寒区隧道拱墙铺设防水保温层施工方法

李占奎

(中铁隧道集团二处有限公司，河北三河 065201)

0 引言

目前国内外隧道防冻防寒措施包括被动防寒和主动供暖。被动防寒包括隔热法、防排水系统和防寒门，主动供热法包括洞口段供暖和保温水沟加热［1］。国内隧道大多采用被动防寒措施。

国内一般地段隧道采用铺设单层防水板，防水板与初期支护之间安装环向和纵向排水盲管的防排水方法。然而，寒区隧道衬砌背后积水遇冷则冻结，在设置防水层同时，还需要设置保温隔热层，以保证衬砌背后积水不冻结，能够顺利排出洞外［2－5］。国内寒区和高原地区隧道多采用“防水板+保温板+防水板”3层防水保温结构，其中以硬质聚氨酯保温板作为保温隔热层，以EVA防水板作为防水层。该结构最大的施工难点是如何采用无钉法依次铺设固定这3层材料［6－8］。目前国内该类隧道多采用TN－1型聚氨酯黏结剂来实现无钉铺设［9］。本文结合拉法山隧道防水保温层施工实践，详细描述胶结法、吊绳吊挂法、环向钢筋固定法和防水板连接带环向张拉法4种铺设方法，并总结其优缺点。

1 工程概况

拉法山隧道位于吉林省蛟河市庆铃镇北4～5 km处，进口位于新开河屯，出口位于生菜沟北，里程桩号为DK35+965～DK46+000，总长10 035 m，为铁路双线隧道。隧址区年平均气温为4℃，极端最高气温为34.9℃，极端最低气温为－41.8℃，最冷月平均气温为－28.5℃，年平均最大积雪深度为37cm，最大冻结深度为167cm。按铁路气候区划分为寒冷区与严寒区。

2 拉法山隧道防寒保温设计

2.1 防排水设计

为防止洞口浅埋段产生冻胀病害，在隧道距洞口500 m范围内采用径向注浆堵水措施。全隧暗挖段初期支护和二次衬砌间拱墙背后设EVA防水板加土工布，防水板厚1.5mm，土工布400g/m2，其中隧道距洞口500 m范围内铺设双层防水板。

2.2 防寒保温设计

隧道距洞口2 000 m范围内设双侧保温水沟。进口端2 000 m、出口端2 405 m处设置中心深埋水沟(冻结深度以下)。距洞口500 m范围内在2层防水板之间设置5 cm厚硬质聚氨酯保温板。

3 第1层防水板铺设方法

第1层防水板铺设施工工序简单，施工工艺已经非常成熟。主要施工工序为:初期支护基面处理—铺设土工布—铺设防水板。

第1层防水板采用无钉铺设方法，即先采用专用射钉及热熔垫圈将土工布固定在喷射混凝土上，专用热熔垫圈按梅花形布设;然后利用手动电热熔接器加热，使防水板焊接在固定土工布专用的热熔垫圈上。土工布、防水板按照从下向上的顺序铺设，环向铺设时，下部防水板应压住上部防水板，松紧应适度并留有余量，保证土工布、防水板全部面积均能贴到围岩［10］。

4 保温板和第2层防水板铺设方法

双层防水板中间加保温板的施工技术难点是如何在已经铺设好第1层防水板的基础上，再采用无钉铺设法且不能穿透第1层防水板的前提下安装保温板，继而铺设第2层防水板。以下介绍4种安装保温板和铺设第2层防水板方法，各方法均建立在第1层防水板已经铺设好的基础上。

4.1 胶结法

理想的胶结法是在采用无钉法铺设固定好第1层防水板后，把TN－1型聚氨酯黏结剂均匀地涂抹在第1层防水板和保温板表面，晾置片刻，至黏结剂开始凝胶后将保温板贴在第1层防水板表面并人工用力加压密贴，直至达到足够的胶结强度;然后把TN－1型聚氨酯黏结剂均匀地涂抹在保温板的另一面和第2层防水板表面。利用同样的方法将第2层防水板和保温板粘接牢固。

然而，现场施工实践证明隧道拱顶部位的保温板与第1层防水板之间达不到理想的胶结效果，最终导致在未铺设第2层防水板之前保温板就已经脱落。原因是:隧道拱部为弧形且初期支护表面不平整，第1层防水板随拱部弧形铺设后亦不平整，保温板为硬质长方体，表面平整，小范围内不会随拱部弧形发生弯曲。因此，保温板与第1层防水板之间局部不能吻合，不能实现全部密贴，胶结面积不足导致达不到足够的胶结强度，最终使得保温板脱落。

4.2 吊绳吊挂法

双层防水板中间加保温板吊绳吊挂法工艺复杂。在采用无钉法铺设固定好第1层防水板后，在第1层防水板内表面、第2层防水板外表面均预先焊接连接带。连接带利用防水板边角料加工而成，宽约5cm，长约20 cm，连接带两端与防水板表面焊接，中间预留供吊绳穿过的空隙，形成吊环状。吊绳材料为普通塑料带。吊绳吊挂法见图1。

图1 吊绳吊挂法图Fig.1 Hanging method

自隧道一侧边墙底开始施工，保温板安装与第2层防水板铺设同步进行。首先将吊绳与第1层防水板内表面吊环通过系扣连接牢固，从保温板缝隙穿出(或单独在保温板上钻小孔穿出);然后与第2层防水板外表面的吊环通过系扣连接，拉紧吊绳，收紧2层防水板即可将保温板固定在中间位置。

然而，现场施工实践证明由于吊绳与连接带之间的连接系扣属于柔性连接，松弛度比较大，时间稍长系扣就会自然松动，进而导致保温板和第2层防水板下沉，侵占二次衬砌净空。

4.3 环向钢筋固定法

首先在靠近隧道两侧边墙处混凝土底板打设φ20 mm短钢筋，每根短钢筋长约35 cm。短钢筋伸出混凝土面20 cm左右，隧道纵向间距为1 m;然后安装拱墙环向固定钢筋，该部要充分考虑二次衬砌断面尺寸，保证环向固定钢筋安装在保温板与第2层防水板之间设计位置。环向固定钢筋就位后将其与短钢筋焊接牢固。如果二次衬砌为钢筋混凝土结构，直接利用伸出仰拱面的环向预留主筋作为短钢筋与环向固定钢筋焊接牢固即可。准备工作完成后，在侧面将保温板塞进第1层防水板与环向钢筋中间的夹层内。拱墙保温板安装完成后开始铺设第2层防水板。第2层防水板外表面同样焊接连接带，形成吊环状，利用吊绳通过吊环与φ20 mm环向固定钢筋系牢即可。环向钢筋固定法见图2。

4.4 防水板连接带环向张拉连接法

防水板连接带利用防水板剩余边角料加工而成，宽约5 cm，长度根据保温板具体尺寸确定。连接带与防水板属于同一种性质材料，二者可以利用手动电热熔接器加热焊接牢固。连接带不仅可以通过其两端与第1层防水板表面焊接将保温板固定牢固，还可以作为焊接第2层防水板的固定媒介，这是利用防水板连接带的一个显著优点。

图2 环向钢筋固定法图Fig.2 Circumferential re-bar fixing method

铺设保温板时，由隧道两侧边墙开始向拱顶逐块进行。首先，将2条连接带的一端焊接在防水板上表面，保温板就位后，拉紧2条连接带，将连接带的另一端同样分别焊接在防水板表面，这样第1块保温板固定完毕;接着，将固定第2块保温板的连接带焊接在固定第1块保温板的连接带表面。铺设第2层防水板时，直接将防水板与连接带通过热熔焊枪焊接牢固即可。防水板连接带环向张拉法见图3。

5 施工方法综合对比

5.1 方法可行性和施工进度对比

通过施工现场相继使用不同的方法证明:胶结法不可行;吊绳吊挂法虽然可行但是施工时难以控制保温板和第2层防水板的下沉量，而且施工进度缓慢;环向钢筋固定法和防水板连接带环向张拉法可行，能够保证施工进度、有效控制下沉量。

5.2 经济性对比

环向钢筋固定法和防水板连接带环向张拉法均能够满足方法可行性和施工进度的要求，但是使用环向钢筋固定法时需要额外增加环向固定钢筋的费用(见表1)，而使用防水板连接带环向张拉连接法时，仅需要充分利用防水板剩余边角料即可，没有产生额外材料费用。

6 结论与讨论

6.1 防水板连接带连接法优点

1)防水板连接带环向张拉连接法完全实现了防水层和保温层的无钉铺设。

图3 防水板连接带环向张拉法图Fig.3 Connection strip tensioning method

表1 环向钢筋法钢筋用量Table 1 Amount of re-bars used in circumferential re-bar fixing method

2)该方法保证了初期支护、2层防水板、保温板和二次衬砌之间的有效连接，提高了隧道防水保温隔热质量。

3)连接带利用防水板边角料加工而成，充分体现了环保节约的原则。

4)施工时可以自两侧边墙同时向拱部进行，大大加快了施工进度。

6.2 施工经验

1)防水板连接带连接属于柔性连接，保温板和第2层防水板在安装铺设完成后仍然会发生小幅度的下沉，在施工时必须注意将第1层防水板、保温板和第2层防水板之间贴紧，以减小下沉量。

2)硬质聚氨酯保温板具有弹性，在拆除拱墙钢筋临时支撑后，拱部钢筋下沉，两侧钢筋向边墙挤压，将导致拱部二次衬砌钢筋侵入净空，在拱墙设置钢筋地段安装钢筋时必须将拱墙钢筋垫块与第二次防水板之间贴紧。

［1］ 夏才初，张国柱，曹诗定，等.寒区公路隧道防冻保暖技术及其发展趋势［C］//2009年全国公路隧道学术会议论文集.重庆:重庆大学出版社，2009.

［2］ 王明阳.严寒地区隧道防排水与保温防冻技术［J］.隧道建设，2006，26(3):51 － 54.(WANG Mingyang.Waterproofing，drainage，heat preservation and anti-freezing technology of tunnels in frigid area［J］.Tunnel Construction，2006，26(3):51 －54.(in Chinese))

［3］ 齐海锋.严寒地区隧道冻害防治办法［J］.山西建筑，2008(11):315 －316.(QI Haifeng.Measures to prevention frost damage of tunnel in cold region［J］.Shanxi Architecture，2008(11):315－316.(in Chinese))

［4］ 张祉道，王联.高海拔及严寒地区隧道防冻设计探讨［J］.现代隧道技术，2004(3):1 － 6.(ZHANG Zhidao，WANG Lian.Discussion on the design of tunnels in high elevation and bitter cold region［J］.Modern Tunnelling Technology，2004(3):1 －6.(in Chinese))

［5］ 王化平.严寒地区隧道防排水施工技术探讨［J］.内蒙古科技与经济，2009(11):83－86.

［6］ 房建宏.大板山隧道保温措施使用效果的探讨［J］.青海交通科技，2008(2):48 －49.

［7］ 孙继伟，蔡忠泽.隧道无钉铺设复合防水板在宝兰二线的应用［J］.石家庄铁道学院学报:自然科学版，2002(S1):60 －62.(SUN Jiwei，CAI Zhongze.An application of nailless spreading of compound waterproof board to Bao-Lan second line tunnels［J］.Journal of Shijiazhuang Railway Institute:Natural Science，2002(S1):60－62.(in Chinese))

［8］ 司伟锋.隧道防水板无锚钉铺设技术［J］.重庆交通学院学报，2002，21(2):25 －27.(SI Weifeng.The lay technique by non-anchor bar of waterproof plate in tunnels［J］.Journal of Chongqing Jiaotong University，2002，21(2):25 － 27.(in Chinese))

［9］ 王永顺.风火山隧道复合式衬砌防水、隔热保温层的无钉铺设技术［J］.铁道建筑，2003(9):30－32.

［10］ 王青海.客运专线隧道防水板施工控制要点浅析［J］.山西建筑，2010(31):330 －331.(WANG Qinghai.Discussion on the construction control points about waterproof board on the special passenger line tunnel［J］.Shanxi Architecture，2010(31):330 －331.(in Chinese))