雄安新區(qū)某電纜隧道防水優(yōu)化設(shè)計(jì)研究

李兵兵，趙貞欣，劉志磊

(中國電建集團(tuán)河北省電力勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，河北 石家莊 050031)

0 引言

隨著我國城市化進(jìn)程的推進(jìn)與發(fā)展，城區(qū)電力管線采用電纜隧道的形式越來越多。受設(shè)計(jì)水平、施工質(zhì)量以及工作環(huán)境多方面的影響，隧道往往會(huì)出現(xiàn)開裂、漏水導(dǎo)致鋼筋生銹，電纜和其他設(shè)備工作環(huán)境受潮的情況，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)绊懰淼澜Y(jié)構(gòu)的耐久性和安全性。因此，防水質(zhì)量是影響隧道工程質(zhì)量的重要因素。

1 隧道滲水類型和原因

隧道滲漏的類型主要有三大方面：各種出入口的雨水、地表水倒灌；混凝土本體滲漏；變形縫、施工縫、預(yù)埋穿墻管的滲漏。

1)各種出入口倒灌的原因

逃生口位置設(shè)計(jì)未考慮周圍地形，位于低點(diǎn)；

井蓋密封性受到人為破壞。

2)混凝土本體滲漏的原因

因各種原因引起的結(jié)構(gòu)裂縫而導(dǎo)致滲漏，如圖1所示。

圖1 隧道裂縫滲水

在結(jié)構(gòu)鋼筋密集部位，因施工振搗不到位導(dǎo)致結(jié)構(gòu)內(nèi)部空洞而引起的滲漏；

混凝土蜂窩部位出現(xiàn)滲漏，如圖2所示。

圖2 蜂窩麻面滲水

因電纜規(guī)模變化而現(xiàn)鑿的穿洞位置出現(xiàn)滲漏。

3)變形縫、施工縫、預(yù)埋穿墻管滲漏原因

變形縫止水帶固定不牢靠，澆筑混凝土跑偏；結(jié)構(gòu)伸縮變形超過止水帶極限造成撕裂變形；施工中止水帶未采取保護(hù)措施被破壞；橡膠止水帶采用再生橡膠，耐老化性能差，過早失效。

施工縫部位的混凝土接合不密實(shí)，留有孔隙；混凝土基面不達(dá)標(biāo)；采用的防水措施欠妥當(dāng)，不能起到止水或阻水作用。

群管未采用套管；管與結(jié)構(gòu)之間未采取防水加強(qiáng)措施；防水層在管根部位未采用密封收頭；管周圍混凝土振搗不密實(shí)，如圖3和圖4所示。

圖3 隧道電纜孔滲水

圖4 隧道穿墻孔滲水

2 工程概況

雄安新區(qū)某電纜隧道工程起于雄東500 kV變電站，止于昝西220 kV變電站，為雄安新區(qū)首條雙倉敷設(shè)的高壓電力下送通道。新建隧道路徑長(zhǎng)度為11.766 km，大部分地段采用明挖法，穿河流、公路等處采用頂管法施工。本工程電力隧道屬于一級(jí)電纜通道，肩負(fù)著電力穩(wěn)定重任，容納電纜多，發(fā)生事故容易造成變電站停運(yùn)，因此防水設(shè)計(jì)針對(duì)以上三個(gè)方面的滲漏類型進(jìn)行重點(diǎn)防范，保證隧道本體在運(yùn)營期間不能發(fā)生滲漏，保證隧道功能的正常運(yùn)行和結(jié)構(gòu)的安全耐久。

擬建線路位于華北平原，沿線地層巖性主要為黃土狀土、粉土、黏性土及砂類土。地下水對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)及鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋具有微腐蝕性；地基土對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)及鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋均具微腐蝕性。地下水埋深大于22 m，抗浮水位按照地表以下2 m設(shè)計(jì)。由于上部地層中存在不透水的粘性土層，在雨洪、積雪融化及灌溉季節(jié)，上部粉土、粉砂中會(huì)存在部分上層滯水，因此做好本工程的防水設(shè)計(jì)對(duì)隧道的正常運(yùn)維是非常重要的。

3 防水設(shè)計(jì)原則

防水設(shè)計(jì)遵循“剛性為主，柔性為輔，防、排、截、堵相結(jié)合，剛?cè)嵯酀?jì)，因地制宜，綜合治理”的原則。

1)防水體系以結(jié)構(gòu)剛性自防水為根本，采取措施控制混凝土裂縫的開展，提高混凝土的抗?jié)B性能；

2)以施工縫、變形縫、穿墻管(盒)、預(yù)埋件、預(yù)留通道接頭等細(xì)部構(gòu)造的防水為重點(diǎn)；

3)輔以優(yōu)質(zhì)合適的柔性外包防水層。

通過合理的防水設(shè)計(jì)、精心的施工、定期的維護(hù)，獲得長(zhǎng)期可靠的防水效果，實(shí)現(xiàn)電力隧道防水的目標(biāo)。

4 混凝土結(jié)構(gòu)自身抗?jié)B防水

4.1 混凝土自防水方案

混凝土自防水有三大要素：

1)混凝土抗?jié)B性能滿足工程要求；

2)混凝土具有良好的抗開裂或微裂縫自愈功能；

3)通過設(shè)置變形縫等方法劃分結(jié)構(gòu)單元或其他施工手段，增加結(jié)構(gòu)抗變形剛度，減小因沉降差、溫差等因素造成的結(jié)構(gòu)裂縫。

本工程環(huán)境作用等級(jí)為I-B的情況，混凝土等級(jí)采用C35滿足100 a設(shè)計(jì)使用年限的耐久性要求。通過選用優(yōu)質(zhì)的原材料、合理的配合比、可靠的施工過程質(zhì)量控制、摻加礦物摻合料和化學(xué)外加劑等措施提升混凝土耐久性指標(biāo)。對(duì)試塊抗?jié)B性、電通量等耐久性相關(guān)指標(biāo)測(cè)試[1]，確?；炷聊途眯赃_(dá)到設(shè)計(jì)要求[2]。

4.2 混凝土自防水提升

1)有效預(yù)防和控制混凝土裂縫的產(chǎn)生

① 嚴(yán)格控制混凝土配合比；

② 合理選擇防水混凝土原材料、施工及工藝控制、養(yǎng)護(hù)要求；

③ 設(shè)計(jì)控制鋼筋間距以及裂縫寬度；

④ 選擇優(yōu)質(zhì)的外加劑。

本工程在埋深較大、坡度較大、含水較多、施工質(zhì)量難保證的區(qū)段采用新型混凝土外加劑，提升這些區(qū)段隧道的防水性能，確保達(dá)到不滲漏的效果。

2) 合理設(shè)置變形縫和施工縫

變形縫的設(shè)置主要是考慮地質(zhì)變化、結(jié)構(gòu)體量相差較大、溫度變化等因素。根據(jù)本工程所在地區(qū)的溫度變化及電纜隧道的最高工作溫度和土質(zhì)條件，并計(jì)算區(qū)間段的混凝土伸縮量，變形縫縫距由規(guī)范規(guī)定不宜超過30 m優(yōu)化為30～60 m之間。此方案變形縫數(shù)量較規(guī)范規(guī)定的常規(guī)數(shù)量減少40% ，從而降低潛在的漏水風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)，提高隧道防水效果。

環(huán)向施工縫間距由15 m調(diào)整為30 m，縱向施工縫只設(shè)置于底板以上300 mm處，極大的減少了滲漏風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)，加快了施工進(jìn)度。

3)變形縫處設(shè)置枕梁防止沉降

坡度較大及地層變化較大區(qū)段底板變形縫處設(shè)置枕梁，有效防止因不均勻沉降引起防水措施的破壞。

4) 預(yù)留通道接口優(yōu)化

為遠(yuǎn)期規(guī)劃預(yù)留好接口，避免后期破壞主體結(jié)構(gòu)產(chǎn)生大的滲漏點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)工程不同建設(shè)時(shí)序的協(xié)調(diào)統(tǒng)一。交叉口預(yù)留接口處采用鋼筋混凝土墻封堵，接口處預(yù)留鋼筋接駁器。后澆混凝土施工前應(yīng)將先澆結(jié)構(gòu)混凝土鑿毛，露出預(yù)埋的接駁器鋼板，與后澆混凝土內(nèi)的鋼筋連接牢固后再進(jìn)行澆筑。

5 外包柔性防水設(shè)計(jì)

每種防水材料都有其特定的施工工藝，如基層處理、安裝鋪設(shè)方法、成品驗(yàn)收、成品保護(hù)要求等。防水材料的選用一般應(yīng)考慮以下三個(gè)方面的要求：一是選用的防水材料的性價(jià)比(耐久性、環(huán)保)；二是選用材料的防水施工工藝不能過于復(fù)雜；三是選用的材料種類不宜過多，避免多種材料的搭接過多。

本工程放坡開挖段和有支護(hù)段選相同的方案：

底板：3.0 mm厚自粘聚合物改性瀝青防水卷材+2.0 mm厚非固化橡膠瀝青防水涂料。

側(cè)墻：3.0 mm厚自粘聚合物改性瀝青防水卷材+2.0 mm厚非固化橡膠瀝青防水涂料(立面專用型)。

頂板：4.0 mm厚SBS改性瀝青耐根穿刺防水卷材+2.0 mm厚非固化橡膠瀝青防水涂料，如圖5所示。

圖5 非固化橡膠瀝青防水涂料

外加“柔性防水”實(shí)質(zhì)是要解決“柔性防水材料”與混凝土結(jié)構(gòu)剛性體之間既要緊密附著防竄水，又要避免柔性防水層被拉裂或剝離的問題。本工程采用涂料+卷材的復(fù)合方式[2-3]，充分利用涂料類防水材料內(nèi)聚力低，與卷材類防水材料抗拉強(qiáng)度高、延伸率較大、耐撕裂性和耐磕碰性強(qiáng)，對(duì)基層伸縮和開裂變形適用性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，克服單純涂料防水和卷材防水的缺點(diǎn)。隧道防水措施從二級(jí)提升為一級(jí)，達(dá)到隧道不漏水、結(jié)構(gòu)表面無濕漬。

6 特殊部位防水設(shè)計(jì)優(yōu)化提升

本工程對(duì)明挖段變形縫、施工縫、穿墻管、陰陽角、對(duì)穿螺栓和結(jié)構(gòu)出地面6種，頂管段的管片接縫、頂管進(jìn)出洞口、頂管與明挖接口4種，共計(jì)11種特殊節(jié)點(diǎn)部位的防水進(jìn)行了專項(xiàng)設(shè)計(jì)。

6.1 變形縫的防水構(gòu)造優(yōu)化提升

變形縫整環(huán)設(shè)置中孔型中埋式鋼邊橡膠止水帶，再用外貼式橡膠止水帶，變形縫背水面縫內(nèi)整環(huán)采用聚氨酯密封膠進(jìn)行嵌縫密封，嵌縫深度與縫同寬，變形縫內(nèi)填充丁晴軟木橡膠嵌縫，變形縫迎水面增設(shè)防水加強(qiáng)層。4道措施設(shè)防，達(dá)到一級(jí)設(shè)防要求，防止變形縫部位出現(xiàn)漏水。

6.2 施工縫的防水構(gòu)造優(yōu)化提升

施工縫按照設(shè)防等級(jí)要求可在中埋式止水帶、鍍鋅鋼板止水帶、外貼式止水帶、遇水膨脹止水條、密封膠嵌縫、外貼防水卷材、外涂防水涂料、水泥基滲透結(jié)晶型防水涂料、預(yù)埋注漿管等措施中選擇。本工程采用鋼板止水帶+膩?zhàn)泳徟蛐陀鏊蛎浿顾畻l+水泥基滲透結(jié)晶型防水涂料+外涂涂料加強(qiáng)層，4道防線，提升防水質(zhì)量和性能。

6.3 穿墻管防水設(shè)計(jì)優(yōu)化

外墻穿墻管采用柔性套管，套管(或主管)均設(shè)置止水環(huán)，并要求做閉水實(shí)驗(yàn)，杜絕洞口滲水。

群管采用套管型式，設(shè)置防水加強(qiáng)層，遇水膨脹止水條，用防火堵料堵實(shí)電纜與預(yù)留管之間縫隙,封堵深度為30 mm，采用軟膩?zhàn)訉㈦娎|與管道之間及電纜管周圍縫隙封堵嚴(yán)密，防止?jié)B水。

6.4 陰陽角防水設(shè)計(jì)優(yōu)化

加強(qiáng)措施：陰陽角防水設(shè)計(jì)采用加強(qiáng)層

抗裂措施：陰陽角處500 mm范圍內(nèi)混凝土保護(hù)層內(nèi)鋪規(guī)格φ6@200 mm×200 mm鋼筋網(wǎng)片。

6.5 對(duì)穿螺栓防水設(shè)計(jì)優(yōu)化

按照CECS 370：2014《隧道工程防水技術(shù)規(guī)范》。固定模板不宜使用對(duì)穿螺栓，如固定模板的螺栓必須穿過混凝土結(jié)構(gòu)時(shí)，可采用工具式螺栓或螺栓加堵頭，螺栓上應(yīng)加焊止水環(huán)。拆模后應(yīng)采取加強(qiáng)防水措施，將留下的凹槽封堵密實(shí)，并在迎水面增設(shè)防水加強(qiáng)層。

6.6 通風(fēng)口和逃生口防水設(shè)計(jì)優(yōu)化

通風(fēng)口頂板設(shè)置找坡層排水，出地面收口采用聚合物水泥砂漿作為保護(hù)層。逃生口采用雙層防水井蓋，井口距離地面不小于300 mm。

6.7 頂管接縫防水設(shè)計(jì)優(yōu)化

頂管采用承插口連接，前管設(shè)置止水條，接口處設(shè)置密封膏，后管設(shè)置兩道橡膠止圈，采用楔形密封橡膠圈。管節(jié)接口處設(shè)置復(fù)合襯墊，接口附近埋設(shè)注漿管，施工完成后采用外方管封堵。

6.8 頂管進(jìn)出洞口防水設(shè)計(jì)優(yōu)化

頂管進(jìn)出洞口設(shè)置簾布橡膠圈，防止泥沙及水的滲入，簾布橡膠由模具分塊壓制然后連成一整環(huán)。頂管管節(jié)與洞口處預(yù)埋鋼板連接，封堵頂管與井壁的空隙。

6.9 頂管井改造隧道與頂管、明挖隧道接口防水設(shè)計(jì)

頂管與明挖隧道采用在頂管井內(nèi)改造的明挖隧道過渡。頂管井改造隧道與頂管、明挖隧道接口處設(shè)置注漿管進(jìn)行封堵，防水層收口采用密封膠封堵，如圖6、圖7所示。

圖6 頂管井改造隧道與頂管接口防水

圖7 頂管井改造隧道與明挖隧道接口防水

7 排水設(shè)計(jì)

本工程處于雄安外圍區(qū)域，屬郊野單元，目前無市政管網(wǎng)規(guī)劃。根據(jù)實(shí)際情況集中收集隧道內(nèi)污水，經(jīng)過處理后，排入沿線規(guī)定的排水點(diǎn)處。根據(jù)本工程地質(zhì)、水文及沿線的地質(zhì)情況設(shè)計(jì)，形成匯集、流徑和排出等完整的排水系統(tǒng)并滿足周圍環(huán)境保護(hù)要求。

排水管道通過風(fēng)機(jī)房的側(cè)墻或隧道側(cè)墻穿出隧道，減少開孔數(shù)量，降低隧道本體開孔處漏水風(fēng)險(xiǎn)。集水坑設(shè)置兩臺(tái)水泵，一用一備，潛污泵均采用水位自動(dòng)控制、就地手動(dòng)控制及控制室遠(yuǎn)程監(jiān)視相結(jié)合的控制方式。水泵的啟、停、故障狀態(tài)信號(hào)，水池內(nèi)的低報(bào)警水位、停泵水位、及高水位報(bào)警，均應(yīng)能在控制室內(nèi)顯示。

圖8 步道下設(shè)置的排水管線

圖9 通風(fēng)口處排水系統(tǒng)

8 結(jié)論

根據(jù)本文對(duì)地下電纜工程防水設(shè)計(jì)的分析，并結(jié)合雄安工程對(duì)地下電纜工程防水優(yōu)化設(shè)計(jì)，得出以下結(jié)論：

1)隧道結(jié)構(gòu)主體采用防水抗?jié)B混凝體澆筑，抗?jié)B等級(jí)不小于P8，局部區(qū)段選擇優(yōu)質(zhì)的外加劑，保證防水效果。

2)本工程外包防水方案采用涂料+卷材的復(fù)合方式，充分利用了涂料類防水材料與基層能有效結(jié)合和卷材類防水材料抗拉強(qiáng)度高、延伸率較大、耐撕裂性和耐磕碰性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，使隧道防水性能達(dá)到一級(jí)。

3)對(duì)變形縫、施工縫、后澆帶、穿墻管、預(yù)埋件、孔口等細(xì)部構(gòu)造進(jìn)行了防水優(yōu)化設(shè)計(jì)，保證整個(gè)隧道防水的整體性。

4)對(duì)隧道排水系統(tǒng)進(jìn)行了優(yōu)化，在保證安全可靠的前提下，選擇最經(jīng)濟(jì)合理的排水方案。