高原隧道洞内防排水及衬砌隔热保温层施工技术

1、99昆仑山隧道洞内防排水及衬砌隔热保温层施工技术周晋筑方东明(中铁五局青藏指挥部青海格尔木816000摘要本文介绍了高原多年冻土区世界第一长隧昆仑山隧道洞内防排水及衬砌隔热保温层的设计特点,通过材料性能优选和工艺试验,选定了适宜于高原多年冻土隧道洞内防排水及衬砌隔热保温层施工的材料,并制定科学、合理的施工方法和工艺,确保昆仑山隧道工程质量。关键词青藏铁路多年冻土隧道防排水隔热保温层施工技术1 工程概况多年冻土区已成为人类生产和生活的场所,由于冻土中冰的存在决定了寒区工程建设独有的特点,如不采取与一般条件不同的特殊措施和方法,则既可能引起多年冻土区工程建筑物运行遭受冻害威胁,也可能造成严重的经济

2、浪费。青藏铁路昆仑山隧道地处海拔4600m以上的高原多年冻土区,隧道全长1686m,是高原多年冻土区世界第一长隧。其独特的地理位置、严酷的自然环境、复杂的地质条件及国内外高原多年冻土区隧道施工经验的缺乏,使施工面临前所未遇的困难。昆仑山隧道通过区地质构造复杂,节理裂隙非常发育,结构破碎,主要为级围岩,属多年冻土。隧道进口分布有1.8m左右厚的饱冰冻土,其余为少冰、多冰冻土。多年冻土下限在隧道中部DK977+000DK977+500段接近隧底。在多年冻土下限以下的融区内分布有基岩裂隙水,隧道正常涌水量为222.55m3/d,最大涌水量445.10m3/d。隧道设计地震烈度八度,最冷月平均气温-1

3、6.7。2 隧道防排水及衬砌隔热保温层设计概况(1昆仑山隧道防排水遵循“防、排、截、堵,多道防线,综合治理”的原则,以防、堵为主,排、截为辅。(2隧道设计采用曲墙带仰拱整体式模筑钢筋混凝土衬砌、模筑混凝土支护,其拱部模筑支护背后进行回填压浆填充空隙,以保证其背后密实。(3DK976+832DK977+635段结合中空注浆锚杆进行围岩注浆堵水。-作者简介:周晋筑,男,汉族,籍贯山西,生于1972年,工程师,1995年毕业于长沙铁道学院,工学学士,主要从事铁道土木工程施工。(4全隧洞内设双侧保温水沟,墙脚纵向设100mmPVC盲沟,通过“三通”及50mmPVC泄水管与洞内保温侧沟连接,侧沟水通过检

4、查井与格尔木端洞外保温暗沟连接引排。洞内结合环向施工缝在模筑支护与防水层之间设50mm环向透水盲沟,间距510m,通过“三通”与衬砌墙脚纵向盲沟连接。泄水孔穿过防水板及隔热保温层处,两侧应粘贴橡胶垫进行防水处理。(5二次衬砌环向施工缝设置遇水膨胀止水条并用WJ水泥基界面剂处理。洞口300m范围结合施工缝设置伸缩缝,间距2025m,在设置伸缩缝的断面处,模筑钢筋混凝土衬砌截面中间安设橡胶止水带,在靠近支护一侧衬砌外缘安置宽100mm遇水膨胀橡胶止水条,其余空隙用渣油麻筋或浸油木板充填。(6隧道全断面设防水隔热保温层,铺设于模筑支护与二次模筑钢筋混凝土衬砌之间,结构形式采用“复合防水板+隔热保温层

5、+复合防水板”。3 材料性能及工艺试验防排水及衬砌隔热保温层是昆仑山隧道中设计的特殊和最关键的结构,其施工工艺和施工质量对保证昆仑山隧道工程质量至关重要。由于青藏高原独特的气候和地质条件,对隧道的防排水和衬砌隔热保温提出了很高的要求,而目前国内外对多年冻土区隧道防排水及衬砌隔热保温层施工没有成熟的经验,且一般地区隧道的防排水施工方法已不能适应昆仑山隧道施工的需要。青藏高原低气温、昼夜温差大的特殊气候,要求所选用的材料耐低温性能良好,尤其是胶水在低温下的粘接强度和凝固时间都必须满足施工要求。一般地区隧道防水层施工采用先钉无纺布后安装防100101水薄膜或直接铺设柔性防水薄膜的无钉铺设方法,其施工

6、工艺复杂,防水层质量控制困难,而且防水层背后很难密贴,容易积水,在普通隧道还可以通过防水层背后的排水盲沟和横向泄水孔将积水排走。但多年冻土区隧道排水困难,如果积水,将产生冻害,严重破坏结构。另外,昆仑山隧道独特的防水及隔热保温层共三层结构,重量大,要求三层结构之间能很好地结合在一起。通过试验决定采用粘贴工艺施工防水及隔热保温层,以保证其与模筑支护及各层结构之间结合紧密且施工方便。经过一系列技术攻关,通过大量的调研和性能比较试验,选定了合适的防水、排水及保温材料;成功完成防排水及衬砌隔热保温层的工艺试验并优化设计,从而为昆仑山隧道防排水及衬砌隔热保温层施工提供了可靠的技术保障和科学的施工工艺,确

7、保其工程质量。3.1 防排水及衬砌隔热保温材料选用的防排水与衬砌隔热保温材料规格及主要性能参数见表1。表1 材料规格及主要性能参数 3.2 粘贴工艺试验(1要求粘贴5min 后满足施工要求(表2。表2 粘贴5min 后剥离强度 (2剥离强度随时间增长曲线(图1、2。图1 OP 树脂胶(防水板与混凝土粘贴剥离强度增长曲线 图2 OP 树脂胶(防水板与保温板粘贴剥离强度增长曲线4 隧道洞内防排水及衬砌隔热保温层施工方法4.1 施工缝施工方法在灌筑新混凝土前,用钢丝刷将前期灌筑并硬化的混凝土接合面(基层刷毛,清除表面浮浆和5101520255min 10min30min1h3h6h 24h时间强度(

8、k N /m 123455min 10min 30min 1h 3h 6h24h时间 强度(k N /m 浮碴,再立模灌筑新混凝土。冬季还应做好施工缝部位的防冻。图3 环向施工缝防水示意(1设置止水条预留槽在上一环衬砌端头板里侧设计安置止水条的部位预先埋设表面涂有脱膜剂的硬木条或塑料条以形成预留浅槽,预留槽应平顺、规则,槽应比止水条宽12mm,槽深为止水条厚度的1/2,即10mm。(2基层处理用钢丝刷及除锈工具将基层混凝土表面的突出部分、浆皮及松软部分清除掉。清除基层混凝土表面的污物、油迹及粘附的脱模剂。基层混凝土表面呈明显干燥或夏季干燥蒸发较快时,涂刷界面剂前应将基层均匀洒水湿润。(3安装止

9、水条在预留槽中涂抹树脂胶,45min后,把止水条安装到预留槽中,并轻压粘贴牢固,止水条采用45°斜面对接,用树脂胶粘接牢固。(4WJ界面粘接剂的配制在容器中把水泥(32.5R以上的普通硅酸盐水泥或硅酸盐水泥及水泥重量30%的WJ界面粘接剂均匀拌合,然后加入适量的水(水灰比约0.3左右,以搅拌成易于刷涂或喷涂为宜。每次配制的数量以2h内用完为宜。使用后的容器和机具应及时清洗干净。(5涂刷WJ界面粘接剂对旧混凝土基层表面刷涂或喷涂WJ界面粘接剂,刷涂厚度约为23mm,要求均匀一致,不能有漏刷或不均匀。4.2 伸缩缝施工方法伸缩缝防水的构造如图4,其施工方法按以下顺序和要求进行。图4 伸缩

10、缝防水构造(单位cm(1安装橡胶止水带在上一环钢筋混凝土衬砌立模时,通过铁丝或钢筋将橡胶止水带一半固定在正确位置,并保证止水带平展,再将衬砌端头板安装牢固,防止漏浆,灌筑混凝土。下一环衬砌混凝土灌注前,也用同样方法将剩余的一半止水带固定牢固,位置准确。每一环伸缩缝止水带分两次安置,仰拱和拱墙各一次,先施工仰拱,所以仰拱衬砌的止水带两端应留有一定长度,以便与拱墙衬砌的止水带连接。连接时搭接长度不小于20cm,止水带的凸出部位应适当错开。采用树脂胶粘接,并从两侧用钢片夹紧,以保证粘接牢固、密贴,然后拆掉钢片。(2安装遇水膨胀止水条上一环混凝土衬砌拆模后,清理混凝土基面,在隧道二次模筑衬砌断面最里侧

11、(靠围岩侧安置遇水膨胀止水条,并用树脂胶粘贴固定,然后浇筑下一环混凝土。止水条的接头采用45°斜面对接法粘接。(3铺设浸油木板将浸油木板铺设在止水带两侧的伸缩缝空隙中,填充满整个伸缩缝(伸缩缝宽度20mm并固定牢固,再灌注新的一环混凝土。(1定位橡胶止水带时,要求定位准确、牢固,其中间空心圆环应与变形缝的中心线重合,止水带在界面部位保持平展,不能有翻滚、扭转。(2由于混凝土中有尖石或钢筋,在定位止水带和浇捣混凝土时,应防止力量过大刺破橡胶止水带,如发现有破裂应及时修补。(3在浇筑混凝土时,应防止止水带偏移,影响止水效果。 102(4浇筑混凝土时要充分振捣,以保证止水带和混凝土结合良好

12、,起到很好的止水效果。(5止水带接头必须粘接牢固、密贴。(6伸缩缝内填充物必须密实、饱满。4.3 洞内防水及衬砌隔热保温层施工方法 图6 仰拱、拱墙防水及衬砌隔热保温层工艺流程(1复合防水板粘贴复合防水板采用涂胶粘贴的方法施工,为了施工方便,拱墙复合防水板分为二块,从隧顶向两侧粘贴,在墙脚与仰拱复合防水板连接。模筑混凝土支护表面清理用钢钎或砂轮等小机具将混凝土表面凸出部分找平,凹处可用水泥砂浆填平,再用钢丝刷、毛巾等清理干净。用排刷在模筑支护混凝土表面和复合防水板无纺布表面分别均匀涂抹胶水,待胶水风干至不粘手时(约34min用小滚辊缓慢推压防水板,使之与模筑支护粘贴牢固,粘贴时注意保证防水板平

13、整。(2复合防水板接缝处理复合防水板的接缝是防水层最薄弱的部位,必的保温板接触的侧面均匀涂抹TN-1型聚氨酯粘结剂12mm厚,34min后粘贴、轻压粘结基面,使保温板与复合防水板粘贴牢固,保温板之间接缝紧密。保温层内侧防水层的施工方法同第一层防水层。5 结语(1采用无纺布/PVC复合的一布一膜作为防水层,取代以往施工中运用的先钉无纺布、后安装103青藏铁路高原多年冻土区工程建设科技论文集 （7） 设计中纵向排水盲沟采用 100mmPVC 圆 管，安装时要求部分嵌入混凝土模筑支护，只能采 取预留凹槽或衬砌后凿槽的方法，但施工困难且效 率很低，如果把圆形排水管设计成马蹄形截面的排 水管，可使盲沟与

14、混凝土壁面密贴且施工方便。 （3）昆仑山隧道设计有模筑支护，采用粘贴工 艺施工复合防水板和衬砌隔热保温层，能完全满足 施工要求且保证工程质量。一是保证复合防水板与 模筑支护密贴， 能有效防止在其夹层中间产生积水。 二是对复合防水板无任何破坏，大大提高了防水层 的防水效果。三是施工方便，易于操作，对其它工 序干扰小。 （4）在昆仑山隧道的特殊环境条件下，OP 树 脂胶是复合防水板与模筑支护、隔热保温板理想的 粘接材料，其性能可靠，施工方便，价格适中。 参考文献 （5）TN-1 型聚氨酯粘接剂是隔热保温板理想 的接缝处理材料，其粘接强度和导热性能均能满足 要求且施工方便，能有效提高保温板接缝的保温

15、性 能，从而保证保温层整体的隔热效果。 （6） 设计中环向和纵向排水盲沟没有采取保温 措施，管内的水容易产生冻结，能否达到有效的排 水效果？隧道模筑支护背后是最容易积水的部位， 如果在模筑支护外侧设置环向和纵向盲沟并采取有 效的保温措施，更能起到良好的排水效果。 1 金乃翠、曲祥民、张元友、林英，保温板防冰冻技术J，冰川冻土， 1994，01:125-130。 2 程国栋、何平，多年冻土地区线性工程建设J，冰川冻土，2001， 03:156-161。 3 邵福元，大坂山隧道保温防寒系统的施工技术J，铁道建筑，1999， 10:67-72。 4 刘国玉，高海拔高寒隧道施工技术J，中国铁道科学，2001 ， 04:201-209。 5 王有科，高海拔寒冷地区隧道修筑技术J，西部探矿工程，2000， 04:97-104。 扬其新、刘东明、盛草樱、高明、潘家鼎、扬美传，隧道及地下工 6 程喷膜防水技术J，铁道学报，2002，2:253-259。 7 臧恩穆、 马忠英、 冯勇， 大坂山公路隧道的防排水系统J， 公路， 1998， 03:57-63。 8 武志萍，高寒地区隧道防排水施工技术J，山西建筑，2002 ， 01:125-130。 防水薄膜的方法，质量可靠，施工方便且铺贴平整。 （2）保温板采用工厂预制