地铁区间隧道初衬全封闭防水施工控制技术策略探讨

曾昭富

中建海峡建设发展有限公司，福建福州 350015

在地铁区间隧道施工中，很可能会出现防水线施工缺陷，一方面是因为防水材料本身的问题，另一方面是因为在防水施工中防水施工工艺的不足，最终会影响防水施工的质量。为了能够提高隧道区间防水线施工的效果，施工方应合理选择防水层材料，加强防水层结构方面的设计，加强对防水施工工艺的控制，要求施工人员严格按照施工规范开展施工。

1 初衬防水机理和防水层结构设计

1.1 初衬防水机理

地铁隧道在开挖之后会形成网喷混凝土初期支护，围岩和初期支护是第一道防水线，然后在该道防线稳固之后再进行防水层的铺设，最后再浇筑二次衬砌防水混凝土。在第一道防水线施工中主要是初期支护喷射混凝土的施工，在稳固之后铺设防水层以达到全封闭效果，然后在二次初砌防水施工中，为防止防水混凝土发生收缩变形，使得初期支护混凝土表面变得粗糙，也是为了避免二次初砌产生裂缝。应尽量消除初期支护中喷射混凝土产生的约束力，只有这样二次初砌产生的拉应力才会低于混凝土的抗压强度。根据初衬防水机理，一般选择的防水层是不透水的，且表面光滑，尽量选择塑料片材，并将初期支护和二次初砌中的混凝土分离开来，可以有效达到防水作用，并且可以降低二次初砌裂缝产生的概率。

1.2 防水层的结构设计

一般大城市地铁隧道埋设在地下，由于水流无法自行排出，所以需要采用全封闭的防水结构。防水层结构设计有两种，一种是在初期支护喷射混凝土上直接铺设单层防水板；另一种是先铺设缓冲层，在消除初期支护喷射混凝土表面凹槽等之后再在上面铺设防水板，一般适用于对于防水要求较高的隧道区间。

2 防水层和缓冲层材料的选择

防水层材料中应用最多的是EVA膜，其性能要优于其他材料。但是从性价比上来看，LDPE膜价格最低，而且技术性能也较好。所以在满足防水要求的基础上，一般在地铁隧道区间防水施工中可以采用EVA膜和LDPE膜，既能保证防水的可靠性，又能便于施工，还能降低施工成本。可以使用的缓冲层材料主要有无纺布和聚乙烯泡沫塑料衬垫两种，相对来说，后者具有良好的弹性和物理力学性能，而且价格较低，便于施工铺设，所以在隧道区间初衬防水施工中一般会选择聚乙烯泡沫塑料衬垫作为缓冲层的施工材料。

3 工程概述

某隧道所经过的底层是冲洪积黏土层，残积土质砂岩，属于II-III类围岩，A段隧道涌水量为300m3/d，B段隧道涌水量为426m3/d。基岩裂缝的赋存和运动条件的变化很大，地层含水量和渗透性的变化也比较大。初衬防水工作是该地铁隧道施工中重点需要解决的问题。

4 隧道初衬全封闭防水施工工艺要点

4.1 喷射混凝土防水施工

4.1.1 材料控制

在进行喷射混凝土防水施工中，主要使用的材料有水泥、米粒、砂、水和石，为了保证喷射混凝土施工的质量，必须要严格控制这些材料的规格和性能。比如石子的最大粒径应该在15mm范围之内，砂石要符合砂石级配表的要求，选择最佳级配。

4.1.2 合理采用外加剂

为增强所喷射混凝土结构的强度，同时提高施工的防水性效果，需要添加一定的外加剂。如可以在材料中添加以矾为主要材料的782型速凝剂，按照5%左右的比例加入可以有效提高喷射混凝土的早期强度。此外，由于喷射混凝土结构中存在较多缝隙，水泥在硬化的过程中可能会发生变形和收缩等现象，在此过程中产生的水蒸汽使得混凝土结构裂缝增多扩大，所以在材料中还可以添加相应的防水剂，从而增强混凝土结构的强度，减少收缩变形和内部结构的分析，同时使得混凝土自身具有一定的防水能力。

4.1.3 合理处理受喷面

在对喷射混凝土受喷面进行处理时主要是防止受喷面出现地税、渗水和涌水等情况，所以第一步就是要采取治水措施。一般在岩壁集中出水的地方先预埋导水管，在初衬达到一定强度，地下水重新分布之后再使用注浆堵漏的方式来治水。两种方式相结合在确保混凝土表面没有水分之后再开展作业。同时，还要使用高压水去除受喷面的岩粉，保证围层和喷射混凝土连接，提高其抗渗的能力。

4.1.4 主要施工工艺

喷射混凝土施工的重要技术是湿喷法，具体施工操作是采喷湿机对混凝土喷射，同时加钢筋网和钢架，然后采用分层喷射的方式达到预期喷射的厚度。由于渗水部位往往出现在钢架连接处，所以在施工中需要去除拱脚处的回弹料和渣土，在喷射之前需要使用高压风清理连接部位，然后控制好钢架的位置。采用湿喷法进行混凝土施工，可以使拌料均匀，水灰比得到合理的控制，这样可以提高混凝土的密实度和抗渗能力，抗压性和均匀性也较好。

4.2 缓冲层处理

在进行缓冲层铺设施工的过程中，首先应该标出准确的隧道纵向中心线，使得铺设的缓冲层材料横向中心线和隧道纵向中心线重合，按照从共顶部向下向两侧的顺序展开铺设。其次需要使用木螺丝等零件将铺设材料固定在喷射混凝土上，对重点部位进行加固处理。此外，在布设热塑性塑料圆垫片的过程中，应该按照拱顶间隔50cm、边墙间隔100cm、底板间隔150cm的方式进行布置。

4.3 防水板的铺设和焊接

在进行防水板铺设过程中，一定要注意的是喷射混凝土凹凸表面的接缝，要尽量留出搭接的空间，采用塑料热合机对防水膜进行焊接时可采用反弯法来施工，能够有效避免焊接剥离。由于防水板接缝焊接是否严密直接影响着防水效果，在施工过程中除了要使用恰当的热合机，焊成双焊缝以外，还需要采用充气法对热合的双焊缝进行严密性检查，直到不产生气泡之后防水板焊接工作才算完成。

4.4 初衬堵漏施工

初衬和围岩的作用是防水，初期支护时喷射砼设计厚度为100～300mm，喷砼为C20，抗渗力等级是S6，为使初期支护可以起到良好的防水效果，需要在全分化和强风化的地层中的松弛围岩中注入泥浆，从而和初期支护喷砼形成第一道防水线。采用的方法主要有堵漏剂堵漏和深孔注浆堵漏。

4.4.1 集中出水点的堵漏

对集中出水点进行堵漏施工时主要分成两种情况，对于水量较大但出水范围较集中的地方应采用堵漏剂进行堵漏；而对于水量虽大但是出水范围较分散或较混乱的地方，最好使用深孔注浆的方式来堵漏。

4.4.2 采用堵漏剂堵漏

在对出水量相对少的出水范围相对集中的部位进行堵漏时，先要对出水点的松软混凝土层进行清理，然后用纱布将该部分填塞，在水压减少之后再根据堵漏剂使用说明进行堵水施工。

4.4.3 使用深孔注浆堵漏

在对水量相对较大，出水范围相对分散的部位进行堵漏时，深孔注浆堵漏的施工流程如下：首先注浆孔的位置应该在距离出水点的1m范围内，注浆孔的深度在2m左右。其次使用硅酸盐水泥和水玻璃配合，注意两者各自的浓度和配比。然后如果出水量不是很大的话需要采用缓凝剂，所使用的饮用水水文不能低于6℃，PH值在5～8之间。此外，注浆时的压力保持在2～3MPa，注浆持续时间控制在5～6min，单个孔注浆的扩散半径在0.8～1.8m之间，有效扩散半径也要达到60cm左右。最后，在整个注浆堵漏的过程中，一定要调整好水玻璃和水泥浆的浓度，并且根据实际水量考虑要不要使用缓凝剂，从而可以调整胶结的时间。

4.5 防水层的防护

在防水层施工结束后，为保证防水效果的持续，形成初衬结构全封闭的防水，必须要对防水层加强防护，否则一旦遭到外界的破坏将迅速降低防水质量。比如在钢筋绑扎过程中，如果该部位没有设置保护层，比如在拱顶或者侧墙部位，需要注意的是不能破坏防水层。当开展钢筋焊接，需要注意的是应将周围的防水层遮挡，目的是防止火花迸出而破坏结构。在进行二次衬砌混凝土浇筑时，在振捣过程中需要注意不能接触到防水层，避免振捣棒对防水层进行破坏。

5 结语

综上所述，在对隧道区间初衬结构进行防水施工的过程中，首先要保证混凝土等材料的质量、配合比和均匀度等，这样才能提高喷射混凝土的抗渗性能。另外，全方面防水必须要做好施工缝、钢架保护层和岩面等的处理工作，在初衬施工时还要进行背后水泥注浆，使得岩层和初期支护喷砼形成第一道防水线。在注浆堵漏施工中最好采取多次反复的方式，达到全封闭防水的效果。