隧道防水隔离层及二次衬砌施工技术

1、隧道防水隔离层及二次衬砌施工技术主讲：王振宇隧道产生渗漏的原因分析（1）隧道开挖对地下水的影响根据水力学和水文地质学原理，地下水的流动，有其固定的流线，从高压水位流向低压水位，但由于隧道的开挖，将引起围岩应力释放和重分布，从而改变围岩的力学特性和泾流路线，使周围水向隧道内汇集和积聚，给衬砌及底部渗漏水留下隐患。隧道开挖影响范围的大小与地层的渗漏系数、水位降深、过水断面大小有关，此外还受隧道周围溶洞、泉眼、水库或湖泊、江河的影响。（2）衬砌混凝土中的泌水管路浇筑混凝土时由于水灰比过大，在混凝土硬化过程中，由于多余的水分（不参与水化作用的游离水分）的蒸发，在混凝土中形成透水的开放性毛细泌水管路。（

2、3）施工中的原因使混凝土中存在空隙在混凝土拌合时，因拌合物和易性不佳，或因施工作业草率，以致混凝土质地不够均匀；或水泥浆未能与骨料表面很好粘结，如骨料表面被污染，水泥本身的内聚力超过了与集料的附着力，形成透水缝隙；或混凝土拌合物未能很好灌满捣实，从而产生疏松层或留下各种形状的缝隙与孔洞。衬砌混凝土材料中有杂物，腐烂后形成缝隙或孔洞。特别是在两环混凝土接缝部位，由于挡头板未拆除干净，腐烂后形成缝隙而漏水。灌筑衬砌混凝土的工作缝未加处理或处理不当，产生接合不严的漏水缝隙。先拱后墙法施工的拱墙连接部位处理不当而产生漏水。变形缝止水带安设不规范或未安设止水带而漏水。衬砌或混凝土砌块衬砌的灰缝不密实而漏

3、水。（4）衬砌混凝土的化学腐蚀衬砌周围的天然水对衬砌混凝土有腐蚀性。常见有溶出性、碳酸性、一般酸性、硫酸盐性和镁盐性的腐蚀等。这些腐蚀可能造成漏水孔隙，严重时将造成混凝土结构的破坏。（5）内应力作用使衬砌产生裂隙如施工方法不当，或拆模过早，或围岩压力过大超过设计荷载等，都能使衬砌内应力超过破坏强度而导致裂缝。如果隧道不设变形缝，当温差超过710时，混凝土可能因不能承受温度应力而产生裂缝。防水层隧道防水层是由防水板及其垫层组成，它能将地层中的渗水阻隔于二次衬砌之外，避免水与二次衬砌混凝土接触，防止地下水通过二次衬砌的薄弱环节渗入隧道。垫层的作用是保护防水板，使防水板免遭尖锐物的刺伤，同时充当渗水

4、通道。防水板多为合成高分子卷材，种类繁多，隧道工程上常用的防水板有PVC、EVA、HDPE、LDPE等，一般采用双焊缝，无钉铺设的方式。从围岩中渗流的水，在受到防水层阻隔后，不再沿径向渗向隧道，而只能在重力的作用下沿着喷射混凝土与防水层的间隙下渗。当渗水量较小时，很容易下排；当渗水量较大时，则通过铺设的排水盲管排出。3.8 防水板施工作业在基面处理、排水盲管设置、水平施工缝止水条安装完成后，进行防水板施工作业，一般包括铺设准备、缓冲层铺设、防水板固定、防水板焊接、质量检查等环节。防水板铺设专用台车示意图（1衬砌内轮廓检测刚架；2人梯；3作业平台；4防水板扇形支撑；5门架） 3.8.1 铺设准备

5、洞外检查、检验缓冲层材料及防水板质量，防水板宜选用高分子材料，幅宽一般为24m，其中客货共线隧道防水板厚度不得小于1.2mm，客运专线防水板厚度不得小于1.5mm，耐刺穿性、柔性、耐久性好且应符合设计要求。对检查合格的防水板，用特种铅笔划焊接线及拱顶分中线，并按每循环设计长度截取，对称卷起备用；洞内在铺设基面标出拱顶中线，画出隧道中线第一环及垂直隧道中线的横断面线。防水板主要物理性能项目拉伸强度（MPa）断裂延伸率（）热处理时变化率（）低温弯折性抗渗性指标122002.520无裂纹0.2MPa,24h不透水3.8.2 缓冲层铺设对于设计为分离式的防水板，先进行缓冲层铺设，缓冲层材料根据设计选用

6、，一般采用射钉固定。土工布，又称土工织物，它是由合成纤维通过针刺或编织而成的透水性土工合成材料。成品为布状，一般宽度为4-6米，长度为50-100米。土工布分为有纺土工布和无纺土工布。土工布具有优秀的过滤、排水、隔离、加筋、防渗、防护作用，具有重量轻、抗拉强度高、渗透性好、耐高温、抗冷冻、耐老化、耐腐蚀 暗钉圈固定缓冲层示意图隧道防水板垫层布设（1）铺设的步骤为：先在隧道拱部位标出纵向中线。使缓冲层垫衬基本与洞室轴线直交，留足基面凹凸部位的富有量，由两边墙向拱部铺设。用带热塑性圆垫圈的射钉将缓冲层平整顺直地固定在基层上，固定点间距：一般拱部0.50.8m，边墙0.81.0m，底部11.5 m，

7、呈梅花形排列，并左右上下成行固定。缓冲层接缝搭接宽度不得小于50mm，一般仅设环向接缝，当长度不够时，设轴向接缝应确保上部（靠近拱部的一张）应由下部（靠近底部的一张）缓冲层压紧，并使缓冲层与喷混凝土表面密贴。（2）缓冲层铺设质量检查指标：缓冲层材料的各项技术参数满足设计要求。铺设范围及铺挂方式及搭接宽度符合设计要求。固定点设置的数量合理，间距满足规定。铺设面平顺，无隆起，无皱折。 3.8.3防水板铺设（1）技术要求防水板铺设应超前二次衬砌施工12衬砌施工段长度，并设临时挡板防止机械损伤和电火花灼伤防水板，同时与开挖掌子面应保持一定的安全距离。对于初期支护为钢纤维混凝土的，防水板铺设前应补喷一层

8、水泥沙浆保护层，以保护防水板。铺设前进行精确放样，弹出标准线进行试铺后确定防水板一环的尺寸，尽量减少接头。防水板采用环向铺设，从拱部向两侧边墙展铺，下部防水板应压住上部防水板，松紧应适度并留有余量（一般实铺长度与弧长的比值为10：8），保证防水板全部面积均能抵到围岩。防水层搭接焊示意图分段铺设的卷材的边缘部位预留至少60cm的搭接余量并且对预留部分边缘部位进行有效的保护。附属洞室处铺设防水板时，先按照附属洞室的大小和形状加工防水板，并与边墙防水板焊接成一个整体。三层以上的塑料防水板的搭接形式必须是T形接头。两幅防水板的搭接宽度不应小于150mm。排水盲管排水盲管又称排水盲沟，主要以合成纤维、塑

9、料以及合成橡胶等为原料，经不同的工艺方法制成各种类型、多功能的土工产品。其材质憎水、阻力小，具有极高的表面渗水能力和内部通水能力；并具有极好的抗压能力及适应形变的能力；具有极佳的化学惰性，在岩土工程使用中能保持长久的寿命；重量轻，易裁剪，施工安装方便。应用领域主要作用是集排土中渗水，用以减小地下水压力，排除多余水分，保护土体和建筑物不会因产生渗透变形而破坏。广泛应用于土木、交通、水利、工民建矿工、环境保护等建设项目的地下集排水工程。 （2）防水板固定对于设计为分离式的防水板，可用热风焊枪或热合器，使其防水板融化与塑料垫圈粘结牢固。对于设计为复合式的防水板，则按设计要求（一般拱部0.50.8m，

10、边墙0.81.0m，底部11.5 m）在铺设基面打设膨胀锚栓，采用悬吊法牢固固定，膨胀锚栓帽宜采用圆弧形，锚栓顶面离喷射混凝土面距离不大于3mm。在凹凸较大的基面上，在断面变化处增加固定点，保证其与混凝土表面密贴。（3）防水板铺设、固定质量检查铺设范围及铺挂方式应符合设计要求；搭接形式和宽度满足规定要求；悬吊固定点设置的数量合理，间距满足规定；分段铺设的预留接头长度满足规定要求；防水板的与基层固定牢固，用手将已固定好的塑料板上托或挤压，检查其与喷射砼面的密贴程度及预留量，防水板没有绷紧和破损现象。（4）防水板焊接 焊接时，接缝处必须擦洗干净，且焊缝接头应平整，不得有气泡折皱及空隙。防水板之间的

11、搭接缝应采用双焊缝、调温、调速热楔式功能的自动爬行式热合机热熔焊接，细部处理或修补采用手持焊枪。开始焊接前，应用小块塑料片上试焊，以掌握焊接温度和焊接速度。单条焊缝的有效焊接宽度不应小于15mm。防水板搭接焊缝示意图国内常用焊接机防水板焊接试验在焊缝搭接的部位焊缝必须错开，不允许有三层以上的接缝重叠。焊缝搭接处必须用刀刮成缓角后拼接，使其不出现错台。防水板纵向搭接与环向搭接处，除按正常施工外，应再覆盖一层同类材料的防水板材，用热焊焊接。焊缝应无漏焊、假焊烤焦、焊穿、外露的固定点等现象，若有应予补焊，且用塑料片覆盖焊接。（5）防水板焊缝施工质量检查目测及尺量检查：检查防水板有无烤焦、焊穿、假焊和

12、漏焊，焊缝宽度是否符合设计，焊缝是否均匀连续，表面平整光滑，有无波形断面。 充气检查：检查采取随机抽样的原则，环向焊缝每衬砌循环抽试1条，纵向焊缝每衬砌循环抽试2条。具体检查要求为：将5号注射针与压力表相接，用打气筒进行充气，当压力表达到0.25MPa时停止充气，保持15min，压力下降在10%以内，说明焊缝合格；如压力下降过快，说明焊缝不严。用肥皂水涂在焊缝上，有气泡的地方重新补焊，直到不漏气为止。（6）防水板施工作业控制要点防水板应存放在室内，库房应整洁、干燥、无火源、自然通风要好，并应远离高温热源及油脂等污物，防水板搬运时严禁在地面拖拉。防水板铺设前，应全部检查防水板是否有变色、波纹(厚

13、薄不均)、斑点、刀痕、撕裂、小孔等缺陷，如果存在质量疑虑，要进行张拉试验、防水试验和焊缝抗拉强度试验，如发现防水板有裂纹、针孔等应立即修补好。膨胀螺栓安装孔位要严格控制方向和排列距离，避免安装时搭接困难，并且要尽量垂直岩壁。防水板接缝应与衬砌施工缝错开0.51m。对于避车洞处防水板的铺设，如成形不好，须用浆砌片石或模筑混凝土使其外观平顺后，方可铺设防水板，对于热合器不易焊接的部位用热风枪手工焊接。工作台面板及人员上下的梯子要稳固可靠，不得有裸露的尖钉及锋利器角物。 操作时工作人员严禁吸烟，热焊机操作手必须经过培训，并且人员相对固定。（7）防水层的保护防水层施工完成后，必须严加保护，否则极易损坏

14、，导致防水质量下降乃至完全失效，故必须予以重视。任何材料、工具、在铺设时应尽量远离已铺好的地段堆放，不得穿带钉子的鞋在防水层上走动，对现场施工人员加强防水层保护意识教育，严禁损坏。在没设保护层处（如拱顶、侧墙）进行其他作业时不得破坏防水层，钢筋焊接作业时，防水板要用阻燃材料进行覆盖，避免焊火花损伤防水板。 挡头板的支撑物在接触到塑料防水板处必须加设橡皮垫层。采用钢筋混凝土衬砌时，要对钢筋头部进行防护，避免损伤防水板。绑扎钢筋和安装模板及衬砌台车就位时，在钢筋保护层垫块外包土工布防止碰撞和刮破塑料板。在灌注二次衬砌混凝土时，振捣棒引起的对防水层的破坏不易发现，故二次衬砌模注混凝土施工时应特别注意

15、，不得破坏防水层，浇筑时应有专人观察，发现损伤应立即修补。在灌注二次衬砌混凝土时，应在混凝土输送泵出口处设置防护板，防止混凝土直接冲击防水板。二次衬砌模注混凝土捣固时，避免让捣固器与防水板接触；插入式振动棒需变换其在混凝土中的位置时，应竖向缓慢拔出，不得在混凝土浇筑仓内平拖。二次衬砌中埋设的管料与防水板间距不小于5cm ，以防止破损塑料防水板。概述1二次衬砌施工方法2施工缝及空隙的处理3减少及预防二次衬砌开裂4二次现浇混凝土衬砌施工 在公路隧道及地下工程中常用的支护衬砌形式主要有：整式衬砌、复合式衬砌及锚喷支护。整体式衬砌即为永久性的隧道模筑混凝土衬砌（常用于传统的矿山法施工）；复合式衬砌是由

16、初期支护和二次支护所组成，初期支护是帮助围岩达成施工期间的初步稳定，二次支护则是提供安全储备或承受后期围岩压力。锚喷衬砌的设计基本上同复合式衬砌中的初期支护的设计，只是应增加一定的安全储备量。 一.概述常用的支护衬砌形式1整体式衬砌（传统矿山法）2复合式衬砌（新奥法）3锚喷衬砌 按照现代支护理论和新奥法施工原则，作为安全储备的二次支护是在围岩或围岩加初期支护稳定后及时施作的，此时隧道已成型，因此二次支护多采用顺作法，即由下向上，先墙后拱顺序连续灌溉。在隧道纵向需要分段支护，分段长度为9m12m。二.二次衬砌施工方法 二次衬砌多采用模筑混凝土作为衬砌结构。由于时间因素影响很多，二次衬砌和仰拱的施

17、作，直接关系到衬砌结构的安全。过早施作会使二次衬砌承受较大的围岩压力，拖后施作会不利于初期支护的稳定。因此，在施工中通过监控量测掌握围岩与支护结构的变化规律，及时调整支护与衬砌设计参数，并确定二次衬砌和仰拱的施作时间，使衬砌结构安全可靠。隧道泵送模注衬砌施工工艺框图 中心水平测量矮边墙基顶修凿衬砌台车轨道辅设脱 模松开各丝杆千斤顶用千斤顶将过模脱开用液压千斤顶将过拱模脱开松开轨道卡台车就位紧固下部中间支孔千斤顶紧固轨道卡行走定位水平定位立模用液压千斤顶高速拱部标高拱部中心线定位立模用液压千斤顶高速拱部中线边墙模板预定位拱墙模板固定成型用边墙液村千斤顶高速边墙净空紧固各丝杆千斤顶涂脱模剂灌注混凝

18、土泵送砼经前后灌注口入模分层灌注脱模养生混凝土输送管从拱顶中间灌注口入模前后两端挤压施工准备定位立模灌注砼二次衬砌现场作业 二次支护多采用模筑混凝土作为内衬衬砌 二次衬砌混凝土施工除应遵守公路隧道施工技术（JTJ042-94）有关规定外，尚应符合下列要求：（1） 混凝土混合料必须同时输入搅拌机；（2）采用混凝土拌和楼、搅拌车及泵车送混凝土时，要求搅拌在输送混凝土时不得停拌，自进入拌和机至卸出的时间，不得超过混凝土初凝时间的一半；（3）初期支护基本稳定后，应及时修筑二次衬砌，当混凝土强度达到2.5Mpa时即可脱模。二次衬砌混凝土施工主要技术要求二次衬砌施作时间确定 二次衬砌的施作时间，应在围岩和

19、锚喷支护变形基本稳定后进行。主要条件是：（1）位移速率有明显减缓的趋势；（2）拱脚附近水平收敛小于每天0.2mm；（3）已产生的位移占总位移量的80%以上。其位移与位移速率是以采用机械式收敛计实测数据为依据的。水平位移与拱顶下沉速度，以安全考虑，是指至少7d的平均值，总位移值可由回归分析计算求得。37 自稳性很差的围岩，可能在较长的时间达不到上述基本稳定的条件，喷混凝土将会出现大量明显裂缝，而支护能力难以加强，此时则应及早施作仰拱，以改变围岩变形条件。若围岩仍不能稳定，应提前施作二次衬砌，以提供支护抗力，避免初期支护坍塌。 如二次衬砌仅作为保护防水层的不承重结构，其厚度小、自重轻，无论单、双车

20、道隧道，当混凝土强度达到2.5Mpa时，即可拆模。 典型的位移时态曲线 泵送混凝土施工技术要求1、泵送混凝土坍落度 （1）振动时通常为8cm12cm；（2）不振捣时通常为15cm21cm。2、最小水泥用量管径分别为100mm、125mm和150mm时，其最小水泥用量分别为280kg/m3、290kg/m3及300kg/m3。3、石子粒径管径分别为100mm、125mm和150mm时，其石子粒径分别为小于或等于20mm、25mm和40mm。4、泵送物含气量应为5%左右为宜二次衬砌完工 隧道工程二次衬砌背面的防水混凝土施工缝与伸缩缝、沉降缝一样，对隧道漏水有重要影响，所以均必需注意处理。防水混凝土

21、的施工缝须作防排水处理，一般可采用塑料止水带或橡胶止水带，基本无水地段可采用企口式或台阶式施工缝。止水带品种较多，可经技术经济比较后选用。如设置止水带后仍有渗漏水时，则需进行堵漏或设置排水暗槽进行处理。三.施工缝及空隙的处理二次衬砌出现渗水橡胶止水带技术性能指标要求 硬度6065邵氏度； 抗拉强度17.6519.61Mpa； 伸长率450%以上； 老化系数0.85以上； 耐寒性-45。 止水带施工安设工艺 止水带的安设工艺，应视现场施工机具而定。当采用模板台车与泵送混凝土时，宜采用如下的止水带安设工艺：（1）沿设计衬砌轴线，每隔不大于0.5m钻一直径为12mm的钢筋孔；（2）将制成的钢筋卡，由

22、待灌混凝土侧向穿入，内侧卡紧止水带一半，另一半止水带平靠在挡头板上（见图3-6所示）；（3）待混凝土凝固后拆除挡头板，将止水带靠钢筋拉直、拉平，然后弯钢筋卡套上止水带（见下图所示）。下环止水带定位初期支护与二次衬砌间空隙处理 初期支护内轮廓与二次衬砌外轮廓间应紧密结合。由于超挖、坍塌等原因造成两者之间可能有空隙时，可采用以下几种办法处理，以增强初期支护与二次衬砌之间的粘结。处理方法当空隙不超过允许超挖量时，或由于初期支护施工后洞体净空收敛未达到设计预留变形量时，应根据实际轮廓选择增大加宽值，或以同级混凝土回填密实。当超挖较大，用上述方法不能满足初期支护与二次衬砌间密贴的要求时，拱脚及墙基以上1

23、m范围内采用同级混凝土回填密实，其余部分可根据空隙大小分别选用同级混凝土、浆砌片石或贫混凝土回填。当为较大空隙或坍塌处，应加强初期支护，使其充分稳定后方可进行二次衬砌。此时，较大的空隙或坍塌处所不宜采用一般填料，以避免二次衬砌的局部承载过大，而应增设锚杆钢筋网喷混凝土等措施，以加强初期支护与二次衬砌间的支撑接触。采用贫混凝土回填采用钢支架，钢支撑等用同级混凝土回填密实增设锚杆钢筋网喷混凝土措施四.减少及预防二次衬砌开裂防止和减少二次衬砌开裂主要措施（1）混凝土加减水剂、膨胀剂或用膨胀水泥由于混凝土收缩和水泥水化发热，使混凝土灌注后温度上升，经3d5d后温度下降等原因，使衬砌受拉超过混凝土极限强度后而出现裂