浅埋暗挖隧道防水施工方法及技术措施

苗琳琳

中铁六局集团北京铁路建设有限公司 北京市 100036

摘要：南水北调中线总干渠与石太铁路引入线交叉工程隧道结构主要位于黄土状壤土中，中间夹有2米的砾砂层。本隧道地层富含地下水，且补给来源充足。结构底板位于水位以下，结构防水要求高，防水施工至关重要。本文主要从主体结构防水、防水板施工、特殊部位防水以及防水涂层等方面，论述浅埋暗挖隧道防水施工方法及技术措施。通过采取可靠的设计、施工措施做到施工期间不对路基产生影响，通水期间不外漏，避免软化路基，达到防水可靠、经济合理的目的。

关键词：结构防水；防水板；施工缝；变形缝；防水涂层

一、前言

随着我国基础设施大规模建设浪潮的兴起，各种公路、铁路隧道工程越来越多。而隧道工程又不可避免地要经过含水量较高的地层，所以必将受到地下水的有害作用。如果没有可靠的防水措施，地下水就会侵人隧道，影响其内部结构，乃至危害到隧道的运营和降低隧道使用寿命。所以隧道工程的防水施工就显得至关重要。

二、工程概况

2.1 工程简介

南水北调中线总干渠与石太铁路引入线交叉工程位于河北省石家庄市西郊的石桥村西侧约0.5公里处，地形比较平坦，距国道约10KM，交通便利。暗渠与石太铁路引入线交叉点铁路里程为k14+824.5，与西环下行线交叉点里程为K22+840，石太引入线上下行线间距约为7.45m，石太引入线上行线与西环下行线线间距约为11.44m，石太铁路引入线为双线电化铁路，改京广货左线为电化普速货运铁路，隶属北京铁路局管理，列车最大行车速度不大于120KM/h。

设计范围渠道起讫桩号230+477～桩号230+649，全长172米，均位于直线上。其中进出口U型挡墙各5米，渠道下穿石太铁路引入线采用小净距三孔明、暗挖隧道形式通过，单孔暗挖134米，明挖结构28米，暗渠两孔间净土柱8.7米，每孔断面为马蹄形带仰拱形式，每孔内净最大跨度9.1米，净高8.5米。隧道埋深6.1米。

2.2 地质水文情况

隧道结构主要位于黄土状壤土中，中间夹有2米的砾砂层。持力层位于粘土层上。黄土状壤土承载力标准值fk =150kpa，自稳能力一般，砾砂承载力标准值fk =150kpa，自稳能力较差，粘土承载力标准值fk =200kpa，自稳能力较好。属于Ⅴ级围岩，地层岩性分布较均匀、土体整体稳定性较好。地下水主要为赋存予黄土状壤土下部及赋存予砾石中的承压力，主要受大气降水补给，地下水埋深18.7～19.05m，属于中性水（或淡水），对圬工无侵蚀性，经过基坑开挖发现实际地下水位标高在71.69m左右，而隧道开挖面底的标高为69.52m，两者相差2.17m。

图1 地质剖面图

三、隧道防水施工方法及技术措施

3.1 防水施工原则

本隧道地层富含地下水，且补给来源充足。结构底板位于水位以下，结构防水要求高，防水施工至关重要。隧道防排水遵循“防、截、堵，因地制宜，综合治理”的原则，本采取可靠的设计、施工措施做到施工期间不对路基产生影响，通水期间不外漏，避免软化路基，达到防水可靠、经济合理的目的。确立钢筋混凝土结构自防水体系，以变形缝施工缝等接缝防水为重点，辅以柔性外包防水层加强防水。

3.2 结构防水体系、技术要求及施工控制点

1、结构防水体系

隧道结构采用的均是防、堵、排相结合的防水体系，采用多层防水技术，确保不外漏，避免软化路基，其防水体系如图所示。

图1 防水体系示意图

2、技术要点

（1）隧道结构全部采用防水混凝土进行结构自防水，二衬防水混凝土的抗渗不得小于P10，三衬防水混凝土根据水利标准采用W6防水等级。

（2）防水混凝土结构的厚度不得小于25cm；裂缝宽度不得大于0.2ram，并且不得出现贯通裂缝。

（3）防水混凝土结构迎水面钢筋保护层的厚度不应小于50mm。

（4）结构自防水混凝土在施工过程中，要求采取切实有效的防裂、抗裂措施，并保证混凝土良好的密实性、整体性，减少结构裂缝的产生，提高结构自防水能力。

3、施工控制点

（1）混凝土结构自身的防水；

（2）防水层防水；

（3）施工缝防水；

（4）变形缝防水；

3.3 隧道主体结构防水

南水北调中线总干渠属供水工程，隧道防水工程尤为重要，因此隧道主体结构采用复合式衬砌结构，从外到内共设置5道防线。第一道防线初支结构与二衬间2.0mm厚EVA塑料防水板+400g/m2无纺布，第二道防线为700mm厚二衬衬砌结构自防水，第三道防线为2.0mm厚ECB塑料防水板，第四道防线为300mm厚过水衬砌结构自防水，第五道防线为2mm厚格永得R900R防水涂料。隧道防水如图所示。

图2 隧道结构防水结构图

3.4 隧道防水板施工

1、隧道防水板施工流程

主体工程采用复合式衬砌，采用EVA塑料防水板+ECB塑料防水板双层防水，铺设方法及工艺相同。防水施工工艺流程见图：

图3 防水板施工工艺流程图

2、隧道防水板施工技术要求

1）防水板施工准备

①防水板应在初期支护结构趋于基本稳定，隐检合格后方可进行铺贴。

②铺设防水板的基面应无明水流，否則应进行初支背后的注浆或表面刚性封堵处理，待基面上无明水流后才能进行下道工序。

③铺设防水板的基面应平整，铺设防水板前应对基面进行找平处理，处理方法可采用喷射混凝土或1：2.5水泥砂浆抹面的方法，一般宜采用水泥砂浆抹面的处理方法。处理后的基面应满足如下条件：

D/L≤1/10，其中D：相邻两凸面间凹进去的最大深度；L：相邻两凸面间的最短距离。

④基面上不得有尖锐的毛刺部位，特别时喷射混凝土表面经常出现较大的尖锐石子等硬物，应凿除干净或用1：2.5的水泥砂浆覆盖处理，避免浇筑混凝土时刺破防水板。

⑤基面上不得有铁管钢筋铁丝等凸出物存在，否则应从根部割除，并在割除部位用水泥砂浆覆盖处理。

⑥变形缝两侧各500mm范围内的基面应全部采用1：2.5水泥砂浆找平。

⑦防水板基层面阴、阳角处应作成100mm圆弧或50×50mm钝角。

⑧当仰拱初衬表面水量较大时，为避免积水将铺设完成的防水板浮起，宜在仰拱初衬表面设置临时排水沟。

⑨防水基面检查：用2m的直尺紧贴垫层，直尺与基层面的空隙不应超过5mm，且每米长度内不得超过一处，空隙允许有平滑过渡。

2）铺设缓冲层

①铺设防水板前应先铺设缓冲层，在喷混凝土隧道的拱顶正确标出纵向中线，再使土工布的横向中心线与喷混凝土这一标志相重合，从拱顶向两侧边墙铺设，用膨胀螺栓、铁垫片和与防水板相配套的塑料圆垫片将缓冲层固定在基面上，固定时钉头不得凸处垫片平面。固定点之间呈正梅花型布设，侧墙上的固定间距为80～100cm，顶拱上的固定间距为50～80cm；仰拱上的防水板固定间距为1.0～1.5m，仰拱与侧墙连接部位的固定间距应适当加密至50cm左右。所有塑料垫片均应选择基层凹坑部位固定，避免固定防水板时局部过紧。

图4 缓冲层铺设示意图

②缓冲层采用搭接法连接，搭接宽度50mm，搭接缝可采用点粘法进行焊接或用塑料垫片固定。缓冲层铺设时应与基面密贴，不得拉得过紧或出现过大的皱褶，以免影响防水板的铺设。

3）防水板的铺设

缓冲层铺设完毕后进行铺设防水板，采用无钉铺设工艺，在隧道的拱顶部缓冲层上正确标出隧道纵向中心线，再使防水板的横向中心线与这一标志相重合，将顶部与热塑料垫圈用电热压焊器热熔焊接，使防水板与热塑性垫圈融化粘接为一体，与缓冲层一样从拱顶开始向两侧墙铺设，边铺边焊。

①铺设防水板时，防水板的铺设方向以尽可能少地出现手工焊缝为主，并不得出现十字焊缝（即不得出现四层材料搭接部位），顶防水板宜采用沿隧道纵向铺设的方法，搭接方向应顺纵坡方向，不得倒坡搭接。

图5 防水板铺设示意图

②防水板采用热风焊枪手工焊接在塑料圆垫片上，焊接应牢固可靠，避免浇筑和振捣混凝土时防水板脱落，焊接时严禁焊穿防水板。

③防水板固定时应注意不得拉得过紧或出现大的鼓包，铺设好的防水板应与基面凸凹起伏一致，保持自然、平整、伏贴，以免影响二衬灌注混凝土的尺寸或使防水板脱离圆垫片。

④防水板接头处应擦干净后用双焊缝爬焊机焊接，两单条焊缝的有效焊接宽度不小于15mm，两幅防水板的搭接宽度不少于150mm，允许偏差-10mm。焊缝应均匀连续，不得有假缝、漏焊、焊焦、焊穿等现象。

图6 防水板焊缝示意图

⑤防水板铺设完毕后，应对其表面进行全面的检查，发现破损部位及时进行补焊，补丁应剪成圆角，不得有三角形或四边形等尖角存在，补丁边缘距破损边缘的距离不得小于7cm；补丁应满焊，不得有翘边、空鼓部位。

⑥分段铺设的防水板的边缘部位应预留至少60cm的搭接余量，也可将甩槎卷起后固定，并注意后期的保护；甩槎过短会导致后期接槎无法操作。

⑦防水板搭接缝应与二次衬砌环向接缝、施工缝等防水薄弱环节错开1～2m。

⑧对防水层进行验收合格后，才能进行下道工序的施工。

4）防水板的检查

①固定点间距

固定点间距应符合设计要求。固定点之间呈梅花形布设，间距为：拱顶500～800mm；边墙800～1000mm；仰拱1000～1500mm。

②与基面密贴

在拱部用手托举起塑料板，各处均应与基面密贴，不密贴处小于10%。

③焊接质量

防水板焊缝宽度≮15mm，搭接宽度≮150mm，焊接应平顺、无波纹、无焊焦、烧糊或夹层。

进行充气检查时，充气压力为0.12～0.15Mpa，稳定时间≮5min，允许压力下降20%，否则应进行补焊，直到达到要求为止。

3.5 隧道特殊部位防水

本工程特殊部位主要是指施工缝和变形缝，其中施工缝分为環向施工缝与纵向施工缝，按照设计要求，环向施工缝设置中埋式止水带和背贴止水带形成复合防水构造；纵向施工缝采用钢边止水带和背贴止水带；变形缝防水采用中埋止水带、填缝材料及背贴止水带构成复合防水构造。

图7 环向施工缝复合防水图 图8 纵向施工缝复合防水图

1、背贴止水带

变形缝部位二衬结构外侧橡胶背贴式止水带，止水带宽度400mm。止水带的接头可采用现场热硫化对接焊接，采用直角对接或45°斜角对接均可，要求应对齐，接口打磨平整，对接牢固、严密、可靠、不透水；止水带采用现场搭接焊接，搭接长度不得小于10cm，搭接部位应满焊（包括齿条搭接部位）；当无条件时，可采用未硫化的丁基橡胶腻子片粘贴搭接。接头两侧止水带的纵向中心线应与接缝对齐，误差不得大于30mm。

止水带安装完毕后，不得出现翘边、过大的空鼓等部位，以免灌注混凝土时止水带出现过大的扭曲、移位。在转角部位的止水带齿条容易出现倒伏，应采用转角预制件或采取其它防止齿条倒伏的措施。止水带表面严禁施做混凝土保护层，应确保止水带齿条与结构现浇混凝土咬合密实；浇筑混凝土时，平面设置的止水带表面不得有泥污、堆积杂物等，否则必须清理干净，以免影响止水带与现浇混凝土咬合的密实性。

图9 变形缝复合防水图

2、钢边止水带与中埋式止水带

为保证暗挖隧道主体衬砌顶板、侧墙及底板变形缝和施工缝的防水效果，除在衬砌结构外侧设置外贴式止水带外，还要在结构中间设置钢边橡胶止水带或中埋式止水带。止水带宽度为400mm，在埋设位置应准确，其中心位置应与施工缝的中心线重合；止水带宜采用专用钢筋套或扁钢固定，采用扁钢固定时止水带端部应先用扁钢夹紧，并将扁钢与结构内钢筋焊牢，固定扁钢用的螺栓间距宜为500mm。衬砌结构混凝土浇筑时应避免碰触止水带。

3.6 防水涂层

为了避免隧道通水后发生外漏导致路基软化，影响铁路安全，隧道主体结构设置2层塑料防水板，但为保证隧道不渗不漏，仍需采取一些必要措施，为此，在隧道过水衬砌施工完成后在结构表面涂刷一层防水涂料，鉴于南水北调工程对的水质要求，所以采用符合绿色环保要求的格永得R900R防水涂料。

1、防水涂料特点

①在水平和垂直面上可用滚筒进行施工，提高施工速度。

②能使用于迎水面或背水面。

③易于涂抹，可通过搅拌快速混合。

④优异的低吸水性，以及良好的憎水性。

⑤与混凝土、石材和抹灰的基层粘结力强。

2、施工流程

①基层处理

用砂浆填平所有的孔洞，接缝处应平整。

用钢丝刷等处理基层，除去所有沥青、油、油脂、灰尘、浮浆以及其他表面污染物。切除表面突出物。

施工前用净水清洗基层数次，使得基材表面水饱和，确保表面应湿润，无积水。

②搅拌

每整包25公斤粉料，根据现场条件和施工方式，可加水7.00–8.50升。先将正确用水量的75%加到干净的混合容器中，缓慢添加格永得R900R粉 料，用搅拌器慢速搅拌，转速为500-600rpm，搅动3-5分钟，至形成均匀浆料，无任何结块。

将挂壁的粉料刮入桶中，然后加入剩余的水，搅拌均匀。按照所给比例混合。不得向浆料中添加多余的水、水泥、沙子或其他添加物。

③施工

使用刷子、抹刀，或辊刷涂覆2层。每遍刮涂的推进方向应与前一遍相互垂直、交叉进行。涂覆第二层时，应避免破坏第一层。

四、结束语

本工程防水工程多道防水技术综合运用，同时严格控制衬砌混凝土施工质量，充分发挥衬砌自防水作用，同时辅助采用防水板、注浆、防水涂料等多种措施，极好的保证了输水隧道不发生“外渗、外漏”等现象，保证了路基稳定安全。类似工程施工过程中要注意以下几点：

1、本工程属供水工程，防水质量要求非常高，结构防水体系特别是防水薄弱环节（如施工缝、变形缝等）防水的施作是确保工程质量的关键。

2、钢筋混凝土结构自防水为根本，采用高性混凝土，施工缝、变形缝等为重点，以结构混凝土及柔性全包防水层施工工艺为关键。

3、加强防水材料的管理，严格进货渠道，确保材料质量满足设计要求。

4、為减少二衬钢筋施工时对防水层的损伤，二衬的钢筋进洞前钢筋头均戴上防护套，并使用机械连接（冷接压）方式，减少洞内火工，在必须使用电焊时，在电焊及防水层之间垫上移动式防护板。

5、严格把控隧道初期支护基面平整度、防水板焊缝搭接宽度、焊接质量等工序，确保防水施工质量。

6、防水板焊接完成后一定要进行充气试验检测气密性，确保接缝焊接质量，同时采用与防水板同材质的背贴止水带时，也必须要对止水带与防水板的焊缝进行气密性检测，确保构造缝的防水效果。

参考文献：

[1] 南水北调中线总干渠与石太铁路引入线交叉工程设计图纸及相关方案。

[2] 《浅谈地铁隧道防水施工过程中的控制方法》，韩东朝、韩晨光编著，现代企业文化 2010年20期（总第168期）