高分子防水卷材在隧道及地下工程中的应用探讨

马小峰

（北京中交桥宇科技有限公司，北京 100102）

建筑工程防水材料通常分为六大类：高聚物改性沥青基防水卷材、合成高分子防水卷材、防水涂料、密封材料、刚性防水及堵漏止水材料和特种防水材料。就目前我国新型防水材料结构比例来看，沥青基防水卷材在我国防水材料市场中占比最大，约为70%；高分子防水卷材占10%左右，防水涂料和其他类型防水材料占比约20%[1]。

随着我国科学技术的发展以及人民环保意识的增强，建筑、交通、农业、水利等领域均对防水材料提出了多种类、高品质的要求。我国防水卷材的发展经历了从沥青纸胎油毡到改性沥青防水卷材、再到高分子防水卷材的过程，从单一到多样、从污染到环保、从低质量到高品质。其中高分子防水卷材作为具有优异的物理性能和良好的经济效益的新型建筑材料，在社会生产中得到越来越多的重视。

1 高分子防水卷材的特点

1）种类多。高分子防水卷材按原料性质分为橡胶类和树脂类，按是否含有附加层又可分为均质类、复合类、自粘类。常见的高分子防水卷材有：三元乙丙橡胶（EPDM）防水卷材、聚氯乙烯（PVC）防水卷材、氯化聚乙烯（CPE）防水卷材、乙烯醋酸乙烯共聚物（EVA）防水卷材、乙烯醋酸乙烯改性沥青共混（ECB）防水卷材、高密度聚乙烯（HDPE）防水卷材、热塑性聚烯烃类（TPO）防水卷材等。

2）拉伸强度高、延伸率大，低温弯折性好。高分子防水卷材由高聚合物组成，这些聚合物的延度较高，增强了高分子防水卷材的抗拉性能。对于不同气候条件下结构层的伸缩、变形等具有较强的适应性，解决了传统防水材料易产生开裂的问题，从而确保了工程的防水质量。以下是几种常见的高分子防水卷材物理性能指标，见表1。

3）耐腐蚀、耐老化、使用寿命长。一般合成高分子防水卷材的耐用年限在10年以上，而EPDM防水卷材的使用年限达到30年以上。随技术进步，一些材料的使用寿命较大幅度提升，如新型防老化剂和增塑剂的开发成功使PVC防水卷材的耐老化性能得到解决，迅速大规模投入市场。

表1 高分子防水卷材物理性能指标

4）施工方法更加环保。出于对工地防火及城市环境卫生的要求，很多城市已明令禁止明火施工和熬热沥青，而高分子防水卷材的冷粘法、自粘法和热风焊接法等施工方法均为冷作业，不仅改善了工人的施工条件和施工现场的管理，也减少了环境污染。

5）应用范围广。除了用于建筑防水外，亦大量用于交通、市政、水利、园林等工程。由于一些高分子材料具有极佳的长期耐水性，用于地下、水中或其他潮湿环境，高分子防水卷材的基本性能不变，能有效耐腐蚀和霉烂[2]。

2 高分子防水卷材的应用

2.1 高分子防水卷材在公路及铁路隧道中的应用

公路铁路隧道多出现在山岭中，山体中含有地表水、环境水及围岩裂隙水等地下水资源，隧道一但出现渗水将影响混凝土结构的耐久性和稳定性。国内隧道防水措施一般分为结构混凝土和防水层两道防水，除了二次衬砌采用防水混凝土外，一般在初期支护与二次衬砌混凝土间设置柔性防水材料作为防水层，该柔性防水材料必须具有较强的拉伸强度和断裂伸长率，且耐硌伤、耐根刺、耐腐蚀等。防水材料从早期的光板均质片发展到复合土工布的防水板，再到复合了土工布的自粘胶膜的三合一防水卷材，材料的运用与施工工艺愈加成熟，产生的经济效果也愈加明显[3]。

目前多数隧道防水工程中，采用的是防水板辅以缓冲层的复合防水体系，缓冲层以土工布为主，土工布及防水板铺设时需要预留一定的松弛度，防止浇筑二衬时混凝土对防水板进行挤压造成拉伸破坏。防水板铺设后及时对其气密性进行检测，并对出现破坏的部位进行修补。

由于隧道在开挖过程中，多采用钻爆的方式，基面凹凸不平容易造成防水板损坏，所以对土工布进行顶破或撕破强力检测十分必要，以免质量低劣产品影响防水效果。另外，高分子防水卷材容易受自然环境影响，储存及使用时避免长期暴晒加速产品老化。

2.2 高分子防水卷材在地铁及地下综合管廊中的应用

地铁及地下综合管廊工程多处于地下水位以下或附近，防水材料应根据施工部位、地区、地下水条件等进行选择，以方便施工、安全、耐久、经济、环保为原则。

目前国内明挖结构的地铁工程中，结构顶板多采用涂料类防水层，侧墙和底板大多采用预铺防水卷材。依据GB/T 23457-2017《预铺防水卷材》规定，预铺防水卷材按主体材料分塑料类、沥青基聚酯胎类和橡胶类三种。市场上以塑料类最常见，例如，北京地铁6号线东大桥至呼家楼区间隧道采用了HDPE自粘胶膜防水卷材[4]；其他两种类型的预铺卷材在全国地铁项目中也有应用，深圳地铁2号线华强北站和燕南站采用了EVA高分子改性沥青复合自粘防水卷材[5]，青岛地铁3号线双山站采用了三元乙丙橡胶自粘型防水卷材[6]。由于自粘型防水卷材具有施工方便、不窜水、安全环保等优点，其在越来越多的地铁工程中得到应用。

地下综合管廊是位于地下的市政隧道，是集电力、通信、热力、燃气、给排水等多功能于一身的特制隧道。预铺防水卷材在地下综合管廊中的应用正成为趋势，在业内达成了共识。贵州六盘水综合管廊项目外部防水层应用了HDPE自粘胶膜防水卷材[7]。乌鲁木齐市沙坪路地下综合管廊采用了CPS反应粘接型防水卷材铺贴[8]。此外，还有TPO防水卷材因其具有良好的可焊接性、耐候性、耐化学腐蚀性，通过自粘和预铺反粘形式应用于地下综合管廊中[9]。

3 高分子防水卷材施工技术与问题

高分子防水卷材除了在隧道、地铁、综合管廊中得到应用，还应用于屋面、地下通道、人防工程、地下车库等领域。不同种类的防水卷材施工技术不同，建设者会根据施工的地质环境或节点部位的不同判断选择。高分子防水卷材施工应用技术逐渐形成了松铺压顶、机械固定、热焊接及粘接几种方法，如EPDM防水卷材采用冷粘法施工，PVC防水卷材和TPO防水卷材采用机械固定法施工，高分子自粘胶膜防水卷材采用预铺反粘法施工，其中机械固定法最常见。

高分子防水卷材在实际应用中会存在一些问题：一是，地下工程施工时，往往空间狭小，钢筋绑扎与焊接、脚手板支护、混凝土浇筑等工序往往进行交叉作业，卷材铺设完成后没有保护层，难免会对防水层造成一定的损伤。此外，由于地基不均匀沉降，结构变形等因素，也会对防水卷材造成拉伸破坏，从而引起渗漏。二是，常见的机械固定法不能使防水卷材与混凝土结构形成满粘，一旦卷材出现破损，地下水将会在结构与防水层之间形成窜流，且很难找到漏水点，对后期维修造成困难。因此，防水工程是要求一次性做好的重点工程，建设者必须以保守的心态对防水卷材进行选择、设计、施工和维护。

4 高分子自粘胶膜防水卷材原理及优势

我国自上世纪90年代从美国引进预铺反粘技术，通过多年的技术积累和实践应用，高分子自粘胶膜防水卷材的生产及施工技术都已非常成熟。高分子自粘胶膜防水卷材表面覆有自粘胶膜层，该胶层不仅有渗透和卯榫作用，还能在混凝土固化过程中通过化学键作用形成强大的粘结力，通过物理卯榫和化学交联两种作用协同进行，让粘结更为牢靠。高分子自粘胶膜防水卷材与混凝土表面形成满粘效果，达到“皮肤式”的防水，防止水在结构和防水层间形成窜流。

高分子自粘胶膜防水卷材对施工基面要求较低，在无水的环境下即可施工；单层铺设，无需加强层就可以达到很好的防水效果；无需底涂和预处理，节约工期；预铺后可直接在卷材上绑扎钢筋，抗穿刺能力强；施工过程不使用溶剂、无明火，更加环保。基于以上优点，未来高分子自粘胶膜防水卷材将会在更多的地下工程中得到应用。

5 结语

高分子防水卷材种类多、强度高、环保高效，其中自粘胶膜防水卷材以其优异的防水性能在隧道及地下工程得到广泛应用。地下工程环境复杂，施工条件差，防水工程作为一项重要的分项工程处于整个工程中关键一环，防水质量的好坏不仅要选对材料，还要把控好施工工艺，其完成质量对整个工程有极其重要的意义。