地下隧道工程防水堵漏新技术与应用

      摘要：从防水机理、防水层结构设计、防水材料的选用、防水施工工艺、防水层的保护等对暗挖隧道防水工程作系统的介绍
      关键词：地下隧道  防水卷材  防水施工 皮肤是防水 雨衣式防水   堵漏新技术
      BAC当前， 多数地下隧道采用了复合式衬砌结构，防水一般共设三道防线，第一道是初期支护加背后注浆，第二道是设置封闭防水板，第三道是二次衬砌，并对施工缝、变形缝等作专门处理。大量工程实践表明，复合式衬砌结构的防水效果基本是可靠的，但由于防水材料本身和防水施工工艺等方面的问题，导致第二道防水线时常会出现严重的缺陷。因此，为提高隧道复合式衬砌防水的可靠性，选用合适的防水材料、适当的防水层结构设计以及严格的防水施工工艺，是完全有必要的。
1、 防水机理
隧道复合式初砌是分内外两层先后施作的隧道衬砌结构，即在隧道开挖后立即施作网喷混凝土作为初期支护，经监控量测确认围岩及初期支护基本稳定后再铺设防水层，最后浇筑二次衬砌防水混凝土。
复合式衬砌防水主要依靠全封闭的防水层和二次衬砌混凝土，两者相辅相成、缺一不可。二次衬砌防水混凝土在硬化过程中，内部存在着温度应力和收缩应力，这些应力的存在会使防水混凝土产生变形；而初支混凝土表面粗糙、凹凸不平，必然会对二次衬砌混凝土产生相当大的约束力，阻止其变形，于是就产生了拉应力。当拉应力大于二次衬砌混凝土抗拉强度时，混凝土即被拉裂，特别是在隧道起拱线应力集中区产生的裂缝最多。如果设法消除或减弱初期支护喷射混凝土对二次衬砌混凝土的约束，使其自由变形或约束力减小，所产生的拉应力小于混凝土的抗拉强度，二次衬砌混凝土就不会产生裂缝。因此封闭的防水层多选用不透水、表面光滑的塑料片材，它不仅起到防水作用，而且还能隔离、润滑初支喷射混凝土和二次衬砌混凝土，减少二次衬砌混凝土的开裂几率。
但是，由于传统的材料与浇筑混凝土无法粘结，即防水层与混凝土完全脱离，因此，防水层一旦出现破损点、水便在防水层与混凝土之间到处窜流，不容易找到渗漏点，维修十分困难。
从上述图不难看出，传统防水做法是雨衣式防水层，一旦有破损点就会形成窜水层，即使是注浆堵漏，但是漏水与混凝土之间的窜水层已经形成，很难控制。
新型防水卷材BAC具有与水泥（砂）浆粘结，以及被混凝土粘结的性能。该卷材胶料中的高分子聚合物（链段）与水泥水化物（硅酸盐网络）形成（界面）互穿网络（IPN）结构，水泥初凝前可流动、渗透或浸渍，凝固强度日增，粘结力增强。水泥浆的可流动性使基层的粘结力，从而使BAC防水卷材成为建筑结构的“皮肤”，即使出现损坏点，也不会出现“窜水”现象，提高了防水的可靠度。以上这种技术称之谓“皮肤式防水”，是目前防水业的一项新型技术。
在南京九华山隧道工程中，主要是利用BAC防水卷材被后续浇注混凝土粘结的性能，实现防水卷材与二衬结构紧密粘结，从而防止“窜水”的发生。
2、 防水层结构设计
地铁隧道要根据工程所处地质、水文条件及不同的使用要求，采用不同的防水层结构设计。一般大城市地铁隧道多埋置于地面以下，有水不能自流排出，宜采用全封闭型防水结构。防水层设计主要有两种形式：一是单层防水卷材铺设于初期支护喷射混凝土上，用于无水地段；二是双层结构，先铺设一层较柔软且具有相当强度的片材作缓冲层，克服初支喷射混凝土基面凹凸不平、易损伤防水卷材的弊病，然后在其上再铺设防水卷材，用于防水要求高的隧道及有水地段。
3、防水材料的选择
目前, 隧道复合式衬砌防水层主要选用 PVC( 聚氯乙烯)、ECB( 乙烯- 共聚物沥青)、LDPE( 低密度聚乙烯)、HDPE( 高密度聚乙烯) 、EVA( 乙烯- 醋酸乙烯共聚物) 和“贴必定”BAC等防水卷材, 应用最多的是 EVA 膜。从常用防水材料的综合性能指标看：“贴必定”BAC防水卷材性价高，最为合适。
“贴必定”BAC防水卷材为湿铺法复合双面自粘橡胶沥青防水卷材，所谓BAC卷材，它是“Bituminous Waterpoofing sheets<沥青基防水卷材>”、“Adhered by<粘贴>”、“Cementious materials<水泥基材料>”三个英文短语的缩写，即“由水泥基材料粘贴的沥青基防水卷材”。
BAC防水卷材由上至下的构造如下：
4、BAC复合双面自粘橡胶沥青防水卷材的优势：
4．1最优性价比。专利技术生产，可与未固化的水泥粘结，省找平层和底板保护层，与结构共同构筑超乎寻常的“皮肤”式的牢固防水体系，可靠度高，系统造价低。
4．2基面要求低，节省工期。潮湿甚至未找平基面均可施工，无须底涂，施工自由度高。不受天气影响，雨季施工时，优势更加突出。是保障工期的最强有力的防水“武器”。特别是地下防水最为实用。
4．3预铺粘结。可与后续浇筑的混凝土粘为一体，长期浸泡下也依然密不可分。该功能为国内首创，解决了国内预铺（外防内贴）防水的难题。
4．4被涂料牢固粘结。表面可与后续涂刮的水皮优等涂料融为一体，从而解决了穿管、收头和连接等难题。卷材和涂料优势互补，实现了卷材的无缝化作业。
4．5刚柔结合。湿铺所用的水泥浆得到遮盖式保水养护，初凝、终凝和其后关键一周的水化过程均在理想的环境中完成，其强度、密实度和抗裂性能都大大优于淋水养护的水泥浆，完全可以起到刚性防水层的作用，给用户一份“额外”的收获。
4．6粘结可靠，便于检修。BAC防水卷材与结构永久牢固粘结。卷材出现任何局部破坏，水都会被限定在很小的范围内，不窜流、不渗透。退一步说，任何个别的渗漏点也会与破坏点一致，极易检修。
4．7安全环保。施工过程中省溶剂和燃料，避免了环境污染和消防隐患，节约了资源。
4．8尺寸稳定。断面看，中间的优质胎体和率先涂敷的SBS沥青胶料避免卷材的过度收缩，改善了卷材的尺寸稳定性。
BAC防水层施工工艺：
5．1施工原则：
5．1．1卷材防水施工前，需对影响防水层施工的初期支护结构渗漏水进行封堵、引排水处理。
5．1．2卷材防水施工前，需对初期支护表面尖锐突出物进行割除并在基面用水泥砂浆修补，断面变化或阴阳转角应抹成园弧型。
5．1．3在结构混凝土浇筑完毕前，应酌情保留局部积水坑，并及时抽水。
5．1．4卷材防水层施工时基面不得有明水，尤其是拱部必须将水引走。
5．1．5卷材防水施工采用机械固定为主，辅以自粘施工（卷材之间搭接为冷自粘）。
5．2施工顺序：
5．3防水层施工：
5．3．1工艺流程：
定位——卷材就位——卷材一边打钉固定、另一边粘贴搭接——下一幅卷材——………
5.3.2施工做法：
1)、仰拱：
（1）将卷材防水基层清理干净。
（2）根据现场施工部位情况，进行BAC防水卷材预铺。
（3）揭除BAC卷材下表面隔离膜。
（4）将卷材空铺于水泥砂浆找平层上。
（5）铺贴第二副卷材时，先将第一幅卷材搭接部位上表面隔离膜揭除，并确保两幅卷材之间的搭接宽度为100mm，并用压辊或刮板对搭接边进行辊压。
（6）将BAC卷材上表面隔离膜全部揭除，并根据现场情况，可在卷材上表面干撒水泥粉，以防止粘脚。
2)、拱墙：
（1）在初衬喷混凝土表面修补后，将基层进行清理。
（2）根据现场施工部位情况，进行BAC防水卷材预铺。
（3）第一幅卷材两侧边及幅中用射钉加钢垫片按500mm间距(根据基层平整情况，在适当部位增设固定点)固定。
（4）将第一幅BAC防水卷材上表面隔离膜揭除。
（5）铺贴第二幅卷材时，先将与第一幅卷材搭接的另一边及幅中按上述方法打钉固定后，再将与第一幅卷材搭接边与第一幅卷材进行搭接。
（6）将第二幅BAC防水卷材上表面隔离膜揭除。（7）卷材幅中射钉穿透防水层的孔眼，加贴100×100mm BAC卷材片（四周剪成圆角）进行修补。
（8）依此类推，进行卷材施工。
3)、拱部：
（1）在基层修补、土工布施工完毕后进行防水层施工。
（2）根据现场施工部位情况，进行BAC防水卷材预铺。
（3）第一幅卷材两侧边及幅中用射钉加钢垫片按30mm间距（根据基层平整情况，在适当部位增设固定点)固定，宜以拱部最高点为固定点。
（4）将第一幅BAC防水卷材上表面隔离膜揭除。
（5）铺贴第二幅卷材时，先将与第一幅卷材搭接的另一边及幅中按上述方法打钉固定后，再将与第一幅卷材搭接边与第一幅卷材进行搭接。
（6）将第二幅BAC防水卷材上表面隔离膜揭除。
（7）卷材幅中射钉穿透防水层的孔眼，加贴100×100mm BAC卷材片（四周剪成圆角）进行修补。
（8）依此类推，进行卷材施工。
5．4施工注意事项：
5．4．1相邻环向卷材间短边接头要相互错开300mm以上。
5．4．2预留甩头的卷材应保留隔离膜，并采取妥善的临时保护措施。在后续施工时，揭除隔离膜后进行卷材粘结。
5．4．3每流水段内除第一幅卷材为两边固定外、其余各幅卷材要顺侧墙、拱部混凝土浇筑方向搭接。两侧固定的第一幅卷材外露固定点的一边与另一流水段衔接时，将固定点拆掉并搭接与相邻卷材上方。每流水段施工前向土建单位了解混凝土浇筑方向。
5．4．4当基层为双曲面时，需局部裁剪卷材，但要注意保证卷材间有效的搭接宽度。
5．4．5进行钢筋垂直、水平运输时，遵守轻拿轻放的原则，钢筋吊放点采用木板等临时保护措施，避免钢筋扎破卷材。
5．4．6焊接钢筋时，用不燃物（如石棉水泥板）遮挡并在卷材表面洒水，以免火花烧坏防水层，浇注混凝土时振捣棒不得直接接触防水层。
5．4．7绑扎钢筋过程中，如钢筋移动需要使用撬棍时应在其下设木垫板临时保护，以避免破坏防水卷材。
5．4．8土建施工单位在防水层后续施工过程中，如不慎破坏了防水层，一经发现应及时报请防水施工单位进行修补。在防水层后续施工过程中，如发现卷材破损，采用BAC卷材片作为补救措施及时补修，切周围剪成圆角。
5．5质量要求：
5．5．1卷材外观质量、物理力学性能（复试）合格。
5．5．2卷材接缝严密，无破损、断裂、刻痕、异状粘结及明显异常的皱褶缺陷。
5．5．3卷材搭接宽度允许偏差—10mm。
6、 防水层的防护

     防水层施工完后，必须注意严加防护，否则极易被人为破坏，导致防水质量下降乃至局部漏水。在没有保护层部位(如拱顶、侧墙)绑扎钢筋时，必须注意不得破坏防水层；焊接钢筋时必须在此周围用石棉水泥板进行遮挡，以免溅出火花烧坏防水层；在浇筑二衬混凝土时，振捣棒要特别注意不得接触防水层，因为由振捣棒引起的对防水层的破坏不易被发现、也不易修补。