瀏陽河隧道全包型防排水系統(tǒng)類型及施工關(guān)鍵技術(shù)

項(xiàng)志敏,袁仁愛,羅田郎

(中鐵一局集團(tuán)有限公司,西安 710054)

1 武廣客運(yùn)專線隧道防排水系統(tǒng)類型

按照隧道襯砌結(jié)構(gòu)的防排水類型,目前主要有兩種:一種為排水型,其防水原則為“防、排、堵、截結(jié)合,因地制宜,綜合治理”,在地下水環(huán)境要求較高時(shí)采用“以堵為主,限量排放”的原則。武廣客專環(huán)保水保要求高,防排水施工采用“以堵為主,限量排放”防水原則;另一種為全包型,其可分為“以防為主,多道設(shè)防”的全包防水型及“以防為主,限量排放”全包排水型。

排水型襯砌一般應(yīng)用于地下水環(huán)境不敏感地段,主要應(yīng)用于山嶺隧道。我國現(xiàn)行的排水型隧道防排水設(shè)計(jì)采用“防、排、堵、截結(jié)合,因地制宜,綜合治理”的總原則,強(qiáng)調(diào)排水暢通,實(shí)施中只要做到“不空、不破、不裂、暢通”,即能滿足客運(yùn)專線隧道防排水要求。隧道排水型系統(tǒng)施工技術(shù)較為成熟。

全包型襯砌一般應(yīng)用于地下水環(huán)境敏感或地面有重要建筑物不能因隧道長期排水引起沉降的地段。武廣全線采用全包型防排水系統(tǒng)的隧道主要為穿越市區(qū)的瀏陽河隧道、金沙洲隧道等。根據(jù)設(shè)計(jì),穿越市區(qū)的隧道當(dāng)?shù)叵滤桓卟睢?0 m時(shí),采用全包防水型襯砌結(jié)構(gòu);當(dāng)?shù)叵滤桓卟?＞50 m時(shí),采用全包排水型襯砌結(jié)構(gòu)。在德國以地下水位高差80 m為界,劃分全包防水型及全包排水型。全包型在我國鐵路隧道施工中實(shí)屬罕見,特別是新型防水材料在客運(yùn)專線隧道中的運(yùn)用還屬于研究階段。

2 排水型及全包型防排水系統(tǒng)

隧道防排水系統(tǒng)主要由兩部分組成即洞外防排水系統(tǒng)及洞內(nèi)防排水系統(tǒng)。其中洞外防排水系統(tǒng)主要有截水天溝、洞外排水溝、洞口截水橫溝、邊坡排水系統(tǒng)組成;洞內(nèi)防排水系統(tǒng)主要由縱橫向盲溝、防水板、施工縫及變形縫處設(shè)置的止水帶、排水明暗溝組成。隧道工程施工防水應(yīng)重視初期支護(hù)的防水,并輔以注漿防水和防水層加強(qiáng)防水,滿足結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和使用要求。洞內(nèi)防排水系統(tǒng):排水型隧道內(nèi)防排水系統(tǒng)見圖1,全包型防排水系統(tǒng)見圖2。

圖1 排水型綜合防排水系統(tǒng)斷面示意(非縫地段)

排水型防排水系統(tǒng):①采用普通 E V A、E C B、H D P E等防水材料,僅拱墻部分鋪設(shè);②初期支護(hù)與防水板之間設(shè)置 φ 50 mm環(huán)向盲溝、縱向施工縫處設(shè)置縱向盲溝;③環(huán)向施工縫:拱墻環(huán)向施工縫處設(shè)置中埋式止水帶、緊靠止水帶位置布設(shè) φ 50 mm環(huán)向排水波紋管(外包土工布),仰拱環(huán)向施工縫設(shè)置中埋式止水帶,拱墻及仰拱為鋼筋混凝土?xí)r中埋式止水帶采用遇水膨脹橡膠止水帶,為素混凝土?xí)r采用鋼板膩?zhàn)又顾畮?。④縱向施工縫處混凝土接觸面涂以混凝土界面劑。⑤變形縫處設(shè)置環(huán)向中埋式遇水膨脹橡膠止水帶,并在仰拱部位環(huán)向設(shè)置雙層抗剪鋼筋,以減小變形縫兩邊的不均勻沉降。拱墻變形縫處襯砌內(nèi)緣設(shè)置鋼板接水盒、內(nèi)緣 3 cm范圍內(nèi)以聚硫密封膠封堵,其余空隙采用填縫料填塞密實(shí)。⑥對地下水豐富隧道及長大隧道仰拱部位設(shè)置中心排水管,環(huán)縱向排水盲管、盲溝內(nèi)排水引排至隧道側(cè)溝,側(cè)溝水再通過 φ 100 mm的橫向 PVC泄水孔引排至中心排水管。⑦拱頂縱向及拱墻環(huán)向設(shè)置可維護(hù)注漿管以加強(qiáng)防水。

全包型防排水系統(tǒng):①采用自粘型防水板新型防水材料,其由 E V A或 E C B或 H D P E材質(zhì)胎基、高分子聚合物粘膠層及保護(hù)膜三層組成。高分子聚合物粘膠層能與后澆混凝土牢固粘接,與普通防水板相比其最大優(yōu)點(diǎn)在于防止地下水竄流。隧道全環(huán)鋪設(shè)。②由于以防為主,不允許排放或少量排放,故不設(shè)中心排水管。③環(huán)向施工縫:全環(huán)設(shè)置遇水膨脹止水膠條、中埋式鋼邊橡膠止水帶雙道防水,拱墻設(shè)置可維護(hù)注漿止水管加強(qiáng)防水;④縱向施工縫:采用刷涂混凝土界面劑、止水鋼板和遇水膨脹橡膠止水條防水;⑤變形縫:變形縫部位全環(huán)設(shè)置外貼式橡膠止水帶、φ 20 mm打孔 PVC波紋管(外包土工布)、中埋式鋼邊橡膠止水帶、瀝青木絲板塞縫、聚硫密封膠等;并在仰拱部位環(huán)向設(shè)置雙層抗剪鋼筋,以減小變形縫兩邊的不均勻沉降。⑥縱向排水盲管:全包防水型隧道兩側(cè)的縱向施工縫處防水板內(nèi)側(cè)設(shè)置 H D P E 110/96雙壁打孔波紋管,沿縱向每 10 m分段并直接與隧道側(cè)溝連通;全包排水型隧道兩側(cè)縱向施工縫處防水板外側(cè)設(shè)置H D P E 110/96雙壁打孔波紋管,沿縱向每 10 m分段并直接與隧道側(cè)溝連通。⑦全包防水型隧道拱墻防水板與二次襯砌之間環(huán)向施工縫處設(shè)置 H D P E 50打孔波紋管,平均每 10 m一環(huán)(可根據(jù)臺車長度調(diào)整),并直接與隧道側(cè)溝連通。全包排水型隧道拱墻初期支護(hù)與防水板之間環(huán)向施工縫處設(shè)置 H D P E 50打孔波紋管,平均每 10 m一環(huán),并直接與隧道側(cè)溝連通。見圖2。

3 防排水系統(tǒng)施工關(guān)鍵技術(shù)

隧道防排水施工從開挖、初期支護(hù)開始,從細(xì)節(jié)入手,嚴(yán)格施工工藝,加強(qiáng)過程控制;同時(shí)采用材料防水與構(gòu)造防水相結(jié)合、柔性防水材料與接縫密封材料互補(bǔ)并用的多道防水措施,以達(dá)到預(yù)期的防排水目標(biāo)。

圖2 全包型綜合防排水系統(tǒng)斷面示意

3.1 全包型防排水系統(tǒng)施工關(guān)鍵技術(shù)

3.1.1 初期支護(hù)防水

全包型防水采用的是自粘型防水板,要求防水板施作之前,初期支護(hù)表面無明水。確保初期支護(hù)施作質(zhì)量,構(gòu)筑第一道防水屏障,需要做到以下幾點(diǎn):

1)優(yōu)化鉆爆設(shè)計(jì),合理控制開挖輪廓

優(yōu)化鉆爆設(shè)計(jì),保證開挖輪廓圓順,使初期支護(hù)同開挖斷面最大限度地密貼,同時(shí)減少對圍巖的擾動,避免產(chǎn)生貫通裂隙,開挖后應(yīng)及時(shí)支護(hù),并封閉圍巖,防止因圍巖松弛變形而引起圍巖中張裂縫及細(xì)小裂隙的產(chǎn)生及發(fā)展,從而最大限度地阻斷滲水通道。對超挖部分必須采用與初期支護(hù)同等級的混凝土回填密實(shí),防止初期支護(hù)背后形成“水囊”。

2)采用濕噴工藝,合理控制濕噴參數(shù)。

3)防水板鋪設(shè)前,應(yīng)先對隧道初期支護(hù)混凝土表面進(jìn)行處理,切除錨桿頭和鋼筋露頭,并用細(xì)石混凝土抹平覆蓋,為防止鋼纖維刺破防水板,因先對初支表面進(jìn)行細(xì)石混凝土抹平等。凹坑深寬比應(yīng)不大于 1∶10(見鐵建設(shè)[2007]88號文)。深寬比如超出此范圍的凹坑應(yīng)用細(xì)石混凝土填平。凹坑太大處要抹平補(bǔ)噴混凝土,確保噴射混凝土表面堅(jiān)實(shí)、平整、圓順、干凈、無尖銳棱角、無漏水現(xiàn)象。特別注意鑿除噴射混凝土回彈料在拱腳部位堆積形成的“鼓包”。

4)初支背后注漿堵水。根據(jù)初期支護(hù)質(zhì)量及表面滲漏水情況,分別選用初期支護(hù)背后回填注漿堵水或化學(xué)注漿堵水,進(jìn)一步確保初期支護(hù)表面無明水。

3.1.2 自粘型防水板材料防水

自粘型防水板的施工工藝流程見圖3。

圖3 自粘型防水板的施工工藝流程

1)采用自粘型防水板新型防水材料,無粘膠層的一面為迎水面,有膠的一面最后與二次襯砌混凝土牢固黏接;自上而下鋪設(shè),鋪設(shè)時(shí)注意松鋪度。

2)自粘型防水板可采用吊帶懸掛法、明釘鋪設(shè)工藝(見圖4)。通過現(xiàn)場工藝性試驗(yàn),吊帶懸掛法難度較大,推薦采用明釘鋪設(shè)工藝,即:基層處理完畢后,先鋪貼一層土工布,然后利用自粘型防水板具有自動愈合 2 mm以下穿刺破損的“自愈”功能,采用射釘直接穿透防水板并輔以墊圈以固定,然后采用 φ 15 cm專用圓形補(bǔ)丁將射釘部位鋪貼覆蓋,以保證防水效果。固定點(diǎn)間距拱部為 0.5～0.7 m,邊墻 1～1.2 m。

圖4 明釘鋪設(shè)工藝

3)防水板環(huán)、縱向搭接縫處理及檢測是防水板鋪設(shè)的關(guān)鍵。防水板間搭接縫處理采用自動爬行式熱合焊機(jī)焊接,兩層防水板間搭接寬度為 15 cm,見圖5。施工縫焊接好后,再鋪貼一層雙面自粘型防水板搭接條,搭接條寬 35 cm。仰拱環(huán)向搭接縫與拱墻環(huán)向搭接縫應(yīng)錯(cuò)開 1 m以上。

圖5 自粘型防水板接縫連接示意

4)應(yīng)掌握防水板保護(hù)膜撕取時(shí)機(jī),一般在二次襯砌鋼筋綁扎后撕取。也可在防水板鋪設(shè)完畢后撕取,但需在拱墻涂抹厚 2～3 mm的 M 10水泥砂漿,仰拱抹厚 20～30 mm的 M 20水泥砂漿保護(hù)層。

3.1.3 細(xì)部結(jié)構(gòu)防水

1)縱向排水盲管施工

全包排水型:隧道兩側(cè)縱向排水盲管布設(shè)于防水板與初期支護(hù)之間,防水板鋪設(shè)前安裝。安設(shè)前應(yīng)按照隧道設(shè)計(jì)縱坡先澆筑縱向盲管基礎(chǔ)混凝土,以保證縱向盲管縱向位置的準(zhǔn)確及總體平順?？v向盲管上部施作無砂混凝土反濾層,坡度按照 1∶1.5控制,碎石粒徑 10～30 mm,反濾層高度 30～50 cm?？v向盲管開孔側(cè)向上,每段盲管兩端設(shè) 135°彎頭至側(cè)溝。每 15 m一段?？v向盲管及反濾層施工結(jié)束后,采用防水板及土工布包裹;包裹防水板同拱墻防水板沿縱向焊接成整體。

全包防水型:隧道兩側(cè)縱向施工縫處防水板與襯砌之間設(shè)置 H D P E 110/96雙壁打孔波紋管,縱向每 30 m分段并直接與隧道側(cè)溝連通。為避免澆筑二次襯砌混凝土?xí)r堵塞排水盲管,在排水盲管位置靠二次襯砌側(cè)附加設(shè)置幅寬 60 cm的雙面自粘防水板保護(hù),其上側(cè) 20 cm與正洞自粘防水板之間通過刷涂一層橡化瀝青非固化防水涂料(寬 20 cm、厚 2 mm)粘結(jié),下側(cè) 40 cm包繞盲管并固定。用土工布及防水板包裹。

2)環(huán)向排水盲管

全包排水型環(huán)向排水盲管設(shè)置于初期支護(hù)與防水板間,與普通排水型隧道施工方法一致。全包防水型隧道拱墻防水板與二次襯砌之間環(huán)向施工縫處設(shè)置H D P E 50打孔波紋管,平均每 10 m一環(huán)(可根據(jù)臺車長度調(diào)整),并直接與隧道側(cè)溝連通。為避免澆筑二次襯砌混凝土?xí)r堵塞排水盲管,盲管應(yīng)在施工縫一側(cè)混凝土澆筑完成后再安裝,在另一側(cè)混凝土澆筑前,盲管采用幅寬 40 cm的雙面自粘防水板保護(hù)。雙面自粘防水板一側(cè)與后澆混凝土側(cè)防水板之間通過涂一層橡化瀝青非固化防水涂料(寬 20 cm、厚 2 mm)粘結(jié),另一側(cè) 20 cm包繞盲管并固定。

縱向排水盲管與環(huán)向排水盲管均用泄水管與電纜溝槽的排水溝連接而排水。

3)施工縫、變形縫防水

施工縫及變形縫是隧道防排水的薄弱環(huán)節(jié),隧道內(nèi)主要存在施工縫及沉降縫。施工縫分為環(huán)向及縱向兩種,見圖6、圖7、圖8。環(huán)向施工縫中埋式鋼邊橡膠止水帶全環(huán)設(shè)置于襯砌中間(B/2),縱向施工縫止水鋼板設(shè)置于離襯砌外表面約 1/3襯砌厚度處,遇水膨脹橡膠止水條設(shè)置與離襯砌內(nèi)表面約 1/3襯砌厚度處。

變形縫處全環(huán)設(shè)置中埋式鋼邊橡膠止水帶、外貼式橡膠止水帶與 φ 20 mm打孔 PVC管,背水側(cè) 3 cm內(nèi)空隙采用聚硫密封膠填塞密實(shí),其余空隙采用填縫料瀝青木絲板填塞;φ 20 mm打孔 PVC管設(shè)置三通與隧道側(cè)溝連通。

圖6 環(huán)向施工縫防水示意(單位:cm)

圖7 縱向施工縫防水示意圖(單位:cm)

3.1.4 襯砌混凝土結(jié)構(gòu)自防水

1)優(yōu)化襯砌混凝土施工配合比,嚴(yán)格混凝土灌注工藝,提高其防水能力

襯砌采用高性能防水混凝土,混凝土灌注時(shí)兩側(cè)分層對稱澆注,并振搗密實(shí)。保證連續(xù)灌注,消除施工縫,減少防水薄弱環(huán)節(jié)。拆模后及時(shí)噴霧養(yǎng)生,避免拆模過早混凝土表面風(fēng)干或養(yǎng)護(hù)不及時(shí)出現(xiàn)的收縮裂紋現(xiàn)象。

2)襯砌背后回填注漿

①縱向注漿管設(shè)于拱頂模筑襯砌外緣、防水板內(nèi)側(cè),縱向注漿管孔徑 φ 20 mm,采用聚乙烯管(管壁開縫)。防水板鋪設(shè)完畢后,采用膠粘于防水板內(nèi)側(cè),結(jié)合施工縫布置,注漿管每模筑襯砌一段,兩端分別與預(yù)設(shè)的 φ 20 mm鍍鋅鋼管注漿口連接。鍍鋅鋼管注漿口應(yīng)突出襯砌內(nèi)緣 3～5 cm,以便連接。環(huán)向也設(shè)置可維護(hù)注漿管。

②襯砌混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度 80%后進(jìn)行注漿管壓漿。使初支、防水板及襯砌密貼,避免因防水板意外損壞滲水的可能,同時(shí)也為保證結(jié)構(gòu)安全,避免結(jié)構(gòu)開裂破損?；靥钭{材料為 1∶1水泥漿液,回填注漿壓力為 0.05～0.10 MPa。

3.2 排水型防排水系統(tǒng)施工關(guān)鍵技術(shù)

排水型防排水系統(tǒng)施工工序與全包型基本一致。初期支護(hù)防水、襯砌結(jié)構(gòu)自防水見全包型防排水系統(tǒng)。現(xiàn)主要介紹防水材料防水及細(xì)部結(jié)構(gòu)防水。

3.2.1 防水板防水材料防水(見圖9)

圖9 普通防水板施工工藝流程

1)無紡布掛設(shè)施工

土工布通過帶熱塑性圓墊圈(暗釘圈)的射釘固定在初支噴射混凝土層上,側(cè)壁每平方米 2～3個(gè),拱頂部位每平方米 3～4個(gè),梅花形布置,墊圈必須牢靠、穩(wěn)定。暗釘圈固定在初期支護(hù)噴射混凝土層上最深處(凹處),對凹處應(yīng)加密塑性圓墊圈,保證土工布與初期支護(hù)面密貼。無紡布環(huán)向搭接長度不小于 10 cm。

2)防水板掛設(shè)施工

防水板鋪設(shè)采用無釘鋪設(shè)工藝(見圖10),自上而下鋪設(shè),松緊適度,并預(yù)留一定的余量,防水板全部面積均應(yīng)能抵到初支面,接頭處下部防水板要壓住上部防水板。防水板固定點(diǎn)采用熱熔焊機(jī)將防水板熔焊至土工布固定點(diǎn)熱塑性圓墊圈上。固定點(diǎn)間距拱部 0.5～0.7 m,邊墻為 1.0～1.2 m。施工縫采用自動爬焊機(jī)進(jìn)行雙縫焊接,焊縫搭接寬度不小于 15 cm,每道焊縫寬 1.5 cm,以保證焊接質(zhì)量達(dá)到防水要求。

焊接鋼筋時(shí)采用鋼板(或者石棉板)加以遮擋,以防止電火花飛濺損傷防水板。若發(fā)現(xiàn)防水板有破損,必須人工操作熱風(fēng)焊接機(jī)進(jìn)行修補(bǔ)。

3)焊縫充氣檢查

圖10 無釘孔法鋪設(shè)工藝

焊縫質(zhì)量檢測采用充氣法檢查。將焊縫兩端用特制鐵夾夾緊密封,將檢測針頭(5號注射針)插入焊縫一端兩道焊縫之間的氣槽,5號注射針與壓力表相連接,用手動氣泵進(jìn)行打壓至 0.25 MPa為止,觀察 15 m in,若壓力值下降值 ＜10%為合格;否則必須查找漏點(diǎn),并及時(shí)修補(bǔ),直到不漏氣為止。

3.2.2 細(xì)部結(jié)構(gòu)防水

1)縱向、環(huán)向排水盲溝安設(shè)

縱、環(huán)向排水盲溝設(shè)置于初期支護(hù)與防水板之間。

①為保證縱向盲溝縱向位置的準(zhǔn)確及總體平順度,在安設(shè)縱向排水盲溝前按照設(shè)計(jì)縱坡先澆筑縱向盲溝管基礎(chǔ)混凝土?？v向盲溝上部施作無砂混凝土反濾層,坡度按照 1∶1控制,碎石粒徑 10～30 mm,反濾層高度 40～50 cm?？v向盲溝及反濾層施工結(jié)束后,采用防水板包裹;包裹防水板同拱墻防水板沿縱向焊接成整體。

②環(huán)向盲管盡量緊貼巖壁,環(huán)向盲管安裝時(shí)用鋼卡固定,露出鋼釘用砂漿抹平。環(huán)向間距 8～10 m,水量較大時(shí),進(jìn)行加密布置。

縱向排水盲管與環(huán)向排水盲管、泄水管用變徑三通連為一體,形成完整的排水系統(tǒng)。

2)施工縫、沉降縫防水

①縱向施工縫防水主要采用刷涂混凝土界面劑的處理措施;

②環(huán)向施工縫防水主要采用中埋式止水帶的方式。每處仰拱、拱墻止水帶中間不得出現(xiàn)接頭(提前規(guī)劃好其長度)。仰拱環(huán)向施工縫必須同模板臺車施工長度相匹配,使仰拱止水帶同拱墻襯砌止水帶在同一橫斷面處閉合成整環(huán),接頭可采用熱接焊接或冷接(止水帶廠家配備有粘接膠)。

③沉降縫拱墻部位防水采用中埋波紋排水管、橡膠止水帶、瀝青木絲板塞縫、聚硫密封膠(內(nèi)側(cè)設(shè)置排水槽引排滲入水)等措施;沉降縫仰拱部位采用中埋橡膠止水帶、瀝青木絲板塞縫并環(huán)向設(shè)置直徑 50mm雙層抗剪鋼筋的措施,以減小沉降縫兩邊的不均勻沉降。

3)中埋式止水帶施工

中埋式止水帶的固定利用堵頭鋼模板和木模板夾住,通過角鋼固定木板支擋的方式進(jìn)行固定。

4)安裝中心排水管

仰拱填充模板安設(shè)之后開始中心水管安裝。按每30 m為一個(gè)施工單元,管節(jié)采用成品管,人工安裝、企口接頭。中心水溝管節(jié)用 φ 22 mm的鋼筋 U形卡固定在填充面上,距管節(jié)端頭 25 cm處各設(shè)一環(huán) U形卡固定。清除管節(jié)處雜物,測量中線高程及設(shè)計(jì)縱坡,從中部向兩頭安裝,底部要用砂漿抄平,做到安裝接頭要密合、管路直順、流水面無錯(cuò)臺。同時(shí)與從側(cè)溝引出的橫向泄水管連接,并固定好,防止仰拱填充時(shí)松動。

4 建議及結(jié)論

隧道襯砌滲漏水不僅降低隧道襯砌的耐久性,還會腐蝕隧道內(nèi)設(shè)施設(shè)備,特別是冬季如結(jié)冰,將對高速列車運(yùn)行造成嚴(yán)重安全隱患。因此,防止隧道滲漏水,防排水系統(tǒng)施工非常關(guān)鍵。其中初期支護(hù)防水是基礎(chǔ),防水板防水是關(guān)鍵,襯砌結(jié)構(gòu)自防水是根本,細(xì)部結(jié)構(gòu)防水是保證。2006年 12月 18日,武廣公司在五尖大山隧道進(jìn)口,組織召開了隧道防排水技術(shù)交流會,對防排水施工經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行了總結(jié)和交流。

全包型防水在鐵路隧道施工中屬新技術(shù),其“皮膚式防水理念”能有效地防止地下水竄流這一普通防水板所面臨的突出問題,但全包型防排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)、施工尚未成熟,其中仰拱部位防水是薄弱環(huán)節(jié)。拱墻部位在施工過程中可采用注漿堵水等綜合措施確保初期支護(hù)表面無明水,施工期仰拱因開挖積水而無法判明滲漏水狀況,失去注漿堵水機(jī)會;同時(shí)仰拱二次襯砌鋼筋施工時(shí)很難避免防水板損傷。襯砌施工完成后,地下水在仰拱部位形成承壓水,極易沿施工縫薄弱處滲出而對道床板造成危害。為確保萬無一失,應(yīng)借鑒排水型防排水系統(tǒng)成熟技術(shù),完善中心排水管等防排水措施。

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