新型聚脲防水材料在海洋环境明挖隧道中的应用研究

龚 伟

(中铁建海南投资有限公司 海南陵水 572400）

1 前言

随着经济的发展，国家基础设施建设的加快，明挖隧道建设工程越来越多，同时明挖隧道防水工程的重要性日益凸显，明挖隧道结构防水遵循“防、排、截、堵相结合，刚柔相济，多道设防，因地制宜，突出重点，综合治理”的原则[1-2]。

目前，隧道渗漏水是一个难以根治的问题，而海洋环境下的明挖隧道更是普遍存在渗漏现象，其主要表现在侧墙、顶板的渗漏水。这是因为隧道为地下结构，在建成后长时间受到海水的浸泡。当防水工程存在缺陷时，海水就会通过一定的缝隙进入隧道内部，形成渗漏。而渗漏往往会导致混凝土结构的损坏，并腐蚀隧道内的设备设施，影响外观质量和危害隧道内人员车辆的安全，甚至造成隧道的不均匀沉降[3]。

近年来新型聚脲防水材料在国内得到了广泛的应用，其中包括天津滨海新区的海河隧道、珠港澳大桥的沉管段、广州地铁四号线与七号线连接段、上海地铁同济大学站等工程，并取得了优异的口碑[4]。而博鳌隧道地处万泉河入海口，受海洋环境影响极大，针对现有的施工技术，无论是防水卷材，还是防水涂料和防水板，海水都会通过这些防水层的薄弱部位进入隧道内，危及隧道安全。从而根据隧道所处的地质、水文条件，施工中采用喷涂新型聚脲防水材料施工工艺。

新型聚脲防水材料是一种固含量高、固化快、由异氰酸脂与胺基化合物反应生成的高性能高聚物材料[5-6]。新型聚脲防水材料[7]相比于其他防水材料[8]，具有优良的力学性能，伸长率最大可高达900%，同时它10 s即可固化，10 min即达到设计强度，防水防腐蚀防渗漏效果优异，并且表面无接缝，还有耐磨、与混凝土附着力强等优点。

2 工程概况

图1 博鳌通道实景图

博鳌隧道是连接博鳌亚洲论坛成立会址与永久会址的一条通道(见图1），起点始于金海岸大酒店，经千舟湾东侧永久空地、万泉河入海段，在东屿岛西北侧上岸，终点位于论坛永久会址西侧，顺接既有道路。路线全长1.45 km，其中隧道全长1.2 km(跨海段长0.8 km）。整个工程时间紧、任务重、施工难度极大，对隧道防水、施工工期以及质量、安全提出了更高的要求。隧道采用二级公路标准，设计时速40 km，双向两车道，沥青混凝土路面，车道宽度2×3.75 m，车道限高5.0 m。南北两岸敞开段结构形式均为U型槽结构，暗埋段为矩形结构，隧道的建成通车对每年一次的博鳌亚洲论坛乃至中国在亚洲的地位都具有重大的政治意义，通道使论坛成立会址与永久会址的路程，由原来的20 min缩短至3 min。

博鳌隧道结构防水，由于工期紧，要求施工速度快，隧道结构防水设计标准为二级。隧道主体结构是抗渗钢筋混凝土，考虑到隧道的使用年限、所处环境以及质量安全方面，经过各方专家论证，隧道结构顶板和侧墙防水采用喷涂新型聚脲防水材料的施工工艺。

3 喷涂新型聚脲防水材料施工工艺

3.1 聚脲防水工艺流程（见图2）

图2 聚脲防水工艺流程

3.2 工艺步骤

3.2.1 基层清理

根据对明挖隧道结构基层面要求，使用350型研磨机及手持式角磨机，将基层表面残留的砂浆等突出部分，打磨平整，并把表面清扫干净；然后在基层面上刮涂一层石英砂腻子找平层，对基层表面孔洞、表面裂缝和局部不平整部位，进行修补找平，同时把阴阳角等部位抹成圆弧的形状，并且使表面的凹凸误差小于2 mm。

3.2.2 喷涂底漆

结构基层面上石英砂找平层干燥后，在表面喷涂封闭底漆，底漆的作用有两个:一是封闭掉混凝土表面毛细孔中的水分、空气，避免出现针孔、鼓泡；二是具有胶黏剂的作用，增加附着力，提升防水能力。

3.2.3 喷涂聚脲防水材料

(1）施工前，要把找平层上的杂物清理干净，之后进行分区喷涂，施工过程中，下一道喷涂应覆盖上一道喷涂施工面的50%，此种法也叫压枪法[9]，并且上下两道喷涂方向必须呈90°，并确保均匀喷涂。

(2）施工时机器设备设定参数:

总压力为65 kg/m2；

温度为65℃；

用搅拌器搅拌原料0.5 h后进行施工；

喷涂前需要注意的是先加热管道，待温度上升到设定值后，然后设定其他设备参数[10]，之后喷涂。

(3）平面施工时，尤其要注意及时清理杂物，在每一道喷涂后，要进行仔细检查，找出缺陷，立即处理。针对针孔大小缺陷或者较大的缺陷，应该使用堵缝料进行快速修补；对于因杂物而造成的表面凸起，要用小刀割掉，一般情况下，处理两次已无缺陷。隧道顶板及侧墙防水构造如图3所示，东侧墙与西侧墙防水构造一致。

图3 隧道顶板及侧墙防水构造

3.2.4 特殊部位及薄弱环节的处理措施

(1）变形缝防水处理

①基层处理

清理缝隙周围垃圾，对蜂窝麻面和凹凸不平的地方打磨平整，用吸尘器把所有浮尘清理干净。

②灌注密封胶

采用机械灌注方法施工。用导流管直接插入混凝土止水带部位，采用从下向上的灌注方法进行施工。因为该密封材料有很好的自流平性能，所以缝内所有空的部位都能填满，直到与混凝土外面相平并稍高出混凝土外面10 mm左右。

③手工聚脲二次密封

在已灌注好密封胶的部位采用手工聚脲进行二次密封。以缝为中心，两边各做300 mm的手工聚脲，厚度要达到2 mm，手工聚脲与灌注的密封胶有非常好的粘结性能，与混凝土也有非常好的粘结性能。

(2）阴阳角防水处理

为了加强阴阳角抵抗应力变形的能力，先在阴阳角处喷涂0.5 mm附加层，之后喷涂其他部位。

(3）主体根部防水处理

基层处理完成后，在结构物的根部预先喷涂1 mm的聚脲增强层，然后施工聚脲涂层。

(4）主体边部防水处理

在防水四边以及出现收头的部位，施工前期，在水泥砂浆基层上开一道U型槽，尺寸为宽、深各1 cm，然后施工基层处理剂，再进行聚脲涂层施工。完工后将槽用环氧腻子封堵，以防从此收头处聚脲脱边影响整个防水质量。

(5）预埋管线部位的防水处理

管线穿过防水层的部位，需要在它周围喷涂大于100 mm宽的附加层，然后进行其他部位喷涂。

3.2.5 喷涂聚脲防水材料监控措施

(1）温度控制[11]

喷涂施工时尤其注意温度控制。先要保证原材料的温度在20℃以上，之后保障加热软管末端的温度控制在60～70℃，并要求A、B组分温度一致。

(2）压力监控

在施工过程中要一直进行压力监控。喷涂的压力在1 700～2 500 Psi之间，这样可以使两个组分充分混合。喷涂过程中，两个组分可以有较小的压力差，只要这种压力差不影响正常的喷涂即可，但一个较大的压力差会导致一系列问题，比如堵塞、温度变化、AB组分比例失调等。

(3）流量检测

每次喷涂前都要进行流量检测，目的是证明两组分以相同的速度送到喷枪中，操作方法是先启动主机，分别把两个软管中的物料流满两个小容器，之后把枪安装在软管上。通过目测，两个容器中的物料数量应该一样，而且流出的物料均匀。

3.3 施工过程中注意事项

施工工艺决定了防水的质量，所以对工艺的控制和要求都较严格，比如喷手必须经过培训并考核合格后方能上岗，在施工中要进行过程管理，确保施工质量。在聚脲喷涂施工过程中需要注意以下几点[12]:在喷涂前必须对基面的浮渣和粉尘进行清理，以确保粘接效果；喷涂的基面必须找平，以节约材料和保证成膜质量；喷涂完要对基面进行打磨处理以达到要求的平整度；施工结束后检查外观、膜的厚度、有效覆盖面积和渗漏水情况。关于操作人员需要注意:施工过程中人员要按规定佩戴好防毒面具、穿戴好防护服、防滑鞋以及安全手套，主要是因为喷涂的物料温度较高，又存在飞溅等现象，同时喷涂过程中物料被雾化，雾化后的材料会很容易伤害到皮肤和呼吸道，存在极大的安全隐患。

4 结束语

博鳌通道工程设计使用年限为100年，对防水的质量要求非常高，喷涂新型聚脲防水材料是工程的关键性工序，防水质量对隧道的耐久性有着重要影响。博鳌隧道防水工程经过科学管理、紧密有序的施工，明挖隧道结构通过采用喷涂新型聚脲弹性体防水材料，自隧道竣工通车以来，达到了理想的防水效果，未发生渗漏水情况，有效地保证了隧道防水质量，达到了结构防水质量要求。

实践证明，新型聚脲防水材料施工方便、工期短、防海水渗漏效果良好、结构安全稳定，适用于海洋环境下的防水施工。并且此项施工技术对环境几乎无污染，是环保型的施工工艺，符合国家节能环保的要求。随着经验的积累和研究的不断前进，该技术还有较大的提升空间和广阔的应用前景，并且该工艺可推荐到类似工程采用，具有良好的社会效益。