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1、隧道結構防水施工技術 隧道結構的防排水問題的一個基本原則，就是不容許地下水流進隧道內。而應從隧道背后排出，要在襯砌背后設置通暢的排水設施。而隧道內的排水溝等，則是為排出洞內清洗水、雨水等而設置的。不管是排水型的隧道，還是非排水型的隧道，地下結構在任何情況下都要滿足結構防水的要求。一般說，在環境沒有要求的情況下，在客運專線隧道中都采用排水型的（圖1a），只有對環境影響比較顯著，或會造成較大范圍的水理條件變化的場合，才設計成非排水型（防水型）的隧道（圖1b）。非排水型隧道與排水型隧道不同之處，就在于襯砌要承受較大的水壓力，隧道襯砌的背后有地下水存在。由于環境要求的提高，非排水型隧道的設計，越來越得2、到重視，這是時代的要求。a排水型 b防水型圖1 排水型和非排水型（防水型）隧道隧道的防水技術，主要有兩大類：一類是提高混凝土自身的防水功能，即混凝土的自防水。另一類是結構的外防水技術，其中包括：背后注漿、防水板及噴膜防水層等。1 襯砌自防水施工要點襯砌的自防水包括兩個方面，一個是采用防水混凝土；一個是處理好各種施工縫、變形縫等的防水。 防水混凝土 在地下工程中，一般應采用防水混凝土。防水混凝土的關鍵是提高混凝土的密實度，同時防止混凝土的開裂，特別是貫通開裂。因此應通過調整配合比，摻加外加劑、摻合料配制而成。一般說防水混凝土的防水性能是按抗滲等級確定的。在一般情況下防水混凝土的抗滲等級不得小于S3、6。防水混凝土的施工配合比應通過試驗確定，抗滲等級應比設計要求提高一級(0.2MPa)。防水混凝土的環境溫度，不得高于80；處于侵蝕性介質中防水混凝土的耐侵蝕系數，不應小于0.8。防水混凝土結構底板的混凝土墊層，強度等級不應小于C15，厚度不應小于l00mm，在軟弱土層中不應小于150mm。防水混凝土結構，應符合下列規定： 結構厚度不應小于250mm； 裂縫寬度不得大于0.2mm，并不得貫通； 迎水面鋼筋保護層厚度不應小于50mm。 防水混凝土使用的水泥，應符合下列規定： 水泥的強度等級不應低于32. 5MPa； 在不受侵蝕性介質和凍融作用時，宜采用普通硅酸鹽水泥、硅酸鹽水泥、火山灰質硅酸鹽水4、泥、粉煤灰硅酸鹽水泥、礦渣硅酸鹽水泥，使用礦渣硅酸鹽水泥必須摻用高效減水劑； 在受侵蝕性介質作用時，應按介質的性質選用相應的水泥； 在受凍融作用時，應優先選用普通硅酸鹽水泥，不宜采用火山灰質硅酸鹽水泥和粉煤灰硅酸鹽水泥； 不得使用過期或受潮結塊的水泥，并不得將不同品種或強變等級的水泥混合使用。 防水混凝土所用的砂、石應符合下列規定： 石子最大粒徑不宜大于40mm，泵送時其最大粒徑應為輸送管徑的14；吸水率不應大于15；不得使用堿活性骨料。其他要求應符合普通混凝土用碎石或卵石質量標準及檢驗方法JGJ 5392)的規定； 砂宜采用中砂，其要求應符合普通混凝土用砂質量標準又檢驗方法(JGJ 52925、)的規定。 拌制混凝土所用的水，應符合混凝土拌合用水標準-IGJ 6389)的規定。 放水混凝土可根據工程需要摻入減水劑、膨脹劑、防水劑、密實劑、引氣劑、復合型外加劑等外加劑，其品種和摻量應經試驗確定。所有外加劑應符合國家或行業標準一等品及以上的質量要求。 防水混凝土可摻入一定數量的粉煤灰、磨細礦渣粉、硅粉等。粉煤灰的級別不應低于二級，摻量不宜大于20；硅粉摻量不應大于3；其他摻合料的摻量應經過試驗確定。 防水混凝土可根據工程抗裂需要摻入鋼纖維或合成纖維。 每立方米防水混凝土中各類材料的總堿量(Na2O當量)不得大于3kg。 防水混凝土的配合比應符合下列規定： 水泥用量不得少于320kgm3；6、摻有活性摻合料時，水泥用量不得少于280kgm3；砂率宜為35一40，泵送時可增至45； 灰砂比宜為1：151：25； 水灰比不得大于055； 普通防水混凝土坍落度不宜大于50mm。防水混凝土采用預拌混凝土時，入泵前坍落度宜控制在120土20mm，入泵前坍落度每小時損失值不應大于30mm，坍落度總損失值不應大于60mm； 摻加引氣劑或引氣型減水劑時，混凝土含氣量應控制在35； 防水混凝土采用預拌混凝土時，緩凝時間宜為68h。 防水混凝土配料必須按配合比準確稱量。計量允許偏差不應大于下列規定： 水泥、水、外加劑、摻合料為1； 砂、石為2。 使用減水劑時，減水劑宜預溶成一定濃度的溶液。 防水混凝土7、拌合物必須采用機械攪拌，攪拌時間不應小于2min。摻外加劑時，應根據外加劑的技術要求確定攪拌時間。 防水混凝土拌合物在運輸后如出現離析，必須進行二次攪拌。當坍落度損失后不能滿足施工要求時，應加入原水灰比的水泥漿或二次摻加減水劑進行攪拌，嚴禁直接加水。 防水混凝土必須采用高頻機械振搗密實，振搗時間宜為1030s，以混凝土泛漿和不冒氣泡為準，應避免漏振、欠振和超振。 摻加引氣劑或引氣型減水劑時，應采用高頻插入式振搗器振搗。 防水混凝土結構內部設置的各種鋼筋或綁扎鐵絲，不得接觸模板。固定模板用的螺栓必須穿過混凝土結構時，可采用工具式螺栓或螺栓加堵頭，螺栓上應加焊方形止水環。拆模后應采取加強防水措施，8、將留下的凹槽封堵密實，并宜在迎水面涂刷防水涂料。防水混凝土的養護是至關重要的。在灌注后如混凝土養護不及時，混凝土內水分將迅速蒸發，使水泥水化不完全。而水分蒸發造成毛細管網相互連通，形成滲水通道；同時混凝土收縮增大，出現龜裂，使混凝土抗滲性急劇下降，甚至完全喪失抗滲能力。如果養護及時，防水混凝土在潮濕環境條件中或水中硬化，能使混凝土內的游離水蒸發緩慢，水泥水化充分，水泥水化生成物堵塞毛細孔隙，因而形成不連通的毛細孔，提高了混凝土的抗滲性。因此，防水混凝土終凝后應立即進行養護，養護時間不得少于14d。 防水混凝土的冬期施工，應符合下列規定： 混凝土入模溫度不應低于5； 宜采用綜合蓄熱法、蓄熱法、暖9、棚法等養護方法，并應保持混凝土表面濕潤，防止混凝土早期脫水； 采用摻化學外加劑方法施工時，應采取保溫保濕措施。防水混凝土要起到防水作用，除混凝土本身具有較高的密實性、抗滲性外，還要求混凝土施工后不開裂，特別是不能產生貫通開裂。為了防止或減少混凝土裂縫的產生，在配制混凝土時，加入一定量的鋼纖維或合成纖維，可有效地提高混凝土的抗裂性。2 施工縫、變形縫的防水施工要點防水混凝土自身的防水性能是比較好的，只要完全按照施工工藝操作，就是可以獲得滿意的防水混凝土。但如果施工縫、變形縫等防水薄弱環節處理不好，防水混凝土就會失去防水的作用。因此，作好施工縫、變形縫的防水是極為重要的。 (1)首先，防水混凝土應10、連續澆筑，宜少留施工縫。當留設施工縫時，應遵守下列規定： 墻體水平施工縫不應留在剪力與彎矩最大處或底板與側墻的交接處，應留在高出底板表面不小于300mm的墻體上。拱(板)墻結合的水平施工縫，宜留在拱(板)墻接縫線以下150300mm處。墻體有預留孔洞時，施工縫距孔洞邊緣不應小于300mm。 垂直施工縫應避開地下水和裂隙水較多的地段，并宜與變形縫相結合。 施工縫防水的構造形式見圖2。圖2 施工縫的防水基本構造 施工縫的施工應符合下列規定： 水平施工縫澆灌混凝土前，應將其表面浮漿和雜物清除，先鋪凈漿，再鋪3050mm厚的1：1水泥砂漿或涂刷混凝土界面處理劑，并及時澆灌混凝土； 垂直施工縫澆灌混凝土11、前，應將其表面清理干凈，并涂刷水泥凈漿或混凝土界面處理劑，并及時澆灌混凝土； 選用的遇水膨脹止水條應具有緩脹性能，其7d的膨脹率不應大于最終膨脹率的60； 遇水膨脹止水條應牢固地安裝在縫表面或預留槽內；采用中埋式止水帶（圖2）時,應確保位置準確、固定牢靠。 (2)變形縫應滿足密封防水、適應變形、施工方便、檢修容易等要求。 用于伸縮的變形縫宜不設或少設，可根據不同的工程結構類別及工程地質情況采用誘導縫、加強帶、后澆帶等替代措施。 變形縫處混凝土結構的厚度不應小于300mm。 用于沉降的變形縫其最大允許沉降差值不應大于30mm。當計算沉降差值大于30mm時，應在設計時采取措施。 用于沉降的變形縫的12、寬度宜為2030mm，用于伸縮的變形的寬度宜小于此值。 變形縫的防水措施可根據工程開挖方法、防水等級等確定，變形縫的幾種復合防水構造形式見圖3。abc圖3 中埋式止水帶的應用3 防水板施工要點設置防水板是保證隧道防水功能的重要措施。自從在隧道中采用防水板技術以來，隧道的防水功能有所強化，但存在的問題也不少。其中突出地表現在防水板質量上，如破損嚴重、接頭不密實、鋪設過緊過松等，極大地影響了防水功能的發揮。許多隧道建成后，漏水現象十分嚴重。這與防水板施工有密切關系。造成防水板破損的原因是多方面的，歸納起來大致有以下幾種情況：噴混凝土表面或圍巖表面顯著凹凸不平，防水板鋪設過松過緊；錨桿突出噴混凝土表13、面，防水板直接與之接觸；灌注混凝土時的摩擦力，使防水板過度繃緊，結合部被拉開；塑料防水板可選用乙烯一醋酸乙烯共聚物(EVA)、乙烯三聚物瀝青(ECB)、聚氯乙烯(PVC)、高密度聚乙烯(HDPE)、亨度聚乙烯(LDPE)類或其他性能相近的材料。防水板，因為是商品，其自身的質量是可以得到保證的，因此提高防水板防水能力，關鍵在施工。3.1 背面修整噴射面凸凹顯著時，正確地決定板的富余長度是很難的。板的長度不足會產生斷裂和分離，也有可能卷入混凝土中。同時，板的背后和混凝土間會有空隙，這種空隙是很難用混凝土填充的。富余長度不足的影響在拱頂部特別明顯。反之，富余過長，拱頂部因板的撓度也是產生空洞原因之一14、。襯砌厚度不足，在多數場合是因板的富余長度過度不足造成的。因此，最重要的一點是在張掛防水板前，將凹凸不平的圍巖表面用噴混凝土“填平補齊”。其表面平滑的大致標準是3040cm 間的凹陷的深度最好小于56cm（圖4）,即原則上凹部的圖4 噴混凝土凹凸表面的修整 圖5 兩榀支撐剪的噴混凝土的處理矢跨比要小于1/6。如設置格柵或鋼支撐，不要在2榀支撐間留有較大的凹槽（圖5a），而應予以噴平（圖5b）突出噴混凝土面的錨桿頭部，是板破損的重要原因，應加以處理。這個問題常常施工中被忽視。板張掛前，可采取以下方法進行處理。切斷處理：這是最簡單，采用最多的方法。如圖6所示，切斷并用砂漿和緩沖材等處理；加設帽蓋：15、用經過加工的帽蓋（金屬的、樹脂的），套在錨桿的頭部，如圖7、圖8所示兩種帽蓋的安裝示例。應該說，這種方法是與錨桿商品化聯系在一起的。 圖6 錨桿頭部切斷處理 圖7 錨桿頭部的帽蓋圖8 錨桿頭部處理的方法示例圖 9有涌水不僅妨礙混凝土灌注，也會造成混凝土品質的下降。因此，在鋪設防水板的同時，灌注混凝土前要進行導水等排水處理。其方法有：變更配比，增加水泥用量和速凝劑；干噴時，可先噴射干拌合料，而后慢慢增加單位水量，直到用規定的配比噴射。濕噴時用能夠獲得高粘性的配比，提高粘著性； 對有限的地點的涌水，可采用導水管一邊處理一邊噴射(圖9)； 從巖體節理等的涌水，設排水槽，進行噴射（圖10）；對大面積涌16、水的場合，可采用鋪掛無紡布和導水管等材料，一邊導水一邊噴射（圖11）； 涌水激烈時，用排水管進行噴射（圖12） 圖10排水溝槽方法 圖11邊導水邊噴射 3.2 張掛防水板應在初期支護基本穩定并經驗收合格后進行鋪設。板的張掛，要考慮基底的狀態、板的材質及張掛時的富余等，選擇適當的方法。板應從噴混凝土面的下方順次張掛。張掛時，應確保有一定的富余長度。即板的長度應比圍巖或噴混凝土的輪廓線長度大10%以上。特別是在表面有凹槽的情況時，張掛不要過緊，如圖13所示。應考慮在灌注的混凝土的擠壓下，能夠與混凝土密貼的可能，而留出富余長度。 板的張掛，最好采用合適的作業臺架。 防水施工，應考慮設計時沒有充分掌握17、的施工地點的條件，慎密地進行。為了充分發揮防水的效果，要對防水板的處理方法和結合方法進行研究，而且要由有足夠施工經驗的人員操作。 圖12 排水溝槽方法 圖13 過緊的張掛3.3 保護防水板免受損傷防水施工后的鋼筋組裝和灌注混凝土時，要注意不要損傷防水板。(1)施工前應對噴混凝土面的極端的凹凸部分、錨桿的頭部及集中涌水地點的導水等進行適當的處理。(2)安裝防水板時，應確保與既有防水板的接合和與基底的密貼。同時，采用釘子時，應對板的破損部分進行適當的處理。(3)防水板的現場接合，應確實地獲得充分的止水性和均勻的接合強度。(4)防水板的作業臺架和設備，應根據安全性、施工性等采用合適的機具。(5)襯砌18、作業時，要特別注意不使板發生破損。(6)做好局部處理3.4 防水板安裝防水板的安裝，通常使用混凝土打釘機進行。防水板有單一的防水板和與背后緩沖材復合的防水板。復合防水板的安裝方式有：可先將防水板和背后緩沖材加工好的一體施工方式或者先安裝背后緩沖材，再安裝防水板的分離施工方式。 一體施工方式 內釘方式是由防水板和緩沖材加工的復合防水板，用混凝土釘把背后緩沖材釘好的方式。內釘方式，因釘沒有貫穿防水板，防水效果好，但有噴混凝土面的凹凸難于整平的缺點，因此安裝時要注意整平。外釘方式是預先在準備打混凝土釘的地點做好防水處理(釘孔)，而后在該處打入釘子的方式，可以在一邊整平一邊安裝。不管采用那種方式，釘子19、不要突出，要確實地打入。安裝的施工實例見圖14。 圖15圖14 防水板安裝 鋪設防水板前應先鋪緩沖層。緩沖層應用暗釘圈固定在基層上，見圖15。鋪設防水板時，邊鋪邊將其與暗釘圈焊接牢固。兩幅防水板的搭接寬度應為100mm，搭接縫應為雙焊縫，單條焊縫的有效焊接寬度不應小于10mm，焊接嚴密，不得焊焦焊穿。環向鋪設時，先拱后墻，下部防水板應壓住上部防水板。防水板的鋪設應超前襯砌混凝土的施工，其距離宜為520m，并設臨時擋板，防止機械損傷和電火花灼傷防水板。 襯砌混凝土施工時應符合下列規定： 振搗棒不得直接接觸防水板； 澆筑拱頂時應防止防水板繃緊。局部設置防水板防水層時，其兩側應采取封閉措施 分離施工20、方式 一體施工方式是預先加工好復合防水板，其中防水板的伸長，會受到背后緩沖材的制約，易于在防水板背面留有空隙，而先安裝背后緩沖材，可有效地解決此問題。 此外，緩沖材和防水板分別安裝，與復合防水板相比，質量輕，易于施工。但安裝時比較費事。3.5 防水板的結合防水板在隧道橫斷面方向是沿全長鋪設的，但其縱斷方向，要根據重量和作業性，采用寬度約l2m的防水板，相臨的防水板要在現場結合。最近，為提高防水功能和施工的合理化，開始采用寬度為4m的防水板。 1)結合方法 結合方法有熱焊結合和粘著結合兩種，但多采用對氣溫和濕氣影響不敏感的、確實性高的焊接結合方法。一般采用能夠進行雙重焊接的自行式焊接機進行焊接。21、 2)結合形態 結合形態有：重疊結合和折疊結合兩種。基底面比較平滑時采用重疊結合，但一般說基底面都是不平整的，因此采用幾乎不受平整度影響的折疊結合方式。結合事例見（圖16）。圖16 防水板結合例3.6 作業臺車防水板施工時，般采用專用臺車進行防水板的安裝和結合作業。防水板的作業臺車，要具有不影響洞內其他作業的構造，而且考慮安全、作業性決定構造和尺寸。 防水作業臺車也可以在裝備提升裝置后進行防水板的作業。3.7 防止防水板的損傷防水板在襯砌模板移動和安裝時及混凝土灌注時也可能使防水板破損，要加以注意。 1)堵頭板施工時的防水板破損 堵頭板一般在現場都采用木板加工而成，在與防水板接觸時也可能使其破22、損，因此在板之間要配置緩沖墊。 采用氣囊式的堵頭板，可以較好地解決這個問題。 2)防止灌注時的防水板破損 采用混凝土泵灌注混凝土時，在灌注孔附近涌出的混凝土，直接接觸防水板，也可能使防水板破損，要進行必要的防護。 采用搗固器時也要注意防水板的可能破損。 3)防止懸吊夾具固定地點的漏水襯砌采用鋼筋加強時，在防水板的內側配置鋼筋，要固定好。一般說，貫穿防水板的鋼筋要采用夾具，但也有非貫穿的。施工示例見圖17。 圖17 吊鋼筋夾具地點的施工例3.7 鋪設質量檢查圖18 控制壓注的示意防水板鋪設質量的檢查是非常重要的，不能忽略每一個施工環節。我們常常在這方面注意不夠，而導致“勞而無功”、“功虧一簣”。23、為了保證防水板與二次襯砌間不留有空隙，必要時，應進行充填壓注（圖18）。特別是在拱頂附近。一般壓注管在拱頂附近，沿軸向每隔23m設置一個，二次襯砌養生后，開始壓注。 施工時，要掌握施工狀況，重點檢查損傷和不良地點。檢查的方法有以下幾種： （1）目視檢查 根據目視，判定防水板表面有無損傷和焊接不良地點，發現異常時，應進行補修。 （2）壓縮空氣檢查首先封閉檢查的接頭兩端，把檢查針插入檢查溝，用泵以適當的壓力(一般0.8mm厚度的防水板加壓到 O.5MPa)壓入壓縮空氣。保持壓力穩定2min，壓力降低20%以下為合格。插入檢查針的地點應進行補修。檢查頻率，最好在整個焊接地段進行，至少每灌注長度中，檢24、查一次以上(圖19和圖20)。圖19 壓縮空氣檢查例 （3）負壓檢查 檢查方法是在檢查處涂上能夠發泡的檢查液，并安裝真空半圓蓋，用真空泵形成一定的負壓(0.8mm厚度的防水板，負壓約50mmHg左右)。如果不產生氣泡就說明沒有漏氣。檢查頻率，原則上，對所有補修地點進行(圖21、圖22)。防水板安裝時，要充分進行涌水時的基底處理。同時灌注混凝土時，不要損傷防水板。防水板的端部處理、與排水設施的接續、模板設置時的堵頭板的結合等都要進行適當的處理和確認。圖20 防水板結合部檢查時壓縮空氣壓力的大致標準圖21 負壓檢查例 圖22 防水板檢查時的負壓值大致標準4 噴膜防水層 目前，地下工程防水工藝多采用25、防水板防水，其材料一般采用高分子防水片材，如各種類型的塑料板、橡膠板和無紡布等。用釘子將防水板或無紡布釘在壁面上，灌注混凝土襯砌而成。該方法施工復雜、效率低，需打眼懸掛，板與板間需熱合或冷合，施工精度不高防水板防水還有如下的缺陷： 本身的材質不能和混凝土密貼，難滿足堵水的要求，安設時的沖擊，背面突起物等易將防水板扎破，導致漏水。 要求防水面平順整齊，如遇壁面混凝土有較大空洞和凹凸場合，二次襯砌擠壓防水板受拉伸，易使防水板斷裂破壞 板與板間的接合部，是防水板的薄弱環節，對施工精度要求高，稍有不慎，會導致整個防水體系失效。 因此，各國都在尋求新的防水方法，日本、美國、德國等國家的學者先后提出用噴射成膜法消除防水板的缺點，一種質量均勻、無接頭、耐久性優越、施工快速方便、整體性好、藥液噴射成膜的方法已經在一些國家研究成功，并付諸實踐，取得了成功和不少的寶貴經驗。我們在不斷完善我國地下工程防水技術的同時，應該把這項技術作為一項重要的內容予以關注。