhì)連續(xù)的四周無孔的熱熔墊圈(如圖3所示)，防止焊接時因接觸點處于“孔”上而焊漏防水板。使用超聲波焊接工藝，施工過程穩(wěn)定，每條焊縫、每個墊圈、每個焊點質(zhì)量均能保證既焊接得牢固，又不焊穿防水板。

紅外線激光定位配合超聲波焊機共同作用，做到防水板定位質(zhì)量穩(wěn)定的目的，確保防水板每個面積的焊接強度均相同，不至于在二次襯砌混凝土澆筑過程中因混凝土的撕扯造成防水板脫落，極大程度的保證了防水板的施工質(zhì)量。

圖3 熱熔墊圈

超聲波焊機通過調(diào)整波速和焊接時間的方法確保焊接質(zhì)量，又不焊穿防水板。不同厚度的防水板超聲波焊機需要調(diào)整的波速和焊接時間均不相同，需通過現(xiàn)場試驗確定。焊縫若有假焊、漏焊、燒焦、燒穿時要進行補焊，防水板破損處必須用小塊防水板覆蓋并焊接。

搭接的防水板進行焊接時，下層防水板應(yīng)壓住上層防水板。多層防水板焊接時，搭接部位的焊縫必須錯開，不得有3層以上的接縫重疊。單條焊縫的有效焊縫寬度不小于15 mm。

焊縫質(zhì)量檢查[1]：防水板搭接寬度不得小于150 mm，可以用鋼尺丈量進行檢查。焊縫的焊接質(zhì)量用充氣法進行檢查。在搭接部分的兩條焊縫之間形成一道空腔, 檢查時將空腔兩端封死, 在一端用5號注射針與壓力表相接，針頭扎入空腔內(nèi)進行充氣，當壓力表達到0.25 MPa時停止充氣，保持15 mim以上，若壓力下降在10%以內(nèi)，說明焊縫質(zhì)量合格。

2.5 施工注意事項

(1)防水板質(zhì)量檢查包括外觀檢查、焊接質(zhì)量檢查、松緊度檢測等。

(2)防水板應(yīng)與基面固定牢固，松緊適度，不得有繃緊和破損現(xiàn)象。實鋪長度與初期支護基面弧長的比值為10∶8。防水板的搭接寬度不應(yīng)小于150 mm，分段鋪設(shè)的防水板邊緣部位應(yīng)預(yù)留至少600 mm的搭接余量。

(3)防水板在搭接時應(yīng)該做到:縱向搭接時下部板要壓住上部板，環(huán)向搭接時低的一側(cè)板要壓住高的一側(cè)板。

(4)防水板搭接縫與二襯的施工縫要錯開，錯開距離不應(yīng)小于100 cm，允許偏差為-5 cm。

(5)防水板的鋪設(shè)要松緊適度，使之能緊貼在噴射混凝土表面上，不因過緊而撕裂，不因過松而使無紡布和防水板褶皺、堆積。

(6)防水板敷設(shè)質(zhì)量檢查合格后, 要做好成品保護工作，確保防水板在二襯施工(綁扎鋼筋、立模、混凝土澆筑)過程中不被破損。

(7)所用防水板、土工布等材料必須為正規(guī)廠家的產(chǎn)品，有產(chǎn)品合格證，按規(guī)定抽檢合格后方可使用。

3 防水效果與經(jīng)濟效益分析

建平隧道于2016年8月開工，采用綜合施工技術(shù)敷設(shè)防水板，使防水板敷設(shè)質(zhì)量得到很大的提升，施工過程中自始至終沒有發(fā)生過二襯滲水、漏水的事故。建平隧道于2019年10月竣工，竣工驗收中全隧道無一處滲水、漏水點，也沒有發(fā)現(xiàn)二襯有洇濕的地方。防水工程得到了很高的評價，防水工程效果明顯。

采用綜合施工技術(shù)敷設(shè)防水板省工省時，降低了勞動強度。 采用此工法前，每12 m防水板的鋪設(shè)需要用4個工人，工作12 h；采用新的敷設(shè)技術(shù)以后，同樣的12 m防水板鋪設(shè)只需要3個工人，用時7.5～8.0 h，僅人工成本每12 m就可節(jié)約600元，總計可節(jié)省人工費用56.7萬元。

4 結(jié)束語

建平隧道施工過程中采用防水板敷設(shè)綜合施工技術(shù)，加快了防水板的敷設(shè)速度，提高了防水板的敷設(shè)質(zhì)量，降低了工人的勞動強度，施工工效大大提高，取得了良好的社會效益、經(jīng)濟效益和環(huán)保效益。