严寒地区隧道防水保温层施工应用研究

刘赓

（中铁大桥局集团第一工程有限公司，辽宁大连 116033）

1 引言

随着我国振兴东北经济政策的进一步落实，在东北部的高纬度寒冷地区将会有大量新的隧道兴建。寒区隧道出现冻害的主要原因是衬砌后方地下水的冻胀作用对衬砌造成结构开裂等情况；而且运营期间往往缺乏防冻措施，导致隧道灾害的发生，不仅增加维修费用，也时刻威胁着隧道内车辆的安全[1-3]。

因此，如何在寒冷地区隧道的修建中采取有效的防治冻害措施，是我们急需解决的一个重大课题。目前，寒冷地区已有相关学者对关山隧道[4]、东南里隧道[5]、天秀山隧道[6]进行研究，通过研究，可有效解决隧道因温度过低而带来的灾害事故。本文依托新乡隧道，对新乡隧道防寒措施进行研究，最终总结出隧道防寒保温施工方案，在保证新乡隧道安全施工的同时，也对后期严寒地区隧道施工提供参考。

2 工程概况

北黑铁路新乡隧道位于黑河市爱辉区内，隧道起讫里程为：DK282+621～DK283+255，全长634 m，为单洞隧道，隧道最大埋深约为58 m，属浅埋隧道。北黑铁路新乡隧道地处严寒地区，冬长夏短，年平均气候-1.3℃，极端最低温度-40 ℃。新乡隧道地表普遍存在季节性冻土，最大冻结深度达近3 m。所以，不论是隧道施工过程中还是在运营期间，低温冷冻给隧道带来了很大的安全隐患，所以，应在施工期间解决防寒保温问题。

3 施工原理及工艺

3.1 工艺原理

新乡隧道衬砌形式采用曲墙带仰拱复合式衬砌[7-9]，为了有效防水，混凝土抗渗等级应高于P12，抗冻性能指标不低于F350。衬砌背后设置5 cm 聚氨酯保温层。保温侧沟采用双层盖板，双层盖板间填充聚氨酯保温材料。隧道采用深埋中心水沟排水，结合大小避车洞设置检查井，检查井双层盖板间填充聚氨酯保温材料。检查井设置保温措施，地下水直接引排至深埋中心水沟。

3.2 深埋中心水沟施工

新乡隧道主要的排水系统为深埋中心水沟形式排水，侧沟作为过水通道。深埋中心管纵向拉通设置，内置φ600 mm钢筋混凝土预制管，壁厚t=12 cm，深埋中心水管（外包土工布）下设C25 混凝土基座，基座与仰拱初期支护间采用级配碎石回填。仰拱轨底面至深埋中心水沟管顶为2.47 m，仰拱至深埋中心水管顶部净距为0.52 m（Ⅴb 复合式衬砌），结构形式如图1 所示。深埋中心水沟初期支护采用网喷支护。轨道下设置检查井（40 m 设置一处）。

图1 深埋中心水沟结构图

3.2.1 中心水沟开挖、支护

由于隧道内为主要为中风化花岗岩，机械开挖难以施作，故深埋水沟开挖采用钻爆法。

具体形式如表1 深埋中心水沟支护参数表。

表1 深埋中心水沟支护参数表

3.2.2 深埋中心水沟埋设

深埋中心管纵向排布，内置φ600 mm 钢筋混凝土预制管，t=12 cm，管身预留泄水孔，外包土工布。深埋水管埋置在C25 混凝土基座上，基座与仰拱初期支护间回填采用碎石土。环纵向排水盲管及侧沟排水盲管的地下水直接引排至深埋中心水沟，仰拱下横向不透水盲管采用保温层包裹。具体结构形式如图2 所示。

图2 深埋中心排水管结构图（单位：cm）

深埋中心水管预留盲管或PVC 管泄水孔位置可根据实际情况调整。

3.3 防水保温层施工

3.3.1 初支基面处理，土工布铺设

1）初支基面处理：初期支护完成后喷射混凝土对表面进行处理，去除外露钢筋及锚杆，并用砂浆抹平覆盖，凹坑深宽比应控制在1∶10 以内。

2）铺设≥400 g/m2土工布首先用简易作业台车将单幅土工布固定到预定位置，然后用专用热熔衬垫及射钉将土工布固定在喷射混凝土上。专用热熔衬垫及射钉按梅花形进行布置，拱部间距0.5～0.8 m，边墙间距0.8～1.0 m，底部1.0～1.5 m。基面凹凸较大处增加固定点，使无纺布与基面密贴。无纺布铺设要松紧适度，使之能与紧贴在喷射混凝土表面，不致因过紧被撕裂；过松影响防水板挂设。土工布固定平面展示图和土工布铺设示意图如图3 和图4 所示。

图3 土工布固定平面展示图（单位：cm）

图4 土工布铺设示意图

3.3.2 第一层防水板铺设

1）采用防水板台车进行铺设防水板，防水板铺设应从拱部向到两侧边墙。

2）固定防水板时，防水板应与隧道顶部土工布中心线重合。

3）将隧道拱顶的防水卷材与热融衬垫片焊接，从拱顶开始向两侧下垂铺设，在铺设的同时进行热融衬垫焊接。

4）防水卷材铺设要紧贴土工布，下侧的防水板一定得压住上部，并留出一定的预留量，基面弧长与实铺长度的比值应为8∶10，防止混凝土浇筑后，内部的防水板与基面有孔隙。

5）用手动电热熔接器加热，将防水板专用融热器对准热融衬垫所在位置进行热合5 s。

6）防水板铺设要松紧适度，使之能与土工布充分结合并紧贴在喷射混凝土表面。防止过紧或过松，防水板受挤压破损或形成人为蓄水点。为保证防水效果，防水板的搭接缝应当与变形缝、施工缝等防水薄弱环节错开1～2 m。

7）防水板间自动热熔焊接。焊接时应控制焊接速度和焊机温度，保证焊接质量，单条焊缝的有效焊接宽度应大于或等于1.5 cm。焊接前先除尽防水板表面的灰尘再焊接，防水板搭接宽度应大于15 cm。

3.3.3 保温板施工

第一层防水板施工完成后施工保温层。保温板采用5 cm厚硬质聚氨酯保温材料，防火等级为B 级，材料采用厂家预制尺寸，单块长2 m，宽60 cm，尽量减少单块宽度，铺设时长边顺隧道纵向安装，以直代曲。

防水板连接带环向张拉法如图5 和图6 所示。

图5 防水板连接带环向张拉法局部示意图

图6 防水板连接带环向张拉法平面示意图

3.3.4 第二层防水板施工

第二层防水板施工方法同第一层施工一致，从拱顶至两侧边墙依次施工。由于设置两层防水板，厚度过厚，所以，在二次衬砌施工时应对防水层做相应保护，防止破坏防水层。

4 结论

本文通过衬砌背后设置两层防水板，并且在两层防水板中间设置5 cm 聚氨酯保温层；采用深埋中心水沟排水等方法解决严寒地区隧道防水保温问题。通过一系列保温、防水措施，本隧道很好地完成了隧道防水保温问题，也为后期类似工程提供了经验。