橡胶沥青预喷反黏工艺在矿山法隧道中的应用

刘程，熊辉

橡胶沥青预喷反黏工艺在矿山法隧道中的应用

刘程，熊辉

(广州地铁集团有限公司 建设事业总部，广东 广州 510330)

目前，全国许多大中城市同时开建地铁，然而，在快速轨道高速发展的同时，也遇到了各种各样的问题，尤其是在地铁建设中出现的漏水、渗水和窜水问题。喷涂橡胶沥青预喷反黏是一种采用新型防水材料的工艺，具有施工方便快速，物理化学性能佳等优点。以广州地铁防水工程为例，简要介绍该工艺的施工要点、优势及创新点，作为一种新的工艺，施工快捷，可有效解决矿山法隧道工程中的渗漏水与维修困难等问题，目前已逐步被应用、认可。

防水；矿山法；预喷反黏；喷涂橡胶沥青

在国家城镇化政策的引导下，随着城乡建筑的规模不断扩大与数量不断增长，我国的快速轨道交通网络也在高速发展，目前全国许多大中城市同时开建地铁，然而，在快速轨道快速发展的同时，也遇到了各种各样的问题。尤其是在地铁建设中出现的漏水、渗水和窜水问题。目前，国内现行的防水措施一般为结构混凝土与防水层2道防水，GB 50208—2011《地下防水工程质量验收规范》中对防水等级设防有一定的要求。除二衬采用防水混凝土外，一般在初期支护与二衬混凝土间设置柔性防水材料作为防水层，该柔性材料必须有一定的拉伸强度和断裂延伸率，且耐划伤、耐根刺、耐腐蚀等；国内隧道常采用的防水层多为 EVA板、ECB板或 PVC板，在大量的工程实践中证明，存在以下问题：

1) 防水板与二次衬砌之间没有彼此黏合，安装时的冲击及岩壁的突出物容易刺破防水板，导致渗漏进而导致窜水；

2) 防水板与防水板之间的连接都是薄弱环节，在焊接过程中受人为因素影响大，容易出现翘边、焊接不牢等现象，稍有不慎就会导致整个防水系统失效。

3) 防水卷材施工进度慢，影响施工工期。

4) 主要防水功能还是排水，防水板与初支，防水板与二衬之间都是排水通道，长期排水，对隧道山体，植被以及地下空间都有不好的影响。

5) 维修困难，窜水点太多，即使渗漏也找不到漏水点。

因此需要新的材料和工艺改进现有隧道防水的一些缺陷，同时设计上遵循“结构自防水为根本，以防为主，防、排、截、堵相结合，刚柔相济，多道防线，因地制宜，综合治理”的方针。然而，采取“预喷反黏”施工方式，该涂料与二衬混凝土黏接紧密，形成统一的防水体[1]，很好地解决了以上问题。这种工艺近几年来在地下工程中的应用范围越来越广[2]。其施工工艺：首先铺贴防水材料，然后在防水材料表面浇筑混凝土，混凝土凝固后能够与防水材料产生很强的黏接力[3]。此工艺可有效防止工程窜水渗漏，并且施工工艺简便，可加快施工进度，得到各方认可。根据隧道防水要求、特征及地质条件，所选择的防水材料应当具有良好的拉伸性能以应对施工缝等结构变形；应具有良好耐机械穿刺性能[4]，以应对施工过程中难以避免的钢筋等的碰触；应具有良好的黏接性能，避免窜水空鼓[5]等现象发生，做到整体皮肤式防水。此外还应具有良好的触变性、无毒无异味、对环境无污染、冷作业施工等性能，保证施工过程安全、快速，防水效果达到设计要求。依据以上要求，选取喷涂液体橡胶作为预喷反黏[6]的主体材料。在矿山法隧道施工中，初支锚喷面采用铺贴土工膜的方法同时解决了基面凹凸不平的问题，实现基面找平效果并加大了防水层的强度，采用该涂料实现外喷内贴效果，有效实现皮肤式全包防水。

1 喷涂橡胶沥青预喷反黏防水机理与特点

1.1 成膜机理

该涂料是由A和 B 2种组分混合后产生的一种具有高弹特性的防水涂料。其中A组分是一种特种成膜剂，固含量为55%~75%，B组分是一种改性乳化沥青和合成高分子聚合物，固含量为3.0%~ 20.0%。

2种组分A与B由喷枪同时喷出后呈扇形交叉与雾化，经过高速混合后，立即破乳并在到达基面时迅速固化、析水，从而形成一种致密且完整的橡胶涂膜。喷涂现场固化成型的机理如图1所示。

图1 成膜机理

1.2 防水机理

该涂料通过阻止水分子的渗透实现防水效果。机理如下：目前组成该涂料的分子之间一般有几个纳米的空隙，理论上单独一个水分子完全可以通过空隙，但是自然界的水一般都处于缔合状态，许多个水分子之间通过氢键作用形成一个巨大的分子团，因此实际上通过高分子间隙具有很大的难度。

1.3 “皮肤式”防水理念与“预喷反黏”施工工艺

传统的矿山法施工是在初衬与二衬之间铺防水板，其缺点是不能与二衬完全贴合，后期运营过程中防水层与二衬之间形成窜水而导致渗漏。为解决该问题，引入“皮肤式”防水概念。

建筑防水的主要对象是混凝土，关键是根据混凝土的特性来解决混凝土的防水问题。水泥在水化过程中除水化以外多余的水份挥发、混凝土的收缩与徐变都会造成混凝土形成一些微小的毛细孔或可见小孔洞，因此混凝土微观结构是一种孔缝特性。一般来讲，混凝土结构孔隙率在25%左右；另外，在混凝土结构的使用过程中，由于气温、湿度等因素影响，混凝土会出现微裂纹和动态变化的可见缝。俗话讲，水无孔不入，因此对于混凝土结构而言，渗漏水无法避免。混凝土渗水的主要途径是毛细孔洞及裂缝，解决混凝土防水的核心是先封闭堵塞毛细孔，增强具有抵抗裂缝变形、抗疲劳、耐久的柔性防水层。因此，给混凝土移植“防水皮肤”的概念由此产生。结合喷涂速凝橡胶沥青防水涂料“与后浇混凝土超强反黏”的性能特点，在广州地铁项目上采用“预铺反黏”施工工艺，完全实现“皮肤式”防水，解决因窜水导致的渗漏隐患。

“预喷反黏”施工工艺是利用喷涂速凝橡胶沥青防水涂料与后浇混凝土优异的反黏[7]的特性，在二次衬砌浇筑完成后仍能与二次衬砌形成满黏，不会出现窜水现象，并且该施工工艺是将喷涂速凝橡胶沥青防水涂料与土工膜配合使用构成复合型防水层，一方面降低了防水涂料对基面平整度的特殊要求，同时由于土工膜与初期支护间是点固定，两者之间存在一定的空隙，该空隙可作为初期支护渗水[9−13]的排水通道，土工膜与喷涂速凝橡胶沥青防水涂料的配合使用，使得防水与排水同时实现，可以进一步的保证防水质量[14−15]。

1.4 主要性能及特点

喷涂液体橡胶施工不仅具有如下的施工性能，而且成膜后也具有较好的物理性能，如表1所示。

1) 能够在任意面上喷涂成型，不会产生流挂现象；几秒钟内即可凝结，几分钟内就能够达到一定的强度(可在表面行走)，施工方便，效率高。

2) 对湿气与水分不敏感。施工时不受湿度与温度的影响。

3) 施工一遍厚度即能达到要求，避免了以往多遍施工的弊端。

4) 水性材料，无污染。

5) 自愈性强。

表1 物理力学性能

2 工程应用及效果分析

2.1 应用地点与方案

该项目应用在广州地铁13号线1期工程中24号中间风井~东洲站区间，长度共计120 m。本项目是采用柔性防水层全包防水与结构自防水相结合的防水方式。隧道整体结构防水构造图如图2所示，结构采用抗渗混凝土，抗渗等级应不小于P8。柔性防水层由1.5 mm厚的防水涂料与0.5 mm厚的高密度聚乙烯片材构成。由于喷涂的方式是无缝连接，因此能够形成全包式防水，而其反黏性能又使其与二衬完全密贴，真正实现全方位的防水[9]。

隧道整体施工工艺流程如图3所示。

2.2 喷涂施工及设备

2.2.1 喷涂施工

施工前先试喷射5~10 s左右，若正常聚合，方能正式施工。喷涂时喷头与工作面之间保持60~80 cm的间距；喷头须缓慢移动，移动一个来回后可达到最小喷涂厚度(大于2mm)；喷涂的顺序是先上后下(若是圆弧形状按一个方向旋转施工)。

2.2.2 喷涂设备

汽油机通过带动喷涂设备的2个泵转动为其提供动力，A料和B料分别由一个泵供压，压力分别为150 kPa与250 kPa。如图4所示，每侧分别有3根管路，其中1根管路将料供到喷枪，另外2根管路分别为回料管与进料管。

图2 隧道整体防水构造图

图3 施工工艺流程

图4 液体橡胶喷涂机

2.3 施工要点及优势

2.3.1 施工要点

1) 正式施工前先进行试喷，质量满足要求方可大面积施工。

2) 喷涂作业时，喷枪距基面约为70 cm左右，并匀速移动。一次多遍喷涂至1.5 mm厚度。

3) 适当调节基面与喷枪的距离，可使表面成膜固化良好。

4) 喷涂时注意随时检查温度、工作压力等参数及涂层状况，发现异常，立即停工调整。

5) 应按照从下往上的顺序进行侧墙喷涂，施工过程及防水效果如图5~6所示。

图5 侧墙拱顶喷涂

图6 防水效果

2.3.2 优势

1) 皮肤式防水

施工工艺为喷涂方式，5 s成膜，与基层黏接性强，针对异型结构触变性好，在施工缝、伸缩缝等薄弱部位的处理当中相比于防水板等防水材料有较大优势。

2) 全包式防水

采用喷涂施工工艺，整体无缝搭接，形成全包式防水，全包式防水能够减少防水薄弱点的产生以及降低渗漏水的可能性。

3) 预喷反黏

喷涂速凝橡胶沥青防水涂料破乳固化后，防水层通过析水过程，绵绵不断地“抓紧”基面，使胶膜分子渗入到混凝土基面的毛细孔隙中，形成牢固的物理卯榫作用。涂层与后浇混凝土的剥离强度可达3.0 N/mm，这种优异的反黏性能使防水层与二衬之间完美黏结，避免了防水层与二衬之间的窜水。即使防水层发生渗漏，因防水层与二衬之间不会形成窜水通道，漏点排查准确快速，漏点修补简单有效。避免频繁维修给工程造成损害。

4) 耐机械穿刺性能

喷涂橡胶沥青防水层特有的憎水沥青成分与具有记忆功能的立体网状结构高回弹性高分子材料配合，造就了涂膜涂层的自愈功能，对一般性的穿刺可以自行修补，不会出现渗漏现象。

5) 水性、环保、节能

从原料采购、仓储、运输、生产、喷涂施工和使用过程中，均为水性，无毒无味，无废料，无废气排放，无污染，是新一代节能环保材料；在整个施工过程中，无需加热，常温施工，无明火，保证了施工的安全性和可靠性；采用国际防水行业最新发展趋势—单层防水用材，既减少建材用量，节约了资源，真正实现节材节能。

6) 快速成膜、施工效率高

采用专用喷涂设备施工，喷涂后5 s即可成型；1次喷涂即可达到设计厚度，节约劳动力，并可大幅度缩短施工工期，降低施工成本。1台喷涂设备日施工能力可达1 000~2 000 m2，符合快速施工 要求。

7) 可在潮湿基面施工

可以在潮湿、无明水的基面施工。对基层要求低，便于应用在地铁、隧道、水利等领域。

3 技术创新

3.1 研发适合广州地区的防水涂料

通过调研和分析广州地区地下水文及地质环境，考虑其地下水存在污染与腐蚀性强等因素对防水涂料的影响，调整材料配方，研发出适用于广州地区的喷涂速凝橡胶沥青防水涂料。

3.2 施工工艺创新

由于广州属于富水地区，具有地下水位高等特点，结合喷涂速凝橡胶沥青防水涂料的特性，开发出适用于广州地铁的“喷涂速凝预喷反黏施工工艺”。该工艺即在矿山法隧道施工中，采用喷涂速凝型液体橡胶防水材料，实现外喷内贴的防水效果：初衬锚喷面采用铺贴土工膜的方法解决了基面凹凸不平的问题，实现基面找平效果并增强防水层，而且喷涂速凝能够与二衬结构实现完美反黏，从而达到传统材料难以实现的外喷内贴效果。

4 结论

1)“预喷反黏”施工工艺是利用喷涂速凝橡胶沥青防水涂料与后浇混凝土优异的反黏的特性，在二次衬砌浇筑完成后仍能与二次衬砌形成满黏，不会出现窜水现象，并且该施工工艺是将喷涂速凝橡胶沥青防水涂料与土工膜配合使用构成复合型防水层。

2) 广州地铁隧道的防水工程中，采用这种涂料作为全包型防水材料,每天能够完成施工1 000 m2，施工进度得到了极大提高；施工完毕即可马上进入下道工序。施工完成后，未发生渗漏问题,反映良好。

3) 作为一种新的防水材料与工艺，施工快捷，可有效解决矿山法隧道工程中的渗漏水与维修困难等问题，目前逐步被应用、认可。

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Application of pre-spray anti-viscosity of sprayed rubber asphalt in mine tunnel

LIU Cheng, XIONG Hui

(Construction Headquarters of Guangzhou Metro Group Co., Ltd, Guangzhou 510330, China)

At present, subways are built in many large and medium-sized cities in the country. But at the same, they also encounter a variety of problems, in particular to the problems of water leakage, water seepage and water channeling in the construction of the subway. Pre-spray anti-viscosity of sprayed rubber asphalt is a new waterproof material technology. It has the advantages of easy and fast construction, good physical and chemical properties, etc. Taking Guangzhou metro waterproof project as an example, this paper briefly introduces the main points, advantages and innovation points. As a new technology, its construction process is fast, which can solve the problem of water channeling and leakage in mine tunneling method. At present, it has been applied and approved.

waterproof; mine tunneling method; pre-spray anti-viscosity; sprayed rubber asphalt

D560

A

1672 − 7029(2019)10− 2547 − 06

10.19713/j.cnki.43−1423/u.2019.10.022

2019−01−15

湖南省自然科学基金资助项目(2018JJ3657)；广州地铁集团有限公司科技经费资助项目

熊辉(1970−)，男，江西樟树人，高级工程师，从事地铁建设管理工作；E−mail：xionghui@gzmtr.com

(编辑 阳丽霞)