铁路隧道防水工艺及材料耐久性检测研究

杜岩

摘要：防水体系是保证隧道工程整体安全与车辆通行性能的重要基础，理想的防水供工艺与材料的应用能够有效保证隧道的结构稳定性，延长隧道寿命，降低维修养护工作的投入。本文以某铁路隧道工程为例，探讨分析了防水工艺及材料耐久性检测的相关内容，旨在提供一定的参考与借鉴。

关键词：铁路隧道；防水工艺；耐久性；检测

中图分类号：U453.6 文献标识码：A 文章编号：1674—3024（2017）06—0001—02

引言

隧道渗漏水是目前铁路隧道较为普遍的问题。隧道渗漏水不仅直接损坏衬砌，降低隧道使用年限；而且加速铁路钢轨和扣件锈蚀，损害道床和基础，影响线路稳定，在寒冷地区更会因漏水结冰影响电力机车的安全运行。近年来，随着客运专线的大量修建，列车速度目标值不断提高，如何尽快改变我国铁路隧道的渗漏水问题，减少铁路隧道的运营维护工作量，是目前我国铁路隧道特别是客运专线隧道建设中面临的重要课题。

1铁路隧道渗漏水的基本情况

据统计，到2004年底，全国正式投入运营的铁路隧道（不包括地方铁路）共有6087座，总长度3336.1km，其中有渗漏水病害的隧道1526座，占隧道总数的25.1%，渗漏水长度140.941km，占隧道总长的4.22%。各铁路局隧道渗漏水详细情况见表1。

2铁路隧道防水结构及防水板使用情况

国内修建的铁路隧道一般采用了复合式衬砌，也就是在喷锚支护层和混凝土衬砌间设置防水隔离层。防水层为不透水表面光滑的高分子防水卷材，它不仅起到防水作用，而且对初期喷混凝土及二次衬砌模注混凝土来说，还起到隔离与润滑作用，使初期支护喷射混凝土对二次衬砌混凝土的约束应力减少，从而避免模注混凝土产生裂缝，提高了二衬混凝土的防水抗渗能力。

防水层通常由缓冲垫层和防水板组成。防水板是隧道防排水技术的核心，本身已构成一道完整的防水体系。如果这一防水体系是完整、有效的，则二次衬砌中的混凝土自防水、止水带、止水条等都不起作用也可保证隧道的防水可靠性。而防水板只要出现一个较大的漏水点，在初期支护层、防水板和二次衬砌间又不能有效密贴的情况下，漏水将很快充满防水板和二次襯砌间的空隙，防水板构成的防水体系就完全失效了，这时防水实际上是由二次衬砌承担的。在复合式衬砌隧道中，确保防水隔离层的完整、有效具有特别重要的意义。所以目前铁道部内防水板的采购已由业主采购修改为铁道部采购

3防水板相关标准分析

防水板又称防渗土工膜，除用于隧道防水外，在水利、水电、市政、环保、交通、建筑等领域都有大量的使用，所以与土工膜相关的标准规范很多。据初步统计，涉及土工膜应用技术、检测方法和物理力学性能指标的相关标准规范主要有：GB50290—98《土工合成材料应用技术规范》；sL，I225—98《水利水电工程土工合成材料应用技术规范》；TB10118—99《铁路路基土工合成材料应用技术规范》；n旧019.四8《公路土工合成材料应用技术规范》；stir231—98《聚乙烯（PE）土工膜防渗工程技术规范》；s坍235—1999《土工合成材料测试规程》；Ⅱ胛060_98《公路土工合成材料测试规程》；GB50299—1999《地下铁道工程施工及验收规范》；GB50108—2001《地下工程防水技术规范》；1-B10003—2005（铁路隧道设计规范》；TZ214—2005《客运专线铁路隧道工程施工技术指综述与论坛南》；GB12952—2003《聚氯乙烯防水卷材》；GB12593—2003《氯化聚乙烯防水卷材》；GBl8173.1—2000《高分子防水材料第一部分片材》等。这些标准及规范中，有些只规定了土工膜设计计算及使用方法，有些规定了土工膜各种物理力学性能的测试方法，有些则规定了土工膜的具体技术指标，等等。由于应用领域和对其重要程度认识的不同，相关标准对土工膜的具体技术指标的要求存在较大差异。

4工程概况

某铁路隧道工程D1K183+970～D1K184+500（530m）段，建设区域通过弧形断层及逆断层带，地表有泉眼及水塘，防水施工要求高。本工程在富含地下水地段加大环向盲管的布设，加强防水板的焊接管理，确保防水板焊接质量。同时加大对于防水材料的试验频次，以确保防水体系的有效性。

5铁路隧道防水工艺分析

5.1排水盲管的布设、安装

环向盲管安装：集中出水点处沿水源方向钻孔，然后将单根引水盲管插入其中，并用速凝砂浆将周围封堵，以便地下水从管中集中流出。

纵向盲管安装：按设计位置在边墙底部测放盲管设置线，沿线钻孔，打人膨胀螺栓，安设纵向盲管，用卡子卡住盲管，固定在膨胀螺栓上。

泄水管安装：施作矮边墙时安设泄水管，在模板上对应于泄水管的位置开有与泄水管直径相同的孔，泄水管一端安在模板预留孔上，另一端采用三通连接在纵向排水管上，并固定牢固。

5.2防水板铺设

基面处理：防水板铺设前，先对隧道初期支护喷射混凝土表面进行处理，切除锚杆头和钢筋露头，并用细石混凝土抹平覆盖，凹坑深宽比控制在1：7以内，深宽比大于1：7的凹坑用细石混凝土填平，凹坑太大处抹平后补喷混凝土，确保喷射混凝土表面平整，无尖锐棱角。

无纺布铺设：首先用多功能作业台车将单幅无纺布固定到预定位置，然后用塑料垫板和射钉将无纺布固定在喷射混凝土上。塑料板及射钉按梅花形布置，拱部间距1.0m，边墙1.5m。无纺布幅间搭接宽度大于10cm。

防水板铺设：铺设防水板先用多功能作业台车将复合防水板固定到预定位置，然后用手动电热熔接器加热，使防水板焊接在固定无纺布的专用热熔衬垫上。防水板间搭接缝应与变形缝、施工缝等防水薄弱环节错开1m以上。

焊缝检测：用检漏器现场监测防水板焊接质量，先堵住空气道的一端，然后用空气检测器从另一端打气加压，直至压力达到0.2～0.5MPa，说明完全粘合。否则，用检测液找出漏气部位，用手动热熔焊机焊接修补后再次检测，直到完全粘合。

5.3止水带施工

根据衬砌厚度及衬砌形式自制拼装式挡头模板，每块模板宽度为衬砌厚度的一半，在拼接缝适当位置预留止水带安装专用槽。

全断面液压钢模衬砌台车就位后，安装挡头模板，同时将橡胶止水带沿隧道环向夹在挡头板预留槽中，一半橡胶止水带打入上一循环衬砌砼中，预留的一半橡胶止水带浇筑在下一循环衬砌砼中。

施工缝防水砼衬砌中，环向施工缝处设置中埋式和外贴式橡胶止水带。

隧道二次衬砌纵向施工缝采用以混凝土界面剂防水，人工涂抹。

6铁路隧道防水材料耐久性检测研究

6.1防水材料耐久性检测指标

6.2防水材料耐久性检测方法应用

（1）拉伸性能与撕裂强度试验

在进行铁路隧道防水材料拉伸性能与撕裂强度试验时，首先将检测材料的取样放置于23℃温度条件环境中24h以上，形成试验温度下的稳态。试验过程中环境温度维持在23℃水平条件下，在对试验设备进行校准后开始试验，对于拉伸速度的控制按照检测材料类型设置：SBS材料50mm/min，高分子材料200mm/min。

将试验材料牢固固定在夹具中心位置，整体平直不存在歪扭问题，夹具间距控制在180mm水平范围之内。启动实验设备进行检测，试验材料拉断停止，详细记录此时的最大拉力与伸长值。

（2）不透水性試验

在进行不透水性试验时，首先将检测材料的取样置于23℃温度条件环境中6h以上。试验过程维持温度23℃与相对湿度50%的检测条件，将材料上表面朝下放置于透水盘位置，加盖7孔圆盘，操作逐步夹紧实验材料，缓慢加压达到试验标准的0.3MPa压力，在此压力水平下维持30min，然后对试验材料不透水性进行观察，评估标准为是否存在水压降低或非迎水面渗水。

（3）耐热度试验

耐热度试验开始前，首先将试验材料表面非持久保护层去掉，将检测材料的取样置于23℃温度条件环境中2h以上，检测材料与设备间应进行有效阻隔，避免出现粘接问题，可使用硅纸铺垫。操作烘热箱加热，温度水平为90℃，试验过程中的检测温度通过设备内置热电偶进行控制，整个试验过程中的温度波动变化应控制在±2℃水平范围之内，材料加热时间120min。而后观察材料热作用下的变化情况。

（4）低温柔度、弯折试验

进行低温柔度、弯折试验前，首先将试验材料表面非持久保护层去掉，检测材料的取样置于23℃温度条件环境中4h以上，同样控制粘连问题。将试件和柔度棒同时放人低温制冷仪中，待温度达到18℃的温度后保持时间不少于2h，在低温制冷仪中将试件于3s内匀速绕柔度棒弯曲1800，然后用肉眼观察试件有无裂纹。

（5）耐腐蚀性试验

分别配制3%浓度的HZSO4溶液、2.4%浓度的NaOH溶液，将取得的试样完全浸泡于三类溶液中，浸泡时间为28d。浸泡过程中每天搅拌一次液体，并且每7天更换一次溶液。每个试样可以割取6个试件，其中SBS类卷材取为140ram×25mm的矩形试件，高分子卷材取为哑铃工型试件；用取得的试件进行拉伸性能试验，SBS类卷材拉伸速度为50mm/min，高分子类卷材拉伸速度为200mm/min。

（6）耐穿刺性试验

将试样放人环形夹具内，自然放平，拧紧夹具；将夹具放在加压装置上，并对中，顶刺速率设定为100mm/min；开机，记录顶刺过程中的最大压力值，取3个试件的平均值作为刺破强度。

7结语

综上所述，铁路隧道工程防水工艺及材料耐久性检测是一项系统性的工作，行业工作者们应准确把握施工技术要领，按照规范流程开展材料检测工作，确保材料与技术标准符合要求，全面提升工程建设质量。