结构防水融合体系在公路隧道中的应用分析

朱高岩

中铁建昆仑路桥建设有限公司 四川 成都 610041

引言

公路、铁路隧道属于大型项目，具有施工工期长、跨度大等特点，渗漏水是施工和维护过程中非常常见的问题，影响隧道的正常通行。目前我国公路、铁路隧道基本上采用复合式衬砌，由初期支护、防排水系统和二次衬砌组成[1]。本文结合工程实例探讨隧道结构防水融合体系，为公路、铁路隧道的防水设计提供参考。

1 工程概况

德阳中江至遂宁高速公路路线总长83.032公里，隧道总长5617m，共13座，选定德遂高速公路尖梁子隧道和土建鹞子岩隧道的右线主洞作为试验段，分别为500m和532m。两座隧道区地表上覆薄层粉质黏土，洞身围岩主要为强～中风化砂岩、砂质泥岩，互层分布。

2 结构防水融合体系方案及施工

2.1 施工方案

（1）初支方案。通过在现有混凝土体系中掺入功能性外加剂，提高混凝土拌合料的工作性能，抑制水化温升和降低水化热特性，进而改变混凝土材料的微观结构。具体包括初期支护试验、二次衬砌刚性防水试验和洞口/明洞段刚性防水试验三部分，重点应用新材料新工艺开展工程缝防水试验。

（2）二次衬砌刚性自防水方案。初支维持原设计不变，保留土工布，二衬砼中添加混凝土水化温升抑制防水剂，取消防水板（如图1所示）。在初期支护渗漏水段做好堵排水措施，适当加密排水管；400g/m2土工布（渗流处采用300g/m2复合土工布）；在原二衬混凝土中添加混凝土水化温升抑制防水剂，掺量约为6.0kg/m3。

图1 隧道复合式衬砌刚性自防水体系示意图

（3）施工缝防水构造做法。①采用管片接缝嵌缝和手孔封堵胶，保留施工缝断面结构，取消中埋式橡胶止水带，腰线以下在改性环氧AB组分拌和好后，直接灌注施工。腰线以上应加入C组分组剂，将改性环氧材料变为黏稠的膏状体，然后进行嵌缝作业。②采用T型槽和中埋式止水钢板，利用梯形橡胶条留T型槽，T型槽中分别填充反应型混凝土接缝密封胶和高强膨胀砂浆+中埋式遇水膨胀止水条（或止水胶），T型槽施工缝防水构造。用中埋式止水钢板（300mm宽2mm厚）替代止水条。③采用新型高分子自粘密封中埋止水板。④采用企口式施工缝，利用刚性防水混凝土自愈合功能实现施工缝防水，在施工缝背后安装500宽背贴式橡胶止带，端头模板内侧止水带背后安装透水盲管，利用企口式模具+中埋式遇水膨胀止水条（或止水胶），企口式施工缝防水构造。

2.2 施工要点

（1）二衬高性能防水混凝土施工

防水混凝土的配合比设计应符合下列规定：胶凝材料总用量不宜小于320kg/m³；砂率宜为35%～40%，泵送时可增至45%；灰砂比宜为1∶1.5～1∶2.5；水胶比不宜大于0.5，有侵蚀性介质时水胶比不宜大于0.45[2]；预拌混凝土时，入泵坍落度宜控制在200mm以下；预拌混凝土掺胶凝材料用量1.5%的混凝土水化温升抑制防水剂，宜为6kg/m³。

二次衬砌高性能防水混凝土应连续浇筑完成，应采用机械振捣，避免漏振、欠振和过振。防水混凝土浇筑后应及时养护，养护龄期不少于14d。

（2）二衬施工缝施工

1）水泥基渗透结晶型防水涂料施工。JX-SJ粉料∶水＝1∶0.3（重量比），采用电动搅拌枪在容器内搅拌均匀至无粉团；基层必须为混凝土结构，基层应干净、平整、坚实、无浮浆，后充分湿润；将裂缝、蜂窝麻面及转角部位增涂一遍；分层刷涂或喷涂施工，涂层应均匀，不得有漏涂及气孔；底层表干后（3h左右），再进行面层施工，涂层厚度不得小于1.2mm，材料用量不得小于1.8kg/m2。

2）新型高分子自粘密封止水板施工。第一，施工缝用高分子自粘密封止水板中心为5mm厚HDPE板材，外侧为高分子胶，单层胶层厚约0.4mm，可与后浇混凝土形成黏结；止水板两侧预留小孔，可用细铁丝或尼龙绑扎带将其固定在主体结构钢筋上；两端各有一面100mm宽度范围内不覆砂，撕除隔离膜即可与下一段止水板黏结，然后采用铆钉、细铁丝或尼龙绑扎带固定牢固。第二，十字搭接时，将搭接范围内胶层及颗粒层用热风枪配合铲刀将其铲去，再粘贴一层高分子胶粘带，后与搭接止水板端头预留搭接段粘接，现场钻孔后采用铆钉、细铁丝或尼龙绑扎带固定牢固。第三，浇筑混凝土前，撕除先浇段止水板保护膜，后浇段保护膜暂不撕除，待已浇筑混凝土拆模即可撕除。

3）自粘性遇水膨胀止水条（缓胀型）施工。待前板二次衬砌断面硬化后，扫去浮渣等杂物，即可安排止水条；环向施工缝应预留浅槽，嵌入止水条，并采用高强钢钉协助定位；沿施工缝凹槽连续粘贴，接头部位搭接长度≥50mm，接头搭接紧密不留断点；止水条定位后及时浇筑下一板二次衬砌，避免明水冲泡；止水条定位应准确使基充分被砼包裹，覆盖层厚度应≥50mm。

4）聚合水泥防水涂料施工。基层表面应平整、坚实、清洁、湿润、无明水，应采用6mm厚聚合物水泥防水砂浆找平；聚合物水泥防水涂料应分层涂刷、刮涂或喷涂，涂层厚度应均匀；底层和面层留槎宽度不得小于50mm；聚合物水泥防水涂料防水层的甩槎应采取临时保护措施，接槎前应将甩槎表面清洗干净；施工缝节点，聚合物水泥防水涂料配合比（液料∶粉料=1∶1.3），应铺设胎体增强材料，胎体增强材料应采用聚酯织布铺贴应平整不得有褶皱和外露，并应使涂料充分浸透胎体，胎体材料的搭接宽度不得小于50mm，胎体的底层和面层涂膜厚度均不得小于0.5mm；聚合物水泥防水涂料防水层，厚度不应小于2.0mm，宜多遍完成。

3 结构应力监测

为验证二衬砼中掺功能外加剂与否其温升、应力和应变的不同，拟对二衬砼现场浇筑后水化过程中的温度、混凝土应变进行监测。

（1）测点布置。纵向传感器布点分为左、右洞两种情况，总计布点16个断面，具体如下：右洞在明洞段布2个断面，中间段1/3和2/3处布2个断面，共计4个断面。鹞子岩和尖梁子隧道右洞布点8个断面；左洞在明洞段布2个断面，中间段1/3和2/3处部布2个断面，共计4个断面。鹞子岩和尖梁子隧道右洞布点8个断面。

（2）监测方式。①温度和应变监测，施工中，通过测试元件的数据线，采用振弦测试仪进行测试，有条件时，可采用自动采集系统及远程传输，对混凝土的温度及应变进行实时监控；②衬砌裂缝，采用裂缝宽度仪进行观察，观察并记录裂缝出现时间、裂缝出现位置、裂缝的数量，裂缝的宽度及其扩展情况[3]；③隧道衬砌变形检测（拱顶沉降、水平收敛）。

（3）监测结果。由监测结果可知，混凝土中掺抑温抗裂防水剂可明显减少水泥水化热，抑制混凝土温升，降低混凝土温度应力，同时具有良好抗收缩性能、早期抗裂性能；混凝土中掺抑温抗裂防水剂，能大幅提升混凝土结构的抗渗性能，对耐久性能也有一定的改善作用。

4 结束语

结构防水融合体系由衬砌混凝土结构自防水和接缝防水两个部分构成。室内试验及现场应用证明，掺加抑温抗裂防水剂的混凝土具有良好的抗裂防渗性能，并且能够提升结构混凝土耐久性能，为实现结构自防水提供了基础。该体系在德阳中江至遂宁高速公路应用至今，整体无渗漏水现象，实现了总体防水设计目标。