城市明挖隧道工程防水技术的发展论文

1、城市明挖隧道工程防水技术的发展论文城市明挖隧道工程防水技术的发展论文0引言自2000年以来，国内大中型城市的市政基础设施建设速度骤增。 在短短的15年内，笔者便参与设计了包插南京、杭州、昆明等近 10条长度超过lkm的城市明挖市政交通隧道，这些隧道均为城市道 路隧道，处在或连接城市的主要干道，大多穿越河道或在城市中心 的湖泊底下。由于城市快速发展的需要，对于隧道施工周期要求越 来越高。因此，需在较短的施工工期内完成工程并保证质量、特别 是一些防水质量要求很高的隧道工程，这就必须考虑使用一些新技 术，来完成艰巨的工程任务。现以笔者参与设计的一些隧道工程为 例，介绍近年来城市明挖隧道工程防水技术的

2、发展与创新。1明挖隧道的混凝土自防水技术发展1. 1南京玄武湖隧道南京玄武湖隧道处于南京城的景观湖中，湖中的土质以淤泥质黏 土为主，在结构埋深最深处埋有粉质黏土。这些土层虽然含水率己 达饱和，但渗透系数很低。针对这种浅覆土的工程特点，查阅了大 量欧美的设计规范、标准，及国内为数不多的工程案例和研究专题, 确定了玄武湖隧道结构混凝土的技术参数要求：抗渗等级（暗埋段 2P8,敞开段2P6）、强度等级（MC30）、抗冻融指标（D300）、 抗碳化（理论100a）、抗C1-侵蚀（C1-扩散系数2X10- 8cm2/s）、60d T*燥收缩率（W0. 025%）和裂缝宽度（WO. 2mm,且 不允许出现

3、贯穿）。此处，对于混凝土抗冻融循环的要求，并不是 因为木隧道处于严寒地区，而是当时工程界将它作为衡量混凝土长 期致密的一个耐久性指标。而对于C1-扩散系数的测定，因“自然 扩散法”检测周期较长，不能作为工程的过程监测，最终确定引进 检测周期较短的混凝土电通量检测法。针对混凝土自防水及耐久性 设计要求，工程采取了以下技术措施：对混凝土的胶凝材料、粗 细骨料、水等原材料把关，严格控制混凝土的总C1-和碱含量； 采用优质磨细粉煤灰等活性粉料替代部分水泥充当混凝土的胶凝材 料，并严格限制水和胶凝材料的比例；采用新型的、兼具混凝土 膨胀剂及减水剂功能的茶系混凝土外加剂；对混凝土施工提出了 具体的温控、振

4、捣、养护等要求。通过玄武湖隧道工程，得到以下 实践经验：1）对于明挖浅埋隧道的混凝土结构设缝，从施工角度出发，主 要以减少收缩裂缝为目的，采用了 90m间距设置结构变形缝，相邻 变形缝间设置两条垂直施工缝（即间距30m）,并要求施工缝两侧 混凝土的浇筑间隔时间不少于14do由于混凝土专项设计考虑较全 而，再加上完善的施工及养护措施，结构混凝土本体并未产生水化 热而造成的收缩裂缝，从而确保了混凝土的高抗渗性。2）由于隧道浅埋，良好的结构完整性导致隧道内结构温度仅比 室外大气温度低2°C左右。在夏季受隧道结构气温升高的影响，两 条相邻变形缝间的混凝土结构管节受热膨胀，局部变形缝处会出现

5、混凝土挤压破碎的现象，这种不良现象是由于变形缝间距过长、变 形缝宽设计统一而未考虑到季节变化影响而引起的。此次工程设计 基本确立了市政地下工程结构混凝土耐久性设计的框架，提出了高 性能混凝土高抗渗性、耐久性、可施工性的基本要求。杭州西湖隧 道是南京玄武湖隧道结构混凝土工程经验的又一次实践，但由于建 设方未根据工程特点对混凝土进行深入研究，工程效果不是很理想。1.2南京九华山隧道南京九华山隧道毗邻玄武湖隧道，同处于玄武湖下并穿越南京九 华山。在传承了玄武湖隧道的结构混凝土工程实践的基础上，九华 山隧道改变了结构设缝原则。在经过对混凝土结构受温度影响及结 构约束、徐变等因素综合考量，提出了结构变形

6、缝间距为60m,即 相邻变形缝间设置一条垂直施工缝，施工缝两侧混凝土浇筑时间间 隔不少于14d；而变形缝缝宽根据混凝土的浇筑季节的不同而有所 变化，冬季施工缝宽为2cm,夏季施工则为1.5cm。随着材料技术的 发展，在结构混凝土的研究上，聚竣酸高效减水剂对于结构混凝土 的耐久性、施工性能均优于蔡系的混凝土外加剂，因此有关聚竣酸 高效减水剂的运用研究又再次深入。并且，对其耐久性的检测指标 及方法做了一些调整，即开始引入C1-扩散系数的RCM检测法与自 然扩散法相结合的检测，并相互验证。此外，无锡蠡湖隧道、苏州 独墅湖隧道、南京新模范马路隧道也应用此结构混凝土设计方案， 并获得成功，验证了我们对结

7、构混凝土的专项研究是科学的，日后 国内有关混凝土结构耐久性设计标准、规范等的发布和实行，也同 样卬证了此种设计的正确性。1.3无锡太湖大道隧道1. 3. 1清水混凝土的应用本隧道工程有一段结构是改造原有的铁 路下立交，而此下立交的通行能力仅仅能满足单孔双车道的最低限 界要求，是整条隧道的宽度限界瓶颈。出于工程特点，设计方决定 此段隧道在满足行车限界后，不再预留侧墙装饰的'空间，因而采用 了不需装饰层的清水混凝土。但由于本隧道工程的高防水等级和设 计使用年限要求，且侧墙因限界的缘故不能设置内装饰层，隧道通 车后一旦出现渗漏，便会直接反映在无装饰面层遮蔽的隧道侧墙上。 为尽量避免发生上述情

8、况，对木隧道设计采用的清水混凝土的抗渗 性和耐久性提出较高要求，需将混凝土抗渗与耐久结合考虑，以完 善结构混凝土的自防水。此外，工程采用大型定型钢模板，既能达 到施工要求，又能满足清水混凝土表面的建筑效果要求，同时解决 了渗漏隐患。自密实混凝土的应用木工程金塘桥下盖挖顺作段，因缺乏 混凝土振捣空间，采取了自密实混凝土作为结构内衬。由于自密实 混凝土流动性好，具有良好的施工性能和填充性能，且骨料不离析, 硬化后具有良好的力学性能和耐久性，可以很好地提高混凝土工程 质量，加快工程进度，同时改善了工程的施工环境并降低了工程费 用。而此后的四川遂宁市观音湖隧道，由于观音湖其实是一条河道 的一部分，是在

9、夏季丰水期由于下游水库蓄水而构成的城市景观湖, 所以隧道的建设只能利用冬季枯水期的4个月进行。因施工工期短, 在设计上也采用了大型定型钢模板进行大规模的结构混凝土进行施 工，结果如期完工，工程质量良好。2明挖隧道外包防水层的新材料运用隧道工程外防水层的选择是多种的，但成功的工程实践往往是因 地制宜、因工程而异的，结合笔者设计的几条隧道工程举例说明。2. 1南京九华山隧道是九华山湖中放坡开挖暗埋段隧道防水设计，南京九华山隧道采 用了华东地区较为典型的隧道外防水做法。考虑到隧道底板处于淤 泥质黏土之上、透水性差，因此隧道底板采用了水泥基渗透结晶型 防水涂料，利用涂料的反渗透性，使其在底板混凝土固结

10、过程中渗 入结构底板混凝土中，以达到底板防水的目的。而聚氨酯防水涂料 较之外包防水卷材能更好地与混凝土基而粘合，达到防窜水的目的, 同时避免了材料之间的接缝困扰。2. 2无锡太湖大道隧道是无锡太湖大道隧道主线伸缩缝防水构造。针对本工程顶板双折 板拱的结构特点和施工周期短等因素，设计提出了采用喷涂聚服防 水涂料作为顶板外防水层，这也是在隧道施工中开始大规模运用喷 涂型防水涂料；而结构底板及侧墙，按照外防内贴的原则，选择采 用预铺式防水卷材。与传统的聚氨酯防水涂料相比，喷涂聚腺防水 涂料主要具有如下两大优势：一是施工速度快，节省工期。施工速 度快不仅体现在喷涂作业先进的施工工艺上，而且聚服本身可在

11、5s 内凝胶，lmin即可达到步行强度，也是施工速度的一大保障。二是 聚腺防水涂料具有优异的理化性能，其强度高、无需做保护层，可 在施工后直接回填土。但喷涂聚腺防水涂料在现场施工中仍存在一 些尚需克服的难题，尤其是对于基面的要求较高。在JGJ/T200 2010喷涂聚腺防水工程技术规程中明确规定了 “基层表而应坚 固、密实、平整、干燥，不得有浮浆、孔洞、裂缝、灰尘、油污等, 否则应进行打磨、除尘和修补”；但在实际施作顶板防水层的时候, 真正做到上述要求并非易事。因此，如何做到力求适应基面、如何 优化底涂料等是今后聚腺施工过程中尚需克服的技术难点。预铺防 水卷材具有与浇筑表而的混凝土结构粘结密实

12、、不窜水的特点，并 且其施工方便快捷、防水质量得到保证，因此得到了越来越多专业 防水设计人员的认可。预铺防水卷材可分为P类（主体材料为高分 子）和PY类（主体材料为沥青基聚酯胎）两种，设计从材料耐久性 考虑，要求使用P类。但这一类材料又有很多品牌，如何甄别选择, 则成为工程实践的关键。对于防水卷材的甄选，设计要求施工现场 做防水卷材的简易剥离强度试验，通过模拟工程实际从而最终决定 选择合适的外包防水卷材，并将试验结果作为设计要求写入相关文 件或图纸。试验可按此进行：1）将预铺防水卷材放在室外暴晒10d,并模拟现场施工实况对 其进行人工踩踏；2）在现场安装模板，将日晒处理的预铺防水卷材分别立于模

13、板 内侧，然后浇筑一个长方体混凝土试块，试块的配比、养护等要求 与隧道主体混凝土相同；3）进行7d养护后拆模，对卷材进行人工撕扯，观察产品与后浇 混凝土试块的粘结情况，可以此判断卷材与混凝土基面的粘结性能。 卷材剥离强度试验。试验结果表明，尽管己采取了加强层、空铺等 措施，预铺防水卷材在伸缩缝位置仍会因变形量过大而导致卷材被 拉裂造成接缝渗水。因此，预铺防水卷材在过变形缝时采取何种措 施以适应足够的结构变形，是今后防水层设计需要进一步完善的地 方。2. 3四川遂宁市观音湖隧道观音湖隧道处于观音湖底，隧道顶板零覆土，仅有用于防冲刷和 抗浮的石笼覆盖，顶板完全浸泡在水中。因此，结构外防水层必须 具

14、有良好的耐水性以及与结构基而紧密粘结的性能。设计上选择了 预铺防水卷材（P类）与喷涂非固化橡胶沥青防水涂料作为隧道的 外防水层的组合。根据太湖大道隧道的工程经验，卷材方面采用了 现场试验性能较突出的PV1OO预铺防水卷材（P类，主要材料为 HDPE）,然而选择喷涂非固化橡胶沥青则是有所考虑的。前而提到, 木隧道工期非常紧张，因此在施作外防水涂层之前，要对结构混凝 土基而作进一步处理基木是不可能的。其次，结构变形缝接缝处采 用外贴式橡胶止水带，且侧墙局部为PV-100预铺防水卷材，采用防 水涂料时就要考虑到与这两种材料的粘结。最终，设计选择对结构 混凝土基而基木无要求，可在潮湿基面快速施工、能与

15、橡胶和塑料 两种材料粘结较好的非固化橡胶沥青防水涂料。当时在现场，通过 试验比较选择了具有韩国技术支持的品牌产品，从目前的效果来看, 几乎是当时唯一的选择。即为非固化橡胶沥青与橡胶和塑料粘结在 一起后撕开的效果，非固化橡胶沥青本体断裂，而橡胶和塑料的粘 结面并无脱落现象。3明挖隧道接缝防水的新技术接缝防水是隧道工程防水中的重要一环，随着工程材料的进步、 工程实践的不断总结，现在的接缝防水也有了很多新的做法，下面 介绍几种具有代表性新做法。3.1垂直缝与水平缝相交处在隧道纵向的水平施工缝与横向的垂直施工缝或者变形缝在结构 的侧墙总是有交点的，但以往设计忽略这个细节，垂直缝的止水措 施与水平缝的止

16、水措施即便不相交，也会造成结构缝渗漏的相互影 响。3. 2侧墙的水平施工缝在结构底板与侧墙的转角处，通常会有高出底板面2030cm的侧 墙与底板一起浇筑，这样就会存留一道侧墙上的水平施工缝，这道 施工缝往往就会成为渗漏的高发部位，通常称之为“烂根”。在隧 道大量改用大型定型钢模板技术之后，设计改变了这条缝的设置位 置，这种改变对于施工要求大大降低，施工质量可以得到保证。无 锡太湖大道隧道和四川遂宁市观音湖隧道运用了这种新型施工技术, 均未出现“烂根”现象。侧墙施工缝部位防水做法，3. 3兜绕成环的外贴式橡胶止水带以往的明挖隧道顶板伸缩缝外侧通常采用密封胶嵌缝，与侧墙的 外贴式止水带在转角处搭接

17、密封，不同防水材料之间的搭接质量难 以保证，处理不当往往会导致渗漏，因此设计在遂宁市观音湖隧道 的伸缩缝处整环设置了外贴式止水带。为解决外贴式止水带在顶板 的安装问题，设计人员在隧道顶板设置了上压模板，将顶板止水带 固定在上压模板上，为外贴式止水带的整环设置创造了条件。3. 4外贴式橡胶止水带加贴反应型丁基橡胶腻子带以往结构变形缝用的外贴式橡胶止水带，均以机械咬合的方式与 结构混凝土粘结，在混凝土施工过程中，出现咬合不紧密就会增加 接缝渗漏的概率。在无锡蠡湖隧道施工过程中，设计对外贴式橡胶 止水带作了适当调整，在止水带两端加贴反应型丁基橡胶腻子带， 使其与结构混凝土的粘结又多了一重保障。4结语隧道的防水施工是一个系统工程，设计只是这个系统工程的开端, 要做好隧道结构防水工程的质量全