7 隧道结构防水施工技术

隧道结构防水施工技术隧道结构的防排水问题的一个基本原则，就是不容许地下水流进隧道内。而应从隧道背后排出，要在衬砌背后设置通畅的排水设施。而隧道内的排水沟等，则是为排出洞内清洗水、雨水等而设置的。不管是排水型的隧道，还是非排水型的隧道，地下结构在任何情况下都要满足结构防水的要求。一般说，在环境没有要求的情况下，在客运专线隧道中都采用排水型的（图1a），只有对环境影响比较显著，或会造成较大范围的水理条件变化的场合，才设计成非排水型（防水型）的隧道（图1b）。非排水型隧道与排水型隧道不同之处，就在于衬砌要承受较大的水压力，隧道衬砌的背后有地下水存在。由于环境要求的提高，非排水型隧道的设计，越来越得到重视，这是时代的要求。a排水型b防水型图1排水型和非排水型（防水型）隧道隧道的防水技术，主要有两大类：一类是提高混凝土自身的防水功能，即混凝土的自防水。另一类是结构的外防水技术，其中包括：背后注浆、防水板及喷膜防水层等。1衬砌自防水施工要点衬砌的自防水包括两个方面，一个是采用防水混凝土；一个是处理好各种施工缝、变形缝等的防水。⑴防水混凝土在地下工程中，一般应采用防水混凝土。防水混凝土的关键是提高混凝土的密实度，同时防止混凝土的开裂，特别是贯通开裂。因此应通过调整配合比，掺加外加剂、掺合料配制而成。一般说防水混凝土的防水性能是按抗渗等级确定的。在一般情况下防水混凝土的抗渗等级不得小于S6。防水混凝土的施工配合比应通过试验确定，抗渗等级应比设计要求提高一级(0.2MPa)。⑵防水混凝土的环境温度，不得高于80℃；处于侵蚀性介质中防水混凝土的耐侵蚀系数，不应小于0.8。⑶防水混凝土结构底板的混凝土垫层，强度等级不应小于C15，厚度不应小于l00mm，在软弱土层中不应小于150mm。⑷防水混凝土结构，应符合下列规定：·结构厚度不应小于250mm；·裂缝宽度不得大于0.2mm，并不得贯通；·迎水面钢筋保护层厚度不应小于50mm。⑸防水混凝土使用的水泥，应符合下列规定：·水泥的强度等级不应低于32.5MPa；·在不受侵蚀性介质和冻融作用时，宜采用普通硅酸盐水泥、硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥，使用矿渣硅酸盐水泥必须掺用高效减水剂；·在受侵蚀性介质作用时，应按介质的性质选用相应的水泥；·在受冻融作用时，应优先选用普通硅酸盐水泥，不宜采用火山灰质硅酸盐水泥和粉煤灰硅酸盐水泥；·不得使用过期或受潮结块的水泥，并不得将不同品种或强变等级的水泥混合使用。⑹防水混凝土所用的砂、石应符合下列规定：·石子最大粒径不宜大于40mm，泵送时其最大粒径应为输送管径的1／4；吸水率不应大于1．5％；不得使用碱活性骨料。其他要求应符合《普通混凝土用碎石或卵石质量标准及检验方法》JGJ53—92)的规定；·砂宜采用中砂，其要求应符合《普通混凝土用砂质量标准又检验方法》(JGJ52—92)的规定。⑺拌制混凝土所用的水，应符合《混凝土拌合用水标准》-IGJ63—89)的规定。⑻放水混凝土可根据工程需要掺入减水剂、膨胀剂、防水剂、密实剂、引气剂、复合型外加剂等外加剂，其品种和掺量应经试验确定。所有外加剂应符合国家或行业标准一等品及以上的质量要求。⑼防水混凝土可掺入一定数量的粉煤灰、磨细矿渣粉、硅粉等。粉煤灰的级别不应低于二级，掺量不宜大于20％；硅粉掺量不应大于3％；其他掺合料的掺量应经过试验确定。⑽防水混凝土可根据工程抗裂需要掺入钢纤维或合成纤维。⑾每立方米防水混凝土中各类材料的总碱量(Na2O当量)不得大于3kg。⑿防水混凝土的配合比．应符合下列规定：·水泥用量不得少于320kg／m3；掺有活性掺合料时，水泥用量不得少于280kg／m3；·砂率宜为35％一40％，泵送时可增至45％；·灰砂比宜为1：1．5～1：2．5；·水灰比不得大于0．55；·普通防水混凝土坍落度不宜大于50mm。防水混凝土采用预拌混凝土时，入泵前坍落度宜控制在120土20mm，入泵前坍落度每小时损失值不应大于30mm，坍落度总损失值不应大于60mm；·掺加引气剂或引气型减水剂时，混凝土含气量应控制在3％～5％；·防水混凝土采用预拌混凝土时，缓凝时间宜为6~8h。防水混凝土配料必须按配合比准确称量。计量允许偏差不应大于下列规定：·水泥、水、外加剂、掺合料为±1％；·砂、石为2％。⒀使用减水剂时，减水剂宜预溶成一定浓度的溶液。⒁防水混凝土拌合物必须采用机械搅拌，搅拌时间不应小于2min。掺外加剂时，应根据外加剂的技术要求确定搅拌时间。防水混凝土拌合物在运输后如出现离析，必须进行二次搅拌。当坍落度损失后不能满足施工要求时，应加入原水灰比的水泥浆或二次掺加减水剂进行搅拌，严禁直接加水。⒂防水混凝土必须采用高频机械振捣密实，振捣时间宜为10～30s，以混凝土泛浆和不冒气泡为准，应避免漏振、欠振和超振。⒃掺加引气剂或引气型减水剂时，应采用高频插入式振捣器振捣。⒄防水混凝土结构内部设置的各种钢筋或绑扎铁丝，不得接触模板。固定模板用的螺栓必须穿过混凝土结构时，可采用工具式螺栓或螺栓加堵头，螺栓上应加焊方形止水环。拆模后应采取加强防水措施，将留下的凹槽封堵密实，并宜在迎水面涂刷防水涂料。⒅防水混凝土的养护是至关重要的。在灌注后如混凝土养护不及时，混凝土内水分将迅速蒸发，使水泥水化不完全。而水分蒸发造成毛细管网相互连通，形成渗水通道；同时混凝土收缩增大，出现龟裂，使混凝土抗渗性急剧下降，甚至完全丧失抗渗能力。如果养护及时，防水混凝土在潮湿环境条件中或水中硬化，能使混凝土内的游离水蒸发缓慢，水泥水化充分，水泥水化生成物堵塞毛细孔隙，因而形成不连通的毛细孔，提高了混凝土的抗渗性。因此，防水混凝土终凝后应立即进行养护，养护时间不得少于14d。⒆防水混凝土的冬期施工，应符合下列规定：·混凝土入模温度不应低于5℃；·宜采用综合蓄热法、蓄热法、暖棚法等养护方法，并应保持混凝土表面湿润，防止混凝土早期脱水；·采用掺化学外加剂方法施工时，应采取保温保湿措施。防水混凝土要起到防水作用，除混凝土本身具有较高的密实性、抗渗性外，还要求混凝土施工后不开裂，特别是不能产生贯通开裂。为了防止或减少混凝土裂缝的产生，在配制混凝土时，加入一定量的钢纤维或合成纤维，可有效地提高混凝土的抗裂性。2施工缝、变形缝的防水施工要点防水混凝土自身的防水性能是比较好的，只要完全按照施工工艺操作，就是可以获得满意的防水混凝土。但如果施工缝、变形缝等防水薄弱环节处理不好，防水混凝土就会失去防水的作用。因此，作好施工缝、变形缝的防水是极为重要的。(1)首先，防水混凝土应连续浇筑，宜少留施工缝。当留设施工缝时，应遵守下列规定：·墙体水平施工缝不应留在剪力与弯矩最大处或底板与侧墙的交接处，应留在高出底板表面不小于300mm的墙体上。拱(板)墙结合的水平施工缝，宜留在拱(板)墙接缝线以下150~300mm处。墙体有预留孔洞时，施工缝距孔洞边缘不应小于300mm。·垂直施工缝应避开地下水和裂隙水较多的地段，并宜与变形缝相结合。施工缝防水的构造形式见图2。图2施工缝的防水基本构造施工缝的施工应符合下列规定：·水平施工缝浇灌混凝土前，应将其表面浮浆和杂物清除，先铺净浆，再铺30~50mm厚的1：1水泥砂浆或涂刷混凝土界面处理剂，并及时浇灌混凝土；·垂直施工缝浇灌混凝土前，应将其表面清理干净，并涂刷水泥净浆或混凝土界面处理剂，并及时浇灌混凝土；·选用的遇水膨胀止水条应具有缓胀性能，其7d的膨胀率不应大于最终膨胀率的60％；·遇水膨胀止水条应牢固地安装在缝表面或预留槽内；·采用中埋式止水带（图2）时,应确保位置准确、固定牢靠。(2)变形缝应满足密封防水、适应变形、施工方便、检修容易等要求。用于伸缩的变形缝宜不设或少设，可根据不同的工程结构类别及工程地质情况采用诱导缝、加强带、后浇带等替代措施。变形缝处混凝土结构的厚度不应小于300mm。用于沉降的变形缝其最大允许沉降差值不应大于30mm。当计算沉降差值大于30mm时，应在设计时采取措施。用于沉降的变形缝的宽度宜为20~30mm，用于伸缩的变形的宽度宜小于此值。变形缝的防水措施可根据工程开挖方法、防水等级等确定，变形缝的几种复合防水构造形式见图3。图3中埋式止水带的应用3防水板施工要点设置防水板是保证隧道防水功能的重要措施。自从在隧道中采用防水板技术以来，隧道的防水功能有所强化，但存在的问题也不少。其中突出地表现在防水板质量上，如破损严重、接头不密实、铺设过紧过松等，极大地影响了防水功能的发挥。许多隧道建成后，漏水现象十分严重。这与防水板施工有密切关系。造成防水板破损的原因是多方面的，归纳起来大致有以下几种情况：·喷混凝土表面或围岩表面显著凹凸不平，防水板铺设过松过紧；·锚杆突出喷混凝土表面，防水板直接与之接触；·灌注混凝土时的摩擦力，使防水板过度绷紧，结合部被拉开；塑料防水板可选用乙烯一醋酸乙烯共聚物(EVA)、乙烯三聚物沥青(ECB)、聚氯乙烯(PVC)、高密度聚乙烯(HDPE)、亨度聚乙烯(LDPE)类或其他性能相近的材料。防水板，因为是商品，其自身的质量是可以得到保证的，因此提高防水板防水能力，关键在施工。3.1背面修整喷射面凸凹显著时，正确地决定板的富余长度是很难的。板的长度不足会产生断裂和分离，abc也有可能卷入混凝土中。同时，板的背后和混凝土间会有空隙，这种空隙是很难用混凝土填充的。富余长度不足的影响在拱顶部特别明显。反之，富余过长，拱顶部因板的挠度也是产生空洞原因之一。衬砌厚度不足，在多数场合是因板的富余长度过度不足造成的。因此，最重要的一点是在张挂防水板前，将凹凸不平的围岩表面用喷混凝土“填平补齐”。其表面平滑的大致标准是30~40cm间的凹陷的深度最好小于5~6cm（图4）,即原则上凹部的图4喷混凝土凹凸表面的修整图5两榀支撑剪的喷混凝土的处理矢跨比要小于1/6。如设置格栅或钢支撑，不要在2榀支撑间留有较大的凹槽（图5a），而应予以喷平（图5b）突出喷混凝土面的锚杆头部，是板破损的重要原因，应加以处理。这个问题常常施工中被忽视。板张挂前，可采取以下方法进行处理。⑴切断处理：这是最简单，采用最多的方法。如图6所示，切断并用砂浆和缓冲材等处理；⑵加设帽盖：用经过加工的帽盖（金属的、树脂的），套在锚杆的头部，如图7、图8所示两种帽盖的安装示例。应该说，这种方法是与锚杆商品化联系在一起的。图6锚杆头部切断处理图7锚杆头部的帽盖图8锚杆头部处理的方法示例有涌水不仅妨碍混凝土灌注，也会造成混凝土品质的下降。因此，在铺设防水板的同时，灌注混凝土前要进行导水等排水处理。其方法有：·变更配比，增加水泥用量和速凝剂；·干喷时，可先喷射干拌合料，而后慢慢增加单位水量，直到用规定的配比喷射。湿喷时用能够获得高粘性的配比，提高粘着性；·对有限的地点的涌水，可采用导水管一边处理一边喷射(图9)；·从岩体节理等的涌水，设排水槽，进行喷射（图10）；·对大面积涌水的场合，可采用铺挂无纺布和导水管等材料，一边导水一边喷射（图11）；·涌水激烈时，用排水管进行喷射（图12）图10排水沟槽方法图11边导水边喷射3.2张挂防水板应在初期支护基本稳定并经验收合格后进行铺设。板的张挂，要考虑基底的状态、板的材质及张挂时的富余等，选择适当的方法。图9板应从喷混凝土面的下方顺次张挂。张挂时，应确保有一定的富余长度。即板的长度应比围岩或喷混凝土的轮廓线长度大10%以上。特别是在表面有凹槽的情况时，张挂不要过紧，如图13所示。应考虑在灌注的混凝土的挤压下，能够与混凝土密贴的可能，而留出富余长度。板的张挂，最好采用合适的作业台架。防水施工，应考虑设计时没有充分掌握的施工地点的条件，慎密地进行。为了充分发挥防水的效果，要对防水板的处理方法和结合方法进行研究，而且要由有足够施工经验的人员操作。图12排水沟槽方法图13过紧的张挂3.3保护防水板免受损伤防水施工后的钢筋组装和灌注混凝土时，要注意不要损伤防水板。(1)施工前应对喷混凝土面的极端的凹凸部分、锚杆的头部及集中涌水地点的导水等进行适当的处理。(2)安装防水板时，应确保与既有防水板