淺埋暗挖隧道防水施工方法及技術措施

苗琳琳

中鐵六局集團北京鐵路建設有限公司 北京市 100036

摘要：南水北調中線總干渠與石太鐵路引入線交叉工程隧道結構主要位于黃土狀壤土中，中間夾有2米的礫砂層。本隧道地層富含地下水，且補給來源充足。結構底板位于水位以下，結構防水要求高，防水施工至關重要。本文主要從主體結構防水、防水板施工、特殊部位防水以及防水涂層等方面，論述淺埋暗挖隧道防水施工方法及技術措施。通過采取可靠的設計、施工措施做到施工期間不對路基產生影響，通水期間不外漏，避免軟化路基，達到防水可靠、經濟合理的目的。

關鍵詞：結構防水；防水板；施工縫；變形縫；防水涂層

一、前言

隨著我國基礎設施大規模建設浪潮的興起，各種公路、鐵路隧道工程越來越多。而隧道工程又不可避免地要經過含水量較高的地層，所以必將受到地下水的有害作用。如果沒有可靠的防水措施，地下水就會侵人隧道，影響其內部結構，乃至危害到隧道的運營和降低隧道使用壽命。所以隧道工程的防水施工就顯得至關重要。

二、工程概況

2.1 工程簡介

南水北調中線總干渠與石太鐵路引入線交叉工程位于河北省石家莊市西郊的石橋村西側約0.5公里處，地形比較平坦，距國道約10KM，交通便利。暗渠與石太鐵路引入線交叉點鐵路里程為k14+824.5，與西環下行線交叉點里程為K22+840，石太引入線上下行線間距約為7.45m，石太引入線上行線與西環下行線線間距約為11.44m，石太鐵路引入線為雙線電化鐵路，改京廣貨左線為電化普速貨運鐵路，隸屬北京鐵路局管理，列車最大行車速度不大于120KM/h。

設計范圍渠道起訖樁號230+477～樁號230+649，全長172米，均位于直線上。其中進出口U型擋墻各5米，渠道下穿石太鐵路引入線采用小凈距三孔明、暗挖隧道形式通過，單孔暗挖134米，明挖結構28米，暗渠兩孔間凈土柱8.7米，每孔斷面為馬蹄形帶仰拱形式，每孔內凈最大跨度9.1米，凈高8.5米。隧道埋深6.1米。

2.2 地質水文情況

隧道結構主要位于黃土狀壤土中，中間夾有2米的礫砂層。持力層位于粘土層上。黃土狀壤土承載力標準值fk =150kpa，自穩能力一般，礫砂承載力標準值fk =150kpa，自穩能力較差，粘土承載力標準值fk =200kpa，自穩能力較好。屬于Ⅴ級圍巖，地層巖性分布較均勻、土體整體穩定性較好。地下水主要為賦存予黃土狀壤土下部及賦存予礫石中的承壓力，主要受大氣降水補給，地下水埋深18.7～19.05m，屬于中性水（或淡水），對圬工無侵蝕性，經過基坑開挖發現實際地下水位標高在71.69m左右，而隧道開挖面底的標高為69.52m，兩者相差2.17m。

圖1 地質剖面圖

三、隧道防水施工方法及技術措施

3.1 防水施工原則

本隧道地層富含地下水，且補給來源充足。結構底板位于水位以下，結構防水要求高，防水施工至關重要。隧道防排水遵循“防、截、堵，因地制宜，綜合治理”的原則，本采取可靠的設計、施工措施做到施工期間不對路基產生影響，通水期間不外漏，避免軟化路基，達到防水可靠、經濟合理的目的。確立鋼筋混凝土結構自防水體系，以變形縫施工縫等接縫防水為重點，輔以柔性外包防水層加強防水。

3.2 結構防水體系、技術要求及施工控制點

1、結構防水體系

隧道結構采用的均是防、堵、排相結合的防水體系，采用多層防水技術，確保不外漏，避免軟化路基，其防水體系如圖所示。

圖1 防水體系示意圖

2、技術要點

（1）隧道結構全部采用防水混凝土進行結構自防水，二襯防水混凝土的抗滲不得小于P10，三襯防水混凝土根據水利標準采用W6防水等級。

（2）防水混凝土結構的厚度不得小于25cm；裂縫寬度不得大于0.2ram，并且不得出現貫通裂縫。

（3）防水混凝土結構迎水面鋼筋保護層的厚度不應小于50mm。

（4）結構自防水混凝土在施工過程中，要求采取切實有效的防裂、抗裂措施，并保證混凝土良好的密實性、整體性，減少結構裂縫的產生，提高結構自防水能力。

3、施工控制點

（1）混凝土結構自身的防水；

（2）防水層防水；

（3）施工縫防水；

（4）變形縫防水；

3.3 隧道主體結構防水

南水北調中線總干渠屬供水工程，隧道防水工程尤為重要，因此隧道主體結構采用復合式襯砌結構，從外到內共設置5道防線。第一道防線初支結構與二襯間2.0mm厚EVA塑料防水板+400g/m2無紡布，第二道防線為700mm厚二襯襯砌結構自防水，第三道防線為2.0mm厚ECB塑料防水板，第四道防線為300mm厚過水襯砌結構自防水，第五道防線為2mm厚格永得R900R防水涂料。隧道防水如圖所示。

圖2 隧道結構防水結構圖

3.4 隧道防水板施工

1、隧道防水板施工流程

主體工程采用復合式襯砌，采用EVA塑料防水板+ECB塑料防水板雙層防水，鋪設方法及工藝相同。防水施工工藝流程見圖：

圖3 防水板施工工藝流程圖

2、隧道防水板施工技術要求

1）防水板施工準備

①防水板應在初期支護結構趨于基本穩定，隱檢合格后方可進行鋪貼。

②鋪設防水板的基面應無明水流，否則應進行初支背后的注漿或表面剛性封堵處理，待基面上無明水流后才能進行下道工序。

③鋪設防水板的基面應平整，鋪設防水板前應對基面進行找平處理，處理方法可采用噴射混凝土或1：2.5水泥砂漿抹面的方法，一般宜采用水泥砂漿抹面的處理方法。處理后的基面應滿足如下條件：

D/L≤1/10，其中D：相鄰兩凸面間凹進去的最大深度；L：相鄰兩凸面間的最短距離。

④基面上不得有尖銳的毛刺部位，特別時噴射混凝土表面經常出現較大的尖銳石子等硬物，應鑿除干凈或用1：2.5的水泥砂漿覆蓋處理，避免澆筑混凝土時刺破防水板。

⑤基面上不得有鐵管鋼筋鐵絲等凸出物存在，否則應從根部割除，并在割除部位用水泥砂漿覆蓋處理。

⑥變形縫兩側各500mm范圍內的基面應全部采用1：2.5水泥砂漿找平。

⑦防水板基層面陰、陽角處應作成100mm圓弧或50×50mm鈍角。

⑧當仰拱初襯表面水量較大時，為避免積水將鋪設完成的防水板浮起，宜在仰拱初襯表面設置臨時排水溝。

⑨防水基面檢查：用2m的直尺緊貼墊層，直尺與基層面的空隙不應超過5mm，且每米長度內不得超過一處，空隙允許有平滑過渡。

2）鋪設緩沖層

①鋪設防水板前應先鋪設緩沖層，在噴混凝土隧道的拱頂正確標出縱向中線，再使土工布的橫向中心線與噴混凝土這一標志相重合，從拱頂向兩側邊墻鋪設，用膨脹螺栓、鐵墊片和與防水板相配套的塑料圓墊片將緩沖層固定在基面上，固定時釘頭不得凸處墊片平面。固定點之間呈正梅花型布設，側墻上的固定間距為80～100cm，頂拱上的固定間距為50～80cm；仰拱上的防水板固定間距為1.0～1.5m，仰拱與側墻連接部位的固定間距應適當加密至50cm左右。所有塑料墊片均應選擇基層凹坑部位固定，避免固定防水板時局部過緊。

圖4 緩沖層鋪設示意圖

②緩沖層采用搭接法連接，搭接寬度50mm，搭接縫可采用點粘法進行焊接或用塑料墊片固定。緩沖層鋪設時應與基面密貼，不得拉得過緊或出現過大的皺褶，以免影響防水板的鋪設。

3）防水板的鋪設

緩沖層鋪設完畢后進行鋪設防水板，采用無釘鋪設工藝，在隧道的拱頂部緩沖層上正確標出隧道縱向中心線，再使防水板的橫向中心線與這一標志相重合，將頂部與熱塑料墊圈用電熱壓焊器熱熔焊接，使防水板與熱塑性墊圈融化粘接為一體，與緩沖層一樣從拱頂開始向兩側墻鋪設，邊鋪邊焊。

①鋪設防水板時，防水板的鋪設方向以盡可能少地出現手工焊縫為主，并不得出現十字焊縫（即不得出現四層材料搭接部位），頂防水板宜采用沿隧道縱向鋪設的方法，搭接方向應順縱坡方向，不得倒坡搭接。

圖5 防水板鋪設示意圖

②防水板采用熱風焊槍手工焊接在塑料圓墊片上，焊接應牢固可靠，避免澆筑和振搗混凝土時防水板脫落，焊接時嚴禁焊穿防水板。

③防水板固定時應注意不得拉得過緊或出現大的鼓包，鋪設好的防水板應與基面凸凹起伏一致，保持自然、平整、伏貼，以免影響二襯灌注混凝土的尺寸或使防水板脫離圓墊片。

④防水板接頭處應擦干凈后用雙焊縫爬焊機焊接，兩單條焊縫的有效焊接寬度不小于15mm，兩幅防水板的搭接寬度不少于150mm，允許偏差-10mm。焊縫應均勻連續，不得有假縫、漏焊、焊焦、焊穿等現象。

圖6 防水板焊縫示意圖

⑤防水板鋪設完畢后，應對其表面進行全面的檢查，發現破損部位及時進行補焊，補丁應剪成圓角，不得有三角形或四邊形等尖角存在，補丁邊緣距破損邊緣的距離不得小于7cm；補丁應滿焊，不得有翹邊、空鼓部位。

⑥分段鋪設的防水板的邊緣部位應預留至少60cm的搭接余量，也可將甩槎卷起后固定，并注意后期的保護；甩槎過短會導致后期接槎無法操作。

⑦防水板搭接縫應與二次襯砌環向接縫、施工縫等防水薄弱環節錯開1～2m。

⑧對防水層進行驗收合格后，才能進行下道工序的施工。

4）防水板的檢查

①固定點間距

固定點間距應符合設計要求。固定點之間呈梅花形布設，間距為：拱頂500～800mm；邊墻800～1000mm；仰拱1000～1500mm。

②與基面密貼

在拱部用手托舉起塑料板，各處均應與基面密貼，不密貼處小于10%。

③焊接質量

防水板焊縫寬度≮15mm，搭接寬度≮150mm，焊接應平順、無波紋、無焊焦、燒糊或夾層。

進行充氣檢查時，充氣壓力為0.12～0.15Mpa，穩定時間≮5min，允許壓力下降20%，否則應進行補焊，直到達到要求為止。

3.5 隧道特殊部位防水

本工程特殊部位主要是指施工縫和變形縫，其中施工縫分為環向施工縫與縱向施工縫，按照設計要求，環向施工縫設置中埋式止水帶和背貼止水帶形成復合防水構造；縱向施工縫采用鋼邊止水帶和背貼止水帶；變形縫防水采用中埋止水帶、填縫材料及背貼止水帶構成復合防水構造。

圖7 環向施工縫復合防水圖 圖8 縱向施工縫復合防水圖

1、背貼止水帶

變形縫部位二襯結構外側橡膠背貼式止水帶，止水帶寬度400mm。止水帶的接頭可采用現場熱硫化對接焊接，采用直角對接或45°斜角對接均可，要求應對齊，接口打磨平整，對接牢固、嚴密、可靠、不透水；止水帶采用現場搭接焊接，搭接長度不得小于10cm，搭接部位應滿焊（包括齒條搭接部位）；當無條件時，可采用未硫化的丁基橡膠膩子片粘貼搭接。接頭兩側止水帶的縱向中心線應與接縫對齊，誤差不得大于30mm。

止水帶安裝完畢后，不得出現翹邊、過大的空鼓等部位，以免灌注混凝土時止水帶出現過大的扭曲、移位。在轉角部位的止水帶齒條容易出現倒伏，應采用轉角預制件或采取其它防止齒條倒伏的措施。止水帶表面嚴禁施做混凝土保護層，應確保止水帶齒條與結構現澆混凝土咬合密實；澆筑混凝土時，平面設置的止水帶表面不得有泥污、堆積雜物等，否則必須清理干凈，以免影響止水帶與現澆混凝土咬合的密實性。

圖9 變形縫復合防水圖

2、鋼邊止水帶與中埋式止水帶

為保證暗挖隧道主體襯砌頂板、側墻及底板變形縫和施工縫的防水效果，除在襯砌結構外側設置外貼式止水帶外，還要在結構中間設置鋼邊橡膠止水帶或中埋式止水帶。止水帶寬度為400mm，在埋設位置應準確，其中心位置應與施工縫的中心線重合；止水帶宜采用專用鋼筋套或扁鋼固定，采用扁鋼固定時止水帶端部應先用扁鋼夾緊，并將扁鋼與結構內鋼筋焊牢，固定扁鋼用的螺栓間距宜為500mm。襯砌結構混凝土澆筑時應避免碰觸止水帶。

3.6 防水涂層

為了避免隧道通水后發生外漏導致路基軟化，影響鐵路安全，隧道主體結構設置2層塑料防水板，但為保證隧道不滲不漏，仍需采取一些必要措施，為此，在隧道過水襯砌施工完成后在結構表面涂刷一層防水涂料，鑒于南水北調工程對的水質要求，所以采用符合綠色環保要求的格永得R900R防水涂料。

1、防水涂料特點

①在水平和垂直面上可用滾筒進行施工，提高施工速度。

②能使用于迎水面或背水面。

③易于涂抹，可通過攪拌快速混合。

④優異的低吸水性，以及良好的憎水性。

⑤與混凝土、石材和抹灰的基層粘結力強。

2、施工流程

①基層處理

用砂漿填平所有的孔洞，接縫處應平整。

用鋼絲刷等處理基層，除去所有瀝青、油、油脂、灰塵、浮漿以及其他表面污染物。切除表面突出物。

施工前用凈水清洗基層數次，使得基材表面水飽和，確保表面應濕潤，無積水。

②攪拌

每整包25公斤粉料，根據現場條件和施工方式，可加水7.00–8.50升。先將正確用水量的75%加到干凈的混合容器中，緩慢添加格永得R900R粉 料，用攪拌器慢速攪拌，轉速為500-600rpm，攪動3-5分鐘，至形成均勻漿料，無任何結塊。

將掛壁的粉料刮入桶中，然后加入剩余的水，攪拌均勻。按照所給比例混合。不得向漿料中添加多余的水、水泥、沙子或其他添加物。

③施工

使用刷子、抹刀，或輥刷涂覆2層。每遍刮涂的推進方向應與前一遍相互垂直、交叉進行。涂覆第二層時，應避免破壞第一層。

四、結束語

本工程防水工程多道防水技術綜合運用，同時嚴格控制襯砌混凝土施工質量，充分發揮襯砌自防水作用，同時輔助采用防水板、注漿、防水涂料等多種措施，極好的保證了輸水隧道不發生“外滲、外漏”等現象，保證了路基穩定安全。類似工程施工過程中要注意以下幾點：

1、本工程屬供水工程，防水質量要求非常高，結構防水體系特別是防水薄弱環節（如施工縫、變形縫等）防水的施作是確保工程質量的關鍵。

2、鋼筋混凝土結構自防水為根本，采用高性混凝土，施工縫、變形縫等為重點，以結構混凝土及柔性全包防水層施工工藝為關鍵。

3、加強防水材料的管理，嚴格進貨渠道，確保材料質量滿足設計要求。

4、為減少二襯鋼筋施工時對防水層的損傷，二襯的鋼筋進洞前鋼筋頭均戴上防護套，并使用機械連接（冷接壓）方式，減少洞內火工，在必須使用電焊時，在電焊及防水層之間墊上移動式防護板。

5、嚴格把控隧道初期支護基面平整度、防水板焊縫搭接寬度、焊接質量等工序，確保防水施工質量。

6、防水板焊接完成后一定要進行充氣試驗檢測氣密性，確保接縫焊接質量，同時采用與防水板同材質的背貼止水帶時，也必須要對止水帶與防水板的焊縫進行氣密性檢測，確保構造縫的防水效果。

參考文獻：

[1] 南水北調中線總干渠與石太鐵路引入線交叉工程設計圖紙及相關方案。

[2] 《淺談地鐵隧道防水施工過程中的控制方法》，韓東朝、韓晨光編著，現代企業文化 2010年20期（總第168期）