[建筑工程施工管理]隧道结构防水施工技术.doc

（建筑工程管理）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壹个基本原则，就是不容许地下水流进隧道内。而应从隧道背后排出，要于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，仍是非排水型的隧道，地下结构于任何情况下均要满足结构防水的要求。壹般说，于环境没有要求的情况下，于客运专线隧道中均采用排水型的（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）。非排水型隧道和排水型隧道不同之处，就于于衬砌要承受较大的水压力，隧道衬砌的背后有地下水存于。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，主要有俩大类：壹类是提高混凝土自身的防水功能，即混凝土的自防水。另壹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俩个方面，壹个是采用防水混凝土；壹个是处理好各种施工缝、变形缝等的防水。防水混凝土于地下工程中，壹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。壹般说防水混凝土的防水性能是按抗渗等级确定的。于壹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壹级(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，于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，且不得贯通；·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；·于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；·于受侵蚀性介质作用时，应按介质的性质选用相应的水泥；·于受冻融作用时，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，且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JGJ5392)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(JGJ5292)的规定。拌制混凝土所用的水，应符合混凝土拌合用水标准-IGJ6389)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壹等品及之上的质量要求。防水混凝土可掺入壹定数量的粉煤灰、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；掺有活性掺合料时，水泥用量不得少于280kgm3；·砂率宜为35壹40，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于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于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，减水剂宜预溶成壹定浓度的溶液。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。防水混凝土拌合物于运输后如出现离析，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，将留下的凹槽封堵密实，且宜于迎水面涂刷防水涂料。防水混凝土的养护是至关重要的。于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，防水混凝土于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、暖棚法等养护方法，且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，仍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，于配制混凝土时，加入壹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，就是能够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于剪力和弯矩最大处或底板和侧墙的交接处，应留于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，宜留于拱(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，且宜和变形缝相结合。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，且及时浇灌混凝土；·垂直施工缝浇灌混凝土前，应将其表面清理干净，且涂刷水泥净浆或混凝土界面处理剂，且及时浇灌混凝土；·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于缝表面或预留槽内；·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，应于设计时采取措施。用于沉降的变形缝的宽度宜为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。自从于隧道中采用防水板技术以来，隧道的防水功能有所强化，但存于的问题也不少。其中突出地表当下防水板质量上，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。这和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，防水板直接和之接触；·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壹醋酸乙烯共聚物(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，其自身的质量是能够得到保证的，因此提高防水板防水能力，关键于施工。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于拱顶部特别明显。反之，富余过长，拱顶部因板的挠度也是产生空洞原因之壹。衬砌厚度不足，于多数场合是因板的富余长度过度不足造成的。因此，最重要的壹点是于张挂防水板前，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5俩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，不要于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，切断且用砂浆和缓冲材等处理；加设帽盖：用经过加工的帽盖（金属的、树脂的），套于锚杆的头部，如图7、图8所示俩种帽盖的安装示例。应该说，这种方法是和锚杆商品化联系于壹起的。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，于铺设防水板的同时，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，可采用导水管壹边处理壹边喷射(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，壹边导水壹边喷射（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张挂防水板应于初期支护基本稳定且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，应确保有壹定的富余长度。即板的长度应比围岩或喷混凝土的轮廓线长度大10%之上。特别是于表面有凹槽的情况时，张挂不要过紧，如图13所示。应考虑于灌注的混凝土的挤压下，能够和混凝土密贴的可能，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，应确保和既有防水板的接合和和基底的密贴。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。防水板有单壹的防水板和和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壹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。壹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。外钉方式是预先于准备打混凝土钉的地点做好防水处理(钉孔)，而后于该处打入钉子的方式，能够于壹边整平壹边安装。不管采用那种方式，钉子不要突出，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于基层上，见图15。铺设防水板时，边铺边将其和暗钉圈焊接牢固。俩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，且设临时挡板，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，其俩侧应采取封闭措施分离施工方式壹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，易于于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，和复合防水板相比，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于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，相临的防水板要于现场结合。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俩种，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。壹般采用能够进行双重焊接的自行式焊接机进行焊接。2)结合形态结合形态有：重叠结合和折叠结合俩种。基底面比较平滑时采用重叠结合，但壹般说基底面均是不平整的，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。防水作业台车也能够于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于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壹般于现场均采用木板加工而成，于和防水板接触时也可能使其破损，因此于板之间要配置缓冲垫。采用气囊式的堵头板，能够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，于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，于防水板的内侧配置钢筋，要固定好。壹般说，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铺设质量检查防水板铺设质量的检查是非常重要的，不能忽略每壹个施工环节。我们常常于这方面注意不够，而导致“劳而无功”、“功亏壹篑”。为了保证防水板和二次衬砌间不留有空隙，必要时，应进行充填压注（图18）。特别是于拱顶附近。壹般压注管于拱顶附近，沿轴向每隔23m设置壹个，二次衬砌养生后，开始压注。施工时，要掌握施工情况，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俩端，把检查针插入检查沟，用泵以适当的压力(壹般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，最好于整个焊接地段进行，至少每灌注长度中，检查壹次之上(图19和图20)。图19压缩空气检查例（3）负压检查检查方法是于检查处涂上能够发泡的检查液，且安装真空半圆盖，用真空泵形成壹定的负压(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、和排水设施的接续、模板设置时的堵头板的结合等均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防水板防水，其材料壹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于壁面上，灌注混凝土衬砌而成。该方法施工复杂、效率低，需打眼悬挂，板和板间需热合或冷合，施工精度不高防水板防水仍有如下的缺陷：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和板间的接合部，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，各国均于寻求新的防水方法，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，壹种质量均匀、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于壹些国家研究成功，且付诸实践，取得了成功和不少的宝贵经验。我们于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壹项重要的内容予以关注。