裝配復(fù)合防水板性能研究

肖勇海,李藏哲,趙雅婷

（1.廣鐵集團(tuán)深圳工程建設(shè)指揮部,廣州 深圳 518000; 2.衡水中裕鐵信防水技術(shù)有限公司,河北 衡水 053000）

0 引言

防排水系統(tǒng)及其施工是隧道工程中的重要組成部分，直接影響隧道運(yùn)營安全性。鐵路隧道防水一般采用復(fù)合式襯砌結(jié)構(gòu)，中間夾層設(shè)置防水層。隧道開挖后用噴射混凝土整平圍堰表面，采用錨桿加固，形成初期支護(hù)；然后在初期支護(hù)表面上鋪設(shè)一層土工布或自黏布，采用熱熔墊片或是黏接方式高分子防水卷材，形成隧道防水層。歐洲最早從60 年代起開始采用此種防水結(jié)構(gòu)，在初期支護(hù)和二次襯砌混凝土間鋪設(shè)合成高分子防水板或采用防水板與無紡布（或有紡布）復(fù)合防水形式[1-4]。日本從1975 年開始將歐洲式的全面防水結(jié)構(gòu)引入隧道防水施工中。我國山嶺隧道沿用礦山法和新奧法[5-7]，防水措施為在初期支護(hù)與二襯混凝土間設(shè)置柔性防水材料作為防水層，該柔性材料通常為EVA 或PE 材質(zhì)，具有優(yōu)異的力學(xué)性能、耐老化性能和耐腐蝕性能。

目前我國隧道滲漏水現(xiàn)象嚴(yán)重，分析原因除去防水產(chǎn)品質(zhì)量有待進(jìn)一步優(yōu)化提高外，防水材料施工過程控制也是影響防水效果的重要因素。隧道防水層主要鋪設(shè)方法為熱熔焊接，對工人技術(shù)水平要求較高，焊接時(shí)間和焊接力度極難控制，勞動(dòng)強(qiáng)度大、質(zhì)量可控性差、易出現(xiàn)固定不牢及脫落等問題，由此導(dǎo)致混凝土澆筑過程中防水板脫落切割襯砌，易形成拱頂空洞，同時(shí)熱熔墊片焊接過程中易出現(xiàn)防水板“焊漏”破損情況，降低拱墻結(jié)構(gòu)防水能力[8-10]。

在全面調(diào)研國內(nèi)外防水材料及施工現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，針對存在的問題，采用現(xiàn)場調(diào)研、性能測試及模型試驗(yàn)等研究方法，對隧道防水技術(shù)措施進(jìn)行優(yōu)化，形成裝配式復(fù)合防水板產(chǎn)品及相關(guān)施工工藝。

1 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

基于“樂高積木（LEGO）”原理，裝配式復(fù)合防水板由三層結(jié)構(gòu)組成，由初期支護(hù)向二次襯砌方向依次為：雙向預(yù)裝帶、疊合布、防水板。裝配復(fù)合防水板結(jié)構(gòu)示意圖見圖1。

圖1 裝配復(fù)合防水板結(jié)構(gòu)示意圖

1.1 根據(jù)受力形式，確定雙向預(yù)裝帶結(jié)構(gòu)形式為“Y”形

計(jì)算材料重力與懸掛力之間關(guān)系，得出極限工況位于隧道頂部，懸掛力在拱墻兩側(cè)方向相反且從上到下依次遞減，因此雙向預(yù)裝帶一面設(shè)計(jì)為平面，另外一面設(shè)計(jì)為“Y”形射鉤，每對射鉤上面的朝向方向相反。

預(yù)裝帶在隧道內(nèi)固定需具有方向性，用射釘固定在初襯上，材料需具有一定的拉伸強(qiáng)度、耐撕裂性能；同時(shí)雙向預(yù)裝帶與疊合布需具有一定的黏接性能與剪切強(qiáng)度，滿足施工性能要求。雙向預(yù)裝帶結(jié)構(gòu)示意圖見圖2。

圖2 雙向預(yù)裝帶結(jié)構(gòu)示意圖

1.2 根據(jù)松鋪系數(shù)，確定防水板與疊合布為條式復(fù)合結(jié)構(gòu)

鐵路隧道防水板鋪設(shè)工藝技術(shù)規(guī)定隧道防水板松鋪系數(shù)為1.1～1.3，防水板與疊合布采用條式復(fù)合，鋪設(shè)松緊適度，以確?；炷翝仓蠓浪灞砻媾c初期支護(hù)表面密貼。

1.3 整體結(jié)構(gòu)形式

雙向預(yù)裝帶的“Y”形射鉤與裝配式疊合布起絨面為“子母”鑲嵌式對應(yīng)結(jié)構(gòu)。對齊后施加外力、擠壓到位，兩種材料對應(yīng)“錨固”在一起。將裝配式疊合布和復(fù)合防水板條式復(fù)合在一起，施工時(shí)將雙向預(yù)裝帶和裝配式疊合布輕輕敲擊，兩者通過射鉤和起絨布緊密黏接在一起。施工簡便，勞動(dòng)強(qiáng)度低。

2 黏接性能測試

以表征雙向預(yù)裝帶與疊合布結(jié)合性能的黏接強(qiáng)度、剪切強(qiáng)度、持荷時(shí)間為物理性能指標(biāo)，考察雙向預(yù)裝帶的鉤型、鉤直徑、鉤密度及裝配式疊合布克重對物理性能的影響規(guī)律。

2.1 雙向預(yù)裝帶結(jié)構(gòu)對黏接物理性能影響

雙向預(yù)裝帶的鉤型、鉤直徑、鉤密度對黏接物理性能的影響規(guī)律見表1。

表1 雙向預(yù)裝帶結(jié)構(gòu)對黏接物理性能影響

由表1 可以看出，隨著鉤直徑與鉤密度的增大，預(yù)裝帶與裝配式疊合布的黏接強(qiáng)度與剪切強(qiáng)度明顯增大。相同射出鉤直徑與密度時(shí)，對Y 形的黏接強(qiáng)度與剪切強(qiáng)度大約是單鉤型的1.5 倍。最終確定雙向預(yù)裝帶結(jié)構(gòu)為對Y 形鉤形，射出鉤直徑0.18 mm，鉤密度25 mm（個(gè)/cm2）。

2.2 疊合布克重對黏接物理性能影響

選擇300 g/m2、350 g/m2、400 g/m2的疊合布進(jìn)行試驗(yàn)，對比不同規(guī)格的疊合布與雙向預(yù)裝帶的黏接性能。疊合布克重對黏接物理性能的影響規(guī)律見表2。

表2 疊合布克重對黏接物理性能影響

疊合布克重≥300 g/m2時(shí)物理指標(biāo)滿足標(biāo)準(zhǔn)值，所以疊合布確定為單位面積質(zhì)量≥300 g/m2。

3 施工工藝

裝配式復(fù)合防水板施工工藝如下：

3.1 基層處理

（1）鋪設(shè)裝配復(fù)合防水板前，采取有效的止水措施，保證隧道初期支護(hù)表面沒有明水。

（2）基面應(yīng)平整，噴射混凝土應(yīng)密實(shí)、平整，無裂縫、脫落、漏噴、露筋、空鼓和滲漏水。噴射混凝土表面平整度的允許偏差為30 mm，且矢弦比（D/L）不得大于1/6。D為噴射混凝土相鄰兩凸面間凹進(jìn)去的深度，L為噴射混凝土相鄰兩凸間的距離。

（3）對隧道初期支護(hù)混凝土表面進(jìn)行處理，切除外漏錨桿頭、漏筋等尖銳物，凹凸量不得超過±5cm，確保噴混凝土表面平整，無尖銳棱角。

3.2 裝配式復(fù)合防水板安裝

（1）固定雙向預(yù)裝帶。仰拱及矮邊墻施工時(shí)根據(jù)隧道弧形走勢，用氣排釘固定雙向預(yù)裝帶，每條之間間隔60～70 cm（實(shí)際根據(jù)裝配復(fù)合防水板條式復(fù)合間隙而定）。雙向預(yù)裝帶固定示意圖見圖3。

圖3 固定雙向預(yù)裝帶

（2）施工防水板。用施工車托盤將防水板展開托起后，防水板的黏合部位對準(zhǔn)雙向預(yù)裝帶輕輕敲擊、壓實(shí)。防水板固定示意圖見圖4。

圖4 固定防水板

（3）裝配復(fù)合防水板搭接。焊接裝配復(fù)合防水板（生產(chǎn)時(shí)預(yù)留有焊接邊）時(shí)，搭接縫應(yīng)采用雙焊縫、調(diào)溫、調(diào)速熱楔式功能的自動(dòng)爬行式熱合機(jī)熱熔焊接，細(xì)部處理或修補(bǔ)采用熱風(fēng)焊槍。

開始焊接前，應(yīng)用同產(chǎn)品小塊塑料片試焊，以掌握焊接溫度和焊接速度。

卷材搭接寬度不應(yīng)小于100 mm，每條焊縫的有效寬度不應(yīng)小于10 mm。在焊縫搭接的部位焊縫必須錯(cuò)開，不允許有三層以上的接縫重疊。

4 與國內(nèi)外產(chǎn)品優(yōu)勢對比

裝配復(fù)合防水板與國外隧道防水材料對比見表3。

表3 裝配復(fù)合防水板與國外其他材料對比

通過國內(nèi)、國外對比分析表明，裝配復(fù)合防水板實(shí)現(xiàn)無損鋪掛、降低拱頂空洞率、提高防水效果，提高地下結(jié)構(gòu)運(yùn)營安全性，降低工程維護(hù)成本。

5 結(jié)論

針對傳統(tǒng)防水板施工存在的問題，在現(xiàn)場調(diào)研、性能測試等研究方法基礎(chǔ)上，提出裝配式復(fù)合防水板產(chǎn)品及相關(guān)施工工藝。

（1）基于“樂高積木（LEGO）”原理，裝配式復(fù)合防水板由三層結(jié)構(gòu)組成，由初期支護(hù)向二次襯砌方向依次為：雙向預(yù)裝帶、疊合布、防水板。防水板本體與疊合布提前集成形成復(fù)合防水板，施工時(shí)將復(fù)合防水板與固定在基層的雙向預(yù)裝帶形成“子母”鑲嵌雙向無破損黏接，實(shí)現(xiàn)了無損鋪掛。

（2）以表征雙向預(yù)裝帶與疊合布結(jié)合性能的黏接強(qiáng)度、剪切強(qiáng)度、持荷時(shí)間為物理性能指標(biāo)，確定了雙向預(yù)裝帶結(jié)構(gòu)及裝配式疊合布克重：當(dāng)雙向預(yù)裝帶選用對Y 形鉤形、射出鉤直徑0.18 mm、鉤密度25 mm（個(gè)/ cm2）及疊合布單位面積質(zhì)量≥300 g/m2時(shí)，雙向預(yù)裝帶與疊合布黏接性能可滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。

（3）通過國內(nèi)、國外對比分析表明，裝配復(fù)合防水板實(shí)現(xiàn)無損鋪掛、降低拱頂空洞率、提高防水效果，提高地下結(jié)構(gòu)運(yùn)營安全性，降低工程維護(hù)成本。