严寒地区隧道硬质聚氨酯保温水沟施工技术

保国斌

摘要：为了根治严寒地区隧道水沟内水结冰及其引起的冻害问题，本文主要介绍隧道水沟采用硬质聚氨酯保温材料的优点，施工工艺及施工控制要点，为类似工程中推广应用硬质聚氨酯保温水沟技术提供有益借鉴。

关键词：严寒地区 隧道水沟 硬质聚氨酯保温材料 施工工艺

1 工程概况

通灌铁路DT2标段姜家街隧道全长2845m，位于辽宁省桓仁县境内。该地区11月份至次年3月份平均气温为-10℃，最低气温达到-25℃以下。在该严寒地区的冬季，隧道水沟内的水结冰不能排出洞外，使得衬砌背后及道床底部的水进入不了排水沟，从而导致冻害的发生，严重威胁行车安全。为了根治隧道水沟内水结冰及其引起的冻害问题，结合隧道水沟结构设计文件，经反复论证分析，确定采用硬质聚氨酯保温水沟。该保温水沟具有显著的保温效果，可以有效解决隧道水沟冻结等冻害问题。

2 硬质聚氨酯保温材料技术优点

硬质聚氨酯是一种具有保温及防水功能的新型合成高分子材料，以聚酯或聚醚树脂为主要材料与多异氰酸酯在一定比例加入发泡剂、催化剂、泡沫稳定剂等，经混合搅拌相互作用下反应而成。其主要优点有：

2.1 保温性能好

硬质聚氨酯导热系数低，仅为0.018～0.024w/（m·k），相当于聚苯板的一半，是目前建筑保温较好的材料。

2.2 防水、防腐及耐久性能好

聚氨酯吸水率低（≤3%）及抗水蒸气渗透好，能有效地防止水、湿气以及其它多种腐蚀性液体、气体的侵透。

2.3 质量轻，抗压强度高

聚氨酯闭孔率高（≥92%），体积密度小，约为30～60kg/m3，抗压强度>0.2MPa，能承受一定的荷载。

2.4 粘结性强

现场喷涂的聚氨酯粘结能力强，能在混凝土、木材、钢材等多种材料表面粘结牢固，从而使聚氨酯与作用面基层成为一体，不易发生脱层。

2.5 施工简便，质量可靠

现场机械化喷涂作业，成型工艺比较简单，施工速度快，效率高，质量有所保证。

2.6 绿色环保

聚氨酯在喷涂施工及使用中无有害物质的挥发，不对环境造成污染，化学性能稳定，不分解霉变。

3 施工工艺

3.1 施工工艺流程

硬质聚氨酯保温水沟施工工艺流程：水沟电缆槽浇筑成型→水沟底层盖板铺设→保温垫块设置→硬质聚氨酯混合料配置→分层喷涂成型→养护→浇筑硬质聚氨酯保护层砼→顶层盖板铺设→洞外检查井施工→洞外水沟出水口施工。

3.2 施工工艺

3.2.1 施工准备

①检查进场的硬质聚氨酯合格证，确保其各项性能指标符合国家有关材料标准规定。

②根据施工环境的温度及相对湿度，确定好施工参数、原材加温温度等。严寒地区隧道，应确保施工环境和原材料温度为23±2℃、相对湿度为45%～55%的条件下，硬质聚氨酯泡沫成型尺寸稳定性最好，按照配合比对喷涂设备进行调试和试喷。

③施工机具選用：每个班组主要配置高压专用喷枪1台，小型空压机1台，手持式搅拌机1台，物料混合桶若个。

④材料的选用和制备：在组合聚酯或聚醚（俗称A料、白料）、多异氰酸酯（俗称B料、黑料）中，按照厂家提供的产品使用说明书的配合比加入催化剂、匀泡剂和发泡剂，即可制得硬质聚氨酯泡沫。

⑤喷涂前，应检查水沟电缆槽内预留孔及预埋件位置、数量规格等，确保其均符合设计要求。

3.2.2 施工操作

①水沟电缆槽浇筑成型后，铺设水沟双层盖板的底层盖板；电缆槽内电缆铺设后用1：10水泥珍珠岩将电缆槽

填满。

②在水沟两侧竖墙与边墙顶部通长设置陶粒混凝土保温垫块，垫块高度8cm，宽度与墙宽一致。

③现场对水沟保温层、电缆槽顶部及外侧部位满喷硬质聚氨酯。喷涂施工前，为确保硬质聚氨酯的粘结性、保温性、平整性，应清扫喷涂基层，使基层表面无水、无杂物，凹凸不平处应用1：3水泥砂浆进行找平。喷涂硬质聚氨酯泡沫时，应将高压喷枪枪口垂直对准基层面进行喷涂，气压保持在0.6～0.7MPa，且保持喷枪移动速度均匀一致，每次喷涂厚度应控制在25～30mm为宜，最多不得超过50mm。

④电缆槽外侧浇筑厚度为3cm的C20混凝土聚氨酯保护层（内设钢丝网）。模板采用定型钢模板，双排φ48×3.5mm钢管通长连接加固。因浇筑混凝土厚度较薄，振动棒无法插入振捣，混凝土分两层逐层浇筑，采用直径16mm圆钢人工插入振捣密实。

⑤聚氨酯养护24h后即强度达到100%以后，方可铺设水沟电缆槽顶部盖板。

⑥洞外检查井采用双层盖板，盖板间同样以聚氨酯保温层填塞实，并且保证洞外施工排水管管顶至地面距离即埋深不小于最大冻结深度。

⑦洞外保温水沟出水口施工时，位置应选在背风向阳低洼处。出水口堆砌片石，然后在片石覆盖粘土进行夯实，以确保水沟出水口不结冰，不堵塞。

4 施工控制要点

①硬质聚氨酯保温水沟在隧道洞口段加强保温的增设长度应确保隧道水沟冬季不冻结。

②施工期间以及完工后24h内，施工环境及基层温度不应低于5℃，空气相对湿度不宜大于90%。

③喷涂时，喷枪口与基层应保持1m为宜，既确保保温层与基层之间粘结牢固，又不至于使泡沫材料飞散；并且随时检查泡沫质量，发现问题应及时停机查明原因。

④喷涂时，对喷涂边缘部分应采取遮挡措施，避免材料飞散污染环境及浪费。

⑤硬质聚氨酯喷涂完成后不得在其表面上直接进行电焊等热熔作业，避免破坏聚氨酯层。

5 检查验收

硬质聚氨酯保温防水层施工完成以后，对其应做如下检查验收。

①防水性能检查：采用蓄水或雨淋的办法检查其防水效果，不得出现积水或渗漏水现象。

②喷涂厚度检查：采用钢针插入和量测的方法检查厚度。

③表面平整度检查：采用1m直尺和楔形塞尺进行量测，喷涂表面平整度要求≤±5mm。

④其它项目：硬质聚氨酯应与基层粘结牢固，表面不得出现隆起、塌陷、裂缝及结疤等。

6 效益分析

6.1 经济效益

姜家街隧道水沟采用硬质聚氨酯保温材料，现场机械化喷涂作业，成型工艺比较简单，施工速度快，效率高，10名熟练的作业工人1天能够顺利施工完50m隧道双侧保温水沟。与传统的既有工艺水沟采用水泥珍珠岩保温材料相比，硬质聚氨酯材料不但保温效果较好，而且施工综合成本低，节约成本10.66万元。该工艺与既有工艺施工成本对比见表1。

6.2 社会效益

采用硬质聚氨酯保温水沟，成功地解决了严寒地区隧道水沟冬季冻结的施工难题。该工艺施工速度快，缩短了工期，质量有所保证，工程效果好，取得了比较好的社会效益。

7 结束语

姜家街隧道于2012年10月份完成保温水沟施工。经过对2012年和2013年冬季该隧道洞内外及保温层的温度实测，实测结果表明：保温层最低温度可保持在2℃以上，确保水不冻结，验证了严寒地区隧道水沟采用硬质聚氨酯材料的显著保温效果。同时，该保温水沟施工工艺不但满足设计和验标要求，而且具有施工简便、质量可靠、综合成本低等优点，得到了建设单位和相关单位的认可与好评，并在其他标段隧道上推广使用，经济效益和社会效益显著。

参考文献：

[1]《喷涂硬质聚氨酯泡沫塑料》（GB/T 20219-2006）.

[2]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，2004，41（3）：1-6.

[3]陈建勋，朱计华.硬质聚氨酯在寒冷地区隧道冻害防治中的应用[J].长安大学学报·自然科学版，2006，26（5）：67-68.