隧道工程噴膜防水技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用現(xiàn)狀

李新龍

（陜西省鐵路投資（集團(tuán)）有限公司，西安 710054）

1 引言

隧道滲漏水問題目前仍舊是大部分隧道工程中無法根治的問題，這為隧道投入運(yùn)營(yíng)之后的維修養(yǎng)護(hù)增加了難度。根據(jù)調(diào)查統(tǒng)計(jì)，國(guó)內(nèi)外嚴(yán)重滲漏水的隧道數(shù)量大約占隧道總數(shù)量的30%。我國(guó)從1981 年開始引進(jìn)國(guó)外防水板進(jìn)行隧道防水作業(yè)，本文通過闡述與分析目前隧道噴膜防水技術(shù)的具體運(yùn)用情況，介紹其應(yīng)用價(jià)值?，F(xiàn)階段隧道工程越發(fā)復(fù)雜，類別更趨于多樣化，如何保證隧道防水工程的施工質(zhì)量值得深入研究。

2 隧道工程滲漏水原因

隧道工程滲漏水原因比較多，作為地下線性工程，跨度范圍比較大，而且不同區(qū)段內(nèi)的工程地質(zhì)、水文條件等各不相同，容易導(dǎo)致隧道滲漏水。從各方面綜合分析，隧道滲漏水出現(xiàn)的主要原因分為2 個(gè)方面：自然因素與人為因素。

2.1 自然因素導(dǎo)致的隧道滲漏水

客觀上來講，地下水的存在是隧道產(chǎn)生滲漏水的根本原因，通過剖析水力學(xué)與水文地質(zhì)學(xué)可知，地下水的流動(dòng)是有固定流向的，地下水通常由高水壓區(qū)流向低水壓區(qū)。在施工開挖階段，低水壓區(qū)常出現(xiàn)臨空面，在圍巖作用力的影響下，地下水的流向被改變而流向臨空面，因此，地下水流向隧道內(nèi)，若防水施工不到位，最終會(huì)導(dǎo)致隧道襯砌、底部滲漏水。隧道開挖過程中圍巖的滲透系數(shù)、地下水位的高低、過水?dāng)嗝娴拇笮〉染鶗?huì)影響隧道防滲漏效果。另外，水文地質(zhì)特征的變化也直接影響隧道滲漏水，如大氣降水、隧道埋深、溶洞、泉眼、水庫(kù)、江河等因素。

2.2 人為因素導(dǎo)致的隧道滲漏水

人為因素導(dǎo)致的隧道滲漏水主要體現(xiàn)在：

1）隧道防排水體系不完善，初期支護(hù)與二襯之間排水系統(tǒng)未連通，施工作業(yè)不精細(xì)，灑落的砂漿、混凝土等堵塞排水系統(tǒng)，導(dǎo)致排水困難造成隧道滲漏水。

2）防水板鋪掛施工質(zhì)量影響隧道滲漏水。防水板鋪掛時(shí)，因施工不規(guī)范造成防水板破壞的現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，如前后兩幅防水板搭接寬度不夠或搭接不平順導(dǎo)致焊縫不密實(shí)，焊接鋼筋時(shí)燒壞防水板，防水板背后外露的錨桿頭、管件沒有切除。

3）穿防水板，防水板背后未鋪設(shè)土工布，防水板鋪設(shè)過于松弛或緊繃均會(huì)造成隧道滲漏水。

4）二襯混凝土施工質(zhì)量問題。二襯混凝土通常采用防水混凝土，但由于混凝土的防水設(shè)計(jì)、砂石原材料的質(zhì)量、混凝土施工接縫的處置等把控不嚴(yán)，導(dǎo)致隧道滲漏水。

5）管理問題。隧道排水系統(tǒng)為隱蔽工程，必須重視施工過程中的質(zhì)量驗(yàn)收工作，由于一些施工單位自檢體系不健全，加之個(gè)別監(jiān)理人員履職不到位，忽視了隧道防排水的重要性，缺乏自檢與監(jiān)督等，導(dǎo)致隧道出現(xiàn)滲漏水現(xiàn)象。

3 隧道工程噴膜防水技術(shù)的發(fā)展

3.1 早期階段

噴膜防水技術(shù)早期主要應(yīng)用于發(fā)達(dá)國(guó)家，隨著人們對(duì)防水質(zhì)量要求的不斷提升，以及施工期間人們對(duì)防水施作的便捷性和質(zhì)量控制的要求，噴膜防水技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，其主要施工過程是將防水涂料通過機(jī)械噴涂的方式均勻噴灑在屋面或地下室墻面上。在這一階段，人們也在對(duì)隧道施工的防水措施進(jìn)行分析、研究，通過對(duì)防水形式、材料等的不斷革新與創(chuàng)新，適用于隧道工程防水的噴膜防水技術(shù)也被運(yùn)用于山嶺隧道施工中。早在1960—1965 年，德國(guó)、奧地利、瑞士等修建了約30 座公路隧道，通過SIKA 公司生產(chǎn)的摻和有機(jī)玻璃纖維加強(qiáng)聚酯樹脂噴層來起到防水作用。進(jìn)入20 世紀(jì)60 年代之后，西德在地下工程中也運(yùn)用了噴射封層防水材料，這些材料盡管在性能上存在一定的差異，但可以看出，在這個(gè)階段，噴膜防水技術(shù)已經(jīng)被應(yīng)用到隧道防水中，雖然數(shù)量不多，配套設(shè)備也不成熟，但其技術(shù)的運(yùn)用在不斷優(yōu)化與完善。

3.2 發(fā)展階段

發(fā)展階段主要在1980—2000 年，此階段世界各國(guó)都比較重視推廣噴膜防水技術(shù)，因此，出現(xiàn)了如丙烯酸鹽、聚氨酯、聚脲等多種防水材料，同時(shí)，相應(yīng)的專用機(jī)械設(shè)備也得到了更新和發(fā)展，將噴膜防水技術(shù)運(yùn)用在隧道工程中的案例亦越來越多。這個(gè)時(shí)期以日本為代表，特別是在20 世紀(jì)80 年代中后期，日本開發(fā)的隧道噴膜防水技術(shù)不管是在材料的創(chuàng)新還是在機(jī)械設(shè)備的改進(jìn)方面，均在當(dāng)時(shí)引領(lǐng)著噴膜防水技術(shù)。隨著噴膜防水技術(shù)的不斷進(jìn)步與發(fā)展，該技術(shù)在不同類型隧道工程中的運(yùn)用得到了拓展，如沉管隧道、明挖隧道。我國(guó)在這個(gè)時(shí)期對(duì)噴膜防水技術(shù)的研究剛起步，最早是使用陽離子的乳化瀝青膠乳防水涂料來防止隧道滲漏以及處理隧道滲漏水[2]。

3.3 應(yīng)用階段

進(jìn)入21 世紀(jì)后，該技術(shù)的應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大，整體上朝著材料更新與設(shè)備機(jī)械化作業(yè)的方向不斷發(fā)展。隨著技術(shù)運(yùn)用范圍的擴(kuò)大，大量的新型材料和設(shè)備不斷涌現(xiàn)。國(guó)內(nèi)運(yùn)用該技術(shù)的項(xiàng)目也隨之增多，在本階段呈現(xiàn)出積極的增長(zhǎng)趨勢(shì)，西南交通大學(xué)與成都某新型防水材料公司聯(lián)合推廣的丙烯酸鹽噴膜技術(shù)，在國(guó)內(nèi)多座山嶺隧道、地鐵隧道、地下交通、洞庫(kù)施工中得到了廣泛使用，如四川的牟尼溝公路隧道、貴廣線天平山隧道、深圳中海油LNG（天然氣）供氣隧道。筆者曾參與了噴膜防水技術(shù)方面，一些技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的課題研究與推廣工作，對(duì)該技術(shù)的推廣應(yīng)用和規(guī)范使用起到了積極作用。近年來，聚脲、速凝橡膠瀝青等新型噴膜防水材料得到了廣泛運(yùn)用，廣州地鐵、上海地鐵、上海外灘交通樞紐等項(xiàng)目部分隧道工程頂板防水作業(yè)使用聚脲噴膜防水技術(shù)取得了非常好的防水效果。另外，噴涂速凝橡膠瀝青進(jìn)行防水作業(yè)目前也呈現(xiàn)出快速發(fā)展趨勢(shì)，在國(guó)內(nèi)的隧道和地鐵中得到了廣泛使用，GB 50108—2008《地下工程防水技術(shù)規(guī)范》的修訂中對(duì)該技術(shù)的運(yùn)用進(jìn)行了補(bǔ)充[3]。

4 隧道工程噴膜防水技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀

4.1 成膜機(jī)理及性能

隨著市場(chǎng)的興起，在實(shí)際隧道工程中可運(yùn)用的噴膜防水材料種類較多，為方便研究，將噴膜防水材料按組成劃分為單組分和多組分來闡述。

4.1.1 單組分噴膜防水材料成膜機(jī)理

1）噴膜后，材料組分中的水與溶劑揮發(fā)之后形成緊密堆積的固體微粒層成膜[4]。

2）噴膜后，依靠材料中含有的反應(yīng)基團(tuán)與空氣發(fā)生反應(yīng)固化成膜。該技術(shù)在使用過程中也可以使用加速劑加快材料聚合，但這些材料仍舊被認(rèn)為是單組分材料，無論是否加入加速劑，這些材料噴射后都會(huì)聚合，且也不會(huì)改變材料性質(zhì)。

4.1.2 多組分噴膜防水材料

主要是通過2 種噴膜材料在噴射過程中混合后快速聚合膠結(jié)成膜，該混合過程通常伴隨放熱現(xiàn)象。

通常情況下單組分噴膜防水材料對(duì)機(jī)具、技術(shù)要求比較低，聚合時(shí)間較慢，養(yǎng)護(hù)時(shí)間較長(zhǎng)，單組分材料內(nèi)含有可揮發(fā)性溶劑，容易造成環(huán)境污染，目前已應(yīng)用較少。因此，大部分隧道工程噴膜防水材料多使用雙組分成膜體系，這種體系相對(duì)來講成本較高、施工設(shè)備復(fù)雜、材料配比要求高、對(duì)施工人員技能要求高，但目前應(yīng)用得較多。

4.2 噴模設(shè)備

在噴涂領(lǐng)域內(nèi)，運(yùn)用比較成熟的噴涂設(shè)備主要分為3 種類型，分別是空氣噴涂、高壓無氣噴涂和空氣輔助無氣噴涂設(shè)備，也有部分（粉狀）噴膜產(chǎn)品采用噴混凝土機(jī)施工。由于不少噴膜原料黏度較大，為保證噴涂速率和施工效率，大多數(shù)噴膜都選擇高壓無氣噴涂設(shè)備來作業(yè)，黏度受溫度影響較大的材料可使用噴涂設(shè)備的加熱功能。高壓無氣噴涂是對(duì)噴膜防水材料施加高壓讓其從噴嘴中噴出，在防水材料離開噴嘴的瞬間，會(huì)與空氣發(fā)生碰撞，防水材料離子不斷被粉碎霧化并附著在被涂物的表面。

4.3 施工工藝

施工工藝決定著噴膜防水層的施工質(zhì)量，因此，在大面積施工前一般應(yīng)進(jìn)行試噴，通過試噴達(dá)到培訓(xùn)人員確定參數(shù)、總結(jié)工藝、明確質(zhì)量控制要點(diǎn)的目的。根據(jù)目前噴膜防水技術(shù)與材料的發(fā)展、設(shè)備創(chuàng)新和使用情況，采用噴膜防水技術(shù)進(jìn)行施工時(shí)應(yīng)考慮以下要點(diǎn)：

1）應(yīng)將初期支護(hù)噴射混凝土表面的粉塵、浮渣、露頭鋼筋等清理干凈，保證防水層和初期支護(hù)表面之間的黏結(jié)效果和黏結(jié)質(zhì)量。

2）初期支護(hù)噴射混凝土表面出現(xiàn)滲漏水時(shí)必須進(jìn)行處理，一般采用注漿堵水或安裝局部排水設(shè)施引排滲漏水。

3）嚴(yán)格控制初期支護(hù)噴射混凝土表面的平整度，必要時(shí)采用細(xì)骨料噴射混凝土或砂漿進(jìn)行找平，以節(jié)約噴膜材料消耗量，降低成本，保證成膜效果與質(zhì)量。

4）加強(qiáng)對(duì)材料組分比例、計(jì)量控制系統(tǒng)、噴射壓力、噴嘴的角度等參數(shù)的調(diào)整與控制，以適應(yīng)不同部位的噴膜要求[5]。

5）施工過程中，應(yīng)加強(qiáng)檢查與控制，對(duì)存在的問題進(jìn)行及時(shí)處理。

在具體運(yùn)用過程中，不同材料所使用的噴膜防水技術(shù)在工藝使用方面還有可能存在區(qū)別，因此，在某一區(qū)段施工結(jié)束之后，應(yīng)對(duì)成膜質(zhì)量進(jìn)行全面檢查，以保證隧道防水達(dá)到應(yīng)有的效果。

5 結(jié)語

綜上，隧道噴膜防水技術(shù)在現(xiàn)階段已日趨成熟，在不同階段，該技術(shù)也呈現(xiàn)出不同的特征。目前，各種新型噴膜防水材料不斷出現(xiàn)，噴膜防水施工機(jī)具與設(shè)備等也朝著專業(yè)化、機(jī)械化的方向發(fā)展，隨著相關(guān)使用指南、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)布，該技術(shù)的應(yīng)用將逐漸朝著規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化的方向發(fā)展，推廣應(yīng)用前景將越來越廣泛。