隧道工程喷膜防水技术的发展与应用现状

李新龙

（陕西省铁路投资（集团）有限公司，西安 710054）

1 引言

隧道渗漏水问题目前仍旧是大部分隧道工程中无法根治的问题，这为隧道投入运营之后的维修养护增加了难度。根据调查统计，国内外严重渗漏水的隧道数量大约占隧道总数量的30%。我国从1981 年开始引进国外防水板进行隧道防水作业，本文通过阐述与分析目前隧道喷膜防水技术的具体运用情况，介绍其应用价值。现阶段隧道工程越发复杂，类别更趋于多样化，如何保证隧道防水工程的施工质量值得深入研究。

2 隧道工程渗漏水原因

隧道工程渗漏水原因比较多，作为地下线性工程，跨度范围比较大，而且不同区段内的工程地质、水文条件等各不相同，容易导致隧道渗漏水。从各方面综合分析，隧道渗漏水出现的主要原因分为2 个方面：自然因素与人为因素。

2.1 自然因素导致的隧道渗漏水

客观上来讲，地下水的存在是隧道产生渗漏水的根本原因，通过剖析水力学与水文地质学可知，地下水的流动是有固定流向的，地下水通常由高水压区流向低水压区。在施工开挖阶段，低水压区常出现临空面，在围岩作用力的影响下，地下水的流向被改变而流向临空面，因此，地下水流向隧道内，若防水施工不到位，最终会导致隧道衬砌、底部渗漏水。隧道开挖过程中围岩的渗透系数、地下水位的高低、过水断面的大小等均会影响隧道防渗漏效果。另外，水文地质特征的变化也直接影响隧道渗漏水，如大气降水、隧道埋深、溶洞、泉眼、水库、江河等因素。

2.2 人为因素导致的隧道渗漏水

人为因素导致的隧道渗漏水主要体现在：

1）隧道防排水体系不完善，初期支护与二衬之间排水系统未连通，施工作业不精细，洒落的砂浆、混凝土等堵塞排水系统，导致排水困难造成隧道渗漏水。

2）防水板铺挂施工质量影响隧道渗漏水。防水板铺挂时，因施工不规范造成防水板破坏的现象时有发生，如前后两幅防水板搭接宽度不够或搭接不平顺导致焊缝不密实，焊接钢筋时烧坏防水板，防水板背后外露的锚杆头、管件没有切除。

3）穿防水板，防水板背后未铺设土工布，防水板铺设过于松弛或紧绷均会造成隧道渗漏水。

4）二衬混凝土施工质量问题。二衬混凝土通常采用防水混凝土，但由于混凝土的防水设计、砂石原材料的质量、混凝土施工接缝的处置等把控不严，导致隧道渗漏水。

5）管理问题。隧道排水系统为隐蔽工程，必须重视施工过程中的质量验收工作，由于一些施工单位自检体系不健全，加之个别监理人员履职不到位，忽视了隧道防排水的重要性，缺乏自检与监督等，导致隧道出现渗漏水现象。

3 隧道工程喷膜防水技术的发展

3.1 早期阶段

喷膜防水技术早期主要应用于发达国家，随着人们对防水质量要求的不断提升，以及施工期间人们对防水施作的便捷性和质量控制的要求，喷膜防水技术应运而生，其主要施工过程是将防水涂料通过机械喷涂的方式均匀喷洒在屋面或地下室墙面上。在这一阶段，人们也在对隧道施工的防水措施进行分析、研究，通过对防水形式、材料等的不断革新与创新，适用于隧道工程防水的喷膜防水技术也被运用于山岭隧道施工中。早在1960—1965 年，德国、奥地利、瑞士等修建了约30 座公路隧道，通过SIKA 公司生产的掺和有机玻璃纤维加强聚酯树脂喷层来起到防水作用。进入20 世纪60 年代之后，西德在地下工程中也运用了喷射封层防水材料，这些材料尽管在性能上存在一定的差异，但可以看出，在这个阶段，喷膜防水技术已经被应用到隧道防水中，虽然数量不多，配套设备也不成熟，但其技术的运用在不断优化与完善。

3.2 发展阶段

发展阶段主要在1980—2000 年，此阶段世界各国都比较重视推广喷膜防水技术，因此，出现了如丙烯酸盐、聚氨酯、聚脲等多种防水材料，同时，相应的专用机械设备也得到了更新和发展，将喷膜防水技术运用在隧道工程中的案例亦越来越多。这个时期以日本为代表，特别是在20 世纪80 年代中后期，日本开发的隧道喷膜防水技术不管是在材料的创新还是在机械设备的改进方面，均在当时引领着喷膜防水技术。随着喷膜防水技术的不断进步与发展，该技术在不同类型隧道工程中的运用得到了拓展，如沉管隧道、明挖隧道。我国在这个时期对喷膜防水技术的研究刚起步，最早是使用阳离子的乳化沥青胶乳防水涂料来防止隧道渗漏以及处理隧道渗漏水[2]。

3.3 应用阶段

进入21 世纪后，该技术的应用范围不断扩大，整体上朝着材料更新与设备机械化作业的方向不断发展。随着技术运用范围的扩大，大量的新型材料和设备不断涌现。国内运用该技术的项目也随之增多，在本阶段呈现出积极的增长趋势，西南交通大学与成都某新型防水材料公司联合推广的丙烯酸盐喷膜技术，在国内多座山岭隧道、地铁隧道、地下交通、洞库施工中得到了广泛使用，如四川的牟尼沟公路隧道、贵广线天平山隧道、深圳中海油LNG（天然气）供气隧道。笔者曾参与了喷膜防水技术方面，一些技术标准的课题研究与推广工作，对该技术的推广应用和规范使用起到了积极作用。近年来，聚脲、速凝橡胶沥青等新型喷膜防水材料得到了广泛运用，广州地铁、上海地铁、上海外滩交通枢纽等项目部分隧道工程顶板防水作业使用聚脲喷膜防水技术取得了非常好的防水效果。另外，喷涂速凝橡胶沥青进行防水作业目前也呈现出快速发展趋势，在国内的隧道和地铁中得到了广泛使用，GB 50108—2008《地下工程防水技术规范》的修订中对该技术的运用进行了补充[3]。

4 隧道工程喷膜防水技术的应用现状

4.1 成膜机理及性能

随着市场的兴起，在实际隧道工程中可运用的喷膜防水材料种类较多，为方便研究，将喷膜防水材料按组成划分为单组分和多组分来阐述。

4.1.1 单组分喷膜防水材料成膜机理

1）喷膜后，材料组分中的水与溶剂挥发之后形成紧密堆积的固体微粒层成膜[4]。

2）喷膜后，依靠材料中含有的反应基团与空气发生反应固化成膜。该技术在使用过程中也可以使用加速剂加快材料聚合，但这些材料仍旧被认为是单组分材料，无论是否加入加速剂，这些材料喷射后都会聚合，且也不会改变材料性质。

4.1.2 多组分喷膜防水材料

主要是通过2 种喷膜材料在喷射过程中混合后快速聚合胶结成膜，该混合过程通常伴随放热现象。

通常情况下单组分喷膜防水材料对机具、技术要求比较低，聚合时间较慢，养护时间较长，单组分材料内含有可挥发性溶剂，容易造成环境污染，目前已应用较少。因此，大部分隧道工程喷膜防水材料多使用双组分成膜体系，这种体系相对来讲成本较高、施工设备复杂、材料配比要求高、对施工人员技能要求高，但目前应用得较多。

4.2 喷模设备

在喷涂领域内，运用比较成熟的喷涂设备主要分为3 种类型，分别是空气喷涂、高压无气喷涂和空气辅助无气喷涂设备，也有部分（粉状）喷膜产品采用喷混凝土机施工。由于不少喷膜原料黏度较大，为保证喷涂速率和施工效率，大多数喷膜都选择高压无气喷涂设备来作业，黏度受温度影响较大的材料可使用喷涂设备的加热功能。高压无气喷涂是对喷膜防水材料施加高压让其从喷嘴中喷出，在防水材料离开喷嘴的瞬间，会与空气发生碰撞，防水材料离子不断被粉碎雾化并附着在被涂物的表面。

4.3 施工工艺

施工工艺决定着喷膜防水层的施工质量，因此，在大面积施工前一般应进行试喷，通过试喷达到培训人员确定参数、总结工艺、明确质量控制要点的目的。根据目前喷膜防水技术与材料的发展、设备创新和使用情况，采用喷膜防水技术进行施工时应考虑以下要点：

1）应将初期支护喷射混凝土表面的粉尘、浮渣、露头钢筋等清理干净，保证防水层和初期支护表面之间的黏结效果和黏结质量。

2）初期支护喷射混凝土表面出现渗漏水时必须进行处理，一般采用注浆堵水或安装局部排水设施引排渗漏水。

3）严格控制初期支护喷射混凝土表面的平整度，必要时采用细骨料喷射混凝土或砂浆进行找平，以节约喷膜材料消耗量，降低成本，保证成膜效果与质量。

4）加强对材料组分比例、计量控制系统、喷射压力、喷嘴的角度等参数的调整与控制，以适应不同部位的喷膜要求[5]。

5）施工过程中，应加强检查与控制，对存在的问题进行及时处理。

在具体运用过程中，不同材料所使用的喷膜防水技术在工艺使用方面还有可能存在区别，因此，在某一区段施工结束之后，应对成膜质量进行全面检查，以保证隧道防水达到应有的效果。

5 结语

综上，隧道喷膜防水技术在现阶段已日趋成熟，在不同阶段，该技术也呈现出不同的特征。目前，各种新型喷膜防水材料不断出现，喷膜防水施工机具与设备等也朝着专业化、机械化的方向发展，随着相关使用指南、技术标准的发布，该技术的应用将逐渐朝着规范化、标准化的方向发展，推广应用前景将越来越广泛。