1、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2、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。 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S3、6。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)。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。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。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。 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4、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。 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14；吸水率不应大于15；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JGJ 5392)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(JGJ 52925、)的规定。 拌制混凝土所用的水，应符合混凝土拌合用水标准-IGJ 6389)的规定。 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。 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。 防水混凝土可根据工程抗裂需要掺入钢纤维或合成纤维。 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。 防水混凝土的配合比应符合下列规定： 水泥用量不得少于320kgm3；6、掺有活性掺合料时，水泥用量不得少于280kgm3；砂率宜为35一40，泵送时可增至45； 灰砂比宜为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35； 防水混凝土采用预拌混凝土时，缓凝时间宜为68h。 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。 使用减水剂时，减水剂宜预溶成一定浓度的溶液。 防水混凝土7、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。 防水混凝土必须采用高频机械振捣密实，振捣时间宜为1030s，以混凝土泛浆和不冒气泡为准，应避免漏振、欠振和超振。 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。 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，8、将留下的凹槽封堵密实，并宜在迎水面涂刷防水涂料。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。 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9、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10、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150300mm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3050mm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11、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12、宽度宜为2030mm，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。abc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13、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，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一14、。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3040cm 间的凹陷的深度最好小于56cm（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。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；加设帽盖：15、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图 9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16、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。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17、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的接合和与基底的密贴。同时，采用钉子时，应对板的破损部分进行适当的处理。(3)防水板的现场接合，应确实地获得充分的止水性和均匀的接合强度。(4)防水板的作业台架和设备，应根据安全性、施工性等采用合适的机具。(5)衬砌18、作业时，要特别注意不使板发生破损。(6)做好局部处理3.4 防水板安装防水板的安装，通常使用混凝土打钉机进行。防水板有单一的防水板和与背后缓冲材复合的防水板。复合防水板的安装方式有：可先将防水板和背后缓冲材加工好的一体施工方式或者先安装背后缓冲材，再安装防水板的分离施工方式。 一体施工方式 内钉方式是由防水板和缓冲材加工的复合防水板，用混凝土钉把背后缓冲材钉好的方式。内钉方式，因钉没有贯穿防水板，防水效果好，但有喷混凝土面的凹凸难于整平的缺点，因此安装时要注意整平。外钉方式是预先在准备打混凝土钉的地点做好防水处理(钉孔)，而后在该处打入钉子的方式，可以在一边整平一边安装。不管采用那种方式，钉子19、不要突出，要确实地打入。安装的施工实例见图14。 图15图14 防水板安装 铺设防水板前应先铺缓冲层。缓冲层应用暗钉圈固定在基层上，见图15。铺设防水板时，边铺边将其与暗钉圈焊接牢固。两幅防水板的搭接宽度应为100mm，搭接缝应为双焊缝，单条焊缝的有效焊接宽度不应小于10mm，焊接严密，不得焊焦焊穿。环向铺设时，先拱后墙，下部防水板应压住上部防水板。防水板的铺设应超前衬砌混凝土的施工，其距离宜为520m，并设临时挡板，防止机械损伤和电火花灼伤防水板。 衬砌混凝土施工时应符合下列规定： 振捣棒不得直接接触防水板； 浇筑拱顶时应防止防水板绷紧。局部设置防水板防水层时，其两侧应采取封闭措施 分离施工20、方式 一体施工方式是预先加工好复合防水板，其中防水板的伸长，会受到背后缓冲材的制约，易于在防水板背面留有空隙，而先安装背后缓冲材，可有效地解决此问题。 此外，缓冲材和防水板分别安装，与复合防水板相比，质量轻，易于施工。但安装时比较费事。3.5 防水板的结合防水板在隧道横断面方向是沿全长铺设的，但其纵断方向，要根据重量和作业性，采用宽度约l2m的防水板，相临的防水板要在现场结合。最近，为提高防水功能和施工的合理化，开始采用宽度为4m的防水板。 1)结合方法 结合方法有热焊结合和粘着结合两种，但多采用对气温和湿气影响不敏感的、确实性高的焊接结合方法。一般采用能够进行双重焊接的自行式焊接机进行焊接。21、 2)结合形态 结合形态有：重叠结合和折叠结合两种。基底面比较平滑时采用重叠结合，但一般说基底面都是不平整的，因此采用几乎不受平整度影响的折叠结合方式。结合事例见（图16）。图16 防水板结合例3.6 作业台车防水板施工时，般采用专用台车进行防水板的安装和结合作业。防水板的作业台车，要具有不影响洞内其他作业的构造，而且考虑安全、作业性决定构造和尺寸。 防水作业台车也可以在装备提升装置后进行防水板的作业。3.7 防止防水板的损伤防水板在衬砌模板移动和安装时及混凝土灌注时也可能使防水板破损，要加以注意。 1)堵头板施工时的防水板破损 堵头板一般在现场都采用木板加工而成，在与防水板接触时也可能使其破22、损，因此在板之间要配置缓冲垫。 采用气囊式的堵头板，可以较好地解决这个问题。 2)防止灌注时的防水板破损 采用混凝土泵灌注混凝土时，在灌注孔附近涌出的混凝土，直接接触防水板，也可能使防水板破损，要进行必要的防护。 采用捣固器时也要注意防水板的可能破损。 3)防止悬吊夹具固定地点的漏水衬砌采用钢筋加强时，在防水板的内侧配置钢筋，要固定好。一般说，贯穿防水板的钢筋要采用夹具，但也有非贯穿的。施工示例见图17。 图17 吊钢筋夹具地点的施工例3.7 铺设质量检查图18 控制压注的示意防水板铺设质量的检查是非常重要的，不能忽略每一个施工环节。我们常常在这方面注意不够，而导致“劳而无功”、“功亏一篑”。23、为了保证防水板与二次衬砌间不留有空隙，必要时，应进行充填压注（图18）。特别是在拱顶附近。一般压注管在拱顶附近，沿轴向每隔23m设置一个，二次衬砌养生后，开始压注。 施工时，要掌握施工状况，重点检查损伤和不良地点。检查的方法有以下几种： （1）目视检查 根据目视，判定防水板表面有无损伤和焊接不良地点，发现异常时，应进行补修。 （2）压缩空气检查首先封闭检查的接头两端，把检查针插入检查沟，用泵以适当的压力(一般0.8mm厚度的防水板加压到 O.5MPa)压入压缩空气。保持压力稳定2min，压力降低20%以下为合格。插入检查针的地点应进行补修。检查频率，最好在整个焊接地段进行，至少每灌注长度中，检24、查一次以上(图19和图20)。图19 压缩空气检查例 （3）负压检查 检查方法是在检查处涂上能够发泡的检查液，并安装真空半圆盖，用真空泵形成一定的负压(0.8mm厚度的防水板，负压约50mmHg左右)。如果不产生气泡就说明没有漏气。检查频率，原则上，对所有补修地点进行(图21、图22)。防水板安装时，要充分进行涌水时的基底处理。同时灌注混凝土时，不要损伤防水板。防水板的端部处理、与排水设施的接续、模板设置时的堵头板的结合等都要进行适当的处理和确认。图20 防水板结合部检查时压缩空气压力的大致标准图21 负压检查例 图22 防水板检查时的负压值大致标准4 喷膜防水层 目前，地下工程防水工艺多采用25、防水板防水，其材料一般采用高分子防水片材，如各种类型的塑料板、橡胶板和无纺布等。用钉子将防水板或无纺布钉在壁面上，灌注混凝土衬砌而成。该方法施工复杂、效率低，需打眼悬挂，板与板间需热合或冷合，施工精度不高防水板防水还有如下的缺陷： 本身的材质不能和混凝土密贴，难满足堵水的要求，安设时的冲击，背面突起物等易将防水板扎破，导致漏水。 要求防水面平顺整齐，如遇壁面混凝土有较大空洞和凹凸场合，二次衬砌挤压防水板受拉伸，易使防水板断裂破坏 板与板间的接合部，是防水板的薄弱环节，对施工精度要求高，稍有不慎，会导致整个防水体系失效。 因此，各国都在寻求新的防水方法，日本、美国、德国等国家的学者先后提出用喷射成膜法消除防水板的缺点，一种质量均匀、无接头、耐久性优越、施工快速方便、整体性好、药液喷射成膜的方法已经在一些国家研究成功，并付诸实践，取得了成功和不少的宝贵经验。我们在不断完善我国地下工程防水技术的同时，应该把这项技术作为一项重要的内容予以关注。