雄安新区某电缆隧道防水优化设计研究

李兵兵，赵贞欣，刘志磊

(中国电建集团河北省电力勘测设计研究院有限公司，河北 石家庄 050031)

0 引言

随着我国城市化进程的推进与发展，城区电力管线采用电缆隧道的形式越来越多。受设计水平、施工质量以及工作环境多方面的影响，隧道往往会出现开裂、漏水导致钢筋生锈，电缆和其他设备工作环境受潮的情况，严重时甚至会影响隧道结构的耐久性和安全性。因此，防水质量是影响隧道工程质量的重要因素。

1 隧道渗水类型和原因

隧道渗漏的类型主要有三大方面：各种出入口的雨水、地表水倒灌；混凝土本体渗漏；变形缝、施工缝、预埋穿墙管的渗漏。

1)各种出入口倒灌的原因

逃生口位置设计未考虑周围地形，位于低点；

井盖密封性受到人为破坏。

2)混凝土本体渗漏的原因

因各种原因引起的结构裂缝而导致渗漏，如图1所示。

图1 隧道裂缝渗水

在结构钢筋密集部位，因施工振捣不到位导致结构内部空洞而引起的渗漏；

混凝土蜂窝部位出现渗漏，如图2所示。

图2 蜂窝麻面渗水

因电缆规模变化而现凿的穿洞位置出现渗漏。

3)变形缝、施工缝、预埋穿墙管渗漏原因

变形缝止水带固定不牢靠，浇筑混凝土跑偏；结构伸缩变形超过止水带极限造成撕裂变形；施工中止水带未采取保护措施被破坏；橡胶止水带采用再生橡胶，耐老化性能差，过早失效。

施工缝部位的混凝土接合不密实，留有孔隙；混凝土基面不达标；采用的防水措施欠妥当，不能起到止水或阻水作用。

群管未采用套管；管与结构之间未采取防水加强措施；防水层在管根部位未采用密封收头；管周围混凝土振捣不密实，如图3和图4所示。

图3 隧道电缆孔渗水

图4 隧道穿墙孔渗水

2 工程概况

雄安新区某电缆隧道工程起于雄东500 kV变电站，止于昝西220 kV变电站，为雄安新区首条双仓敷设的高压电力下送通道。新建隧道路径长度为11.766 km，大部分地段采用明挖法，穿河流、公路等处采用顶管法施工。本工程电力隧道属于一级电缆通道，肩负着电力稳定重任，容纳电缆多，发生事故容易造成变电站停运，因此防水设计针对以上三个方面的渗漏类型进行重点防范，保证隧道本体在运营期间不能发生渗漏，保证隧道功能的正常运行和结构的安全耐久。

拟建线路位于华北平原，沿线地层岩性主要为黄土状土、粉土、黏性土及砂类土。地下水对钢筋混凝土结构及钢筋混凝土结构中的钢筋具有微腐蚀性；地基土对混凝土结构及钢筋混凝土结构中的钢筋均具微腐蚀性。地下水埋深大于22 m，抗浮水位按照地表以下2 m设计。由于上部地层中存在不透水的粘性土层，在雨洪、积雪融化及灌溉季节，上部粉土、粉砂中会存在部分上层滞水，因此做好本工程的防水设计对隧道的正常运维是非常重要的。

3 防水设计原则

防水设计遵循“刚性为主，柔性为辅，防、排、截、堵相结合，刚柔相济，因地制宜，综合治理”的原则。

1)防水体系以结构刚性自防水为根本，采取措施控制混凝土裂缝的开展，提高混凝土的抗渗性能；

2)以施工缝、变形缝、穿墙管(盒)、预埋件、预留通道接头等细部构造的防水为重点；

3)辅以优质合适的柔性外包防水层。

通过合理的防水设计、精心的施工、定期的维护，获得长期可靠的防水效果，实现电力隧道防水的目标。

4 混凝土结构自身抗渗防水

4.1 混凝土自防水方案

混凝土自防水有三大要素：

1)混凝土抗渗性能满足工程要求；

2)混凝土具有良好的抗开裂或微裂缝自愈功能；

3)通过设置变形缝等方法划分结构单元或其他施工手段，增加结构抗变形刚度，减小因沉降差、温差等因素造成的结构裂缝。

本工程环境作用等级为I-B的情况，混凝土等级采用C35满足100 a设计使用年限的耐久性要求。通过选用优质的原材料、合理的配合比、可靠的施工过程质量控制、掺加矿物掺合料和化学外加剂等措施提升混凝土耐久性指标。对试块抗渗性、电通量等耐久性相关指标测试[1]，确保混凝土耐久性达到设计要求[2]。

4.2 混凝土自防水提升

1)有效预防和控制混凝土裂缝的产生

① 严格控制混凝土配合比；

② 合理选择防水混凝土原材料、施工及工艺控制、养护要求；

③ 设计控制钢筋间距以及裂缝宽度；

④ 选择优质的外加剂。

本工程在埋深较大、坡度较大、含水较多、施工质量难保证的区段采用新型混凝土外加剂，提升这些区段隧道的防水性能，确保达到不渗漏的效果。

2) 合理设置变形缝和施工缝

变形缝的设置主要是考虑地质变化、结构体量相差较大、温度变化等因素。根据本工程所在地区的温度变化及电缆隧道的最高工作温度和土质条件，并计算区间段的混凝土伸缩量，变形缝缝距由规范规定不宜超过30 m优化为30～60 m之间。此方案变形缝数量较规范规定的常规数量减少40% ，从而降低潜在的漏水风险点，提高隧道防水效果。

环向施工缝间距由15 m调整为30 m，纵向施工缝只设置于底板以上300 mm处，极大的减少了渗漏风险点，加快了施工进度。

3)变形缝处设置枕梁防止沉降

坡度较大及地层变化较大区段底板变形缝处设置枕梁，有效防止因不均匀沉降引起防水措施的破坏。

4) 预留通道接口优化

为远期规划预留好接口，避免后期破坏主体结构产生大的渗漏点，实现工程不同建设时序的协调统一。交叉口预留接口处采用钢筋混凝土墙封堵，接口处预留钢筋接驳器。后浇混凝土施工前应将先浇结构混凝土凿毛，露出预埋的接驳器钢板，与后浇混凝土内的钢筋连接牢固后再进行浇筑。

5 外包柔性防水设计

每种防水材料都有其特定的施工工艺，如基层处理、安装铺设方法、成品验收、成品保护要求等。防水材料的选用一般应考虑以下三个方面的要求：一是选用的防水材料的性价比(耐久性、环保)；二是选用材料的防水施工工艺不能过于复杂；三是选用的材料种类不宜过多，避免多种材料的搭接过多。

本工程放坡开挖段和有支护段选相同的方案：

底板：3.0 mm厚自粘聚合物改性沥青防水卷材+2.0 mm厚非固化橡胶沥青防水涂料。

侧墙：3.0 mm厚自粘聚合物改性沥青防水卷材+2.0 mm厚非固化橡胶沥青防水涂料(立面专用型)。

顶板：4.0 mm厚SBS改性沥青耐根穿刺防水卷材+2.0 mm厚非固化橡胶沥青防水涂料，如图5所示。

图5 非固化橡胶沥青防水涂料

外加“柔性防水”实质是要解决“柔性防水材料”与混凝土结构刚性体之间既要紧密附着防窜水，又要避免柔性防水层被拉裂或剥离的问题。本工程采用涂料+卷材的复合方式[2-3]，充分利用涂料类防水材料内聚力低，与卷材类防水材料抗拉强度高、延伸率较大、耐撕裂性和耐磕碰性强，对基层伸缩和开裂变形适用性强的优点，克服单纯涂料防水和卷材防水的缺点。隧道防水措施从二级提升为一级，达到隧道不漏水、结构表面无湿渍。

6 特殊部位防水设计优化提升

本工程对明挖段变形缝、施工缝、穿墙管、阴阳角、对穿螺栓和结构出地面6种，顶管段的管片接缝、顶管进出洞口、顶管与明挖接口4种，共计11种特殊节点部位的防水进行了专项设计。

6.1 变形缝的防水构造优化提升

变形缝整环设置中孔型中埋式钢边橡胶止水带，再用外贴式橡胶止水带，变形缝背水面缝内整环采用聚氨酯密封胶进行嵌缝密封，嵌缝深度与缝同宽，变形缝内填充丁晴软木橡胶嵌缝，变形缝迎水面增设防水加强层。4道措施设防，达到一级设防要求，防止变形缝部位出现漏水。

6.2 施工缝的防水构造优化提升

施工缝按照设防等级要求可在中埋式止水带、镀锌钢板止水带、外贴式止水带、遇水膨胀止水条、密封胶嵌缝、外贴防水卷材、外涂防水涂料、水泥基渗透结晶型防水涂料、预埋注浆管等措施中选择。本工程采用钢板止水带+腻子缓膨型遇水膨胀止水条+水泥基渗透结晶型防水涂料+外涂涂料加强层，4道防线，提升防水质量和性能。

6.3 穿墙管防水设计优化

外墙穿墙管采用柔性套管，套管(或主管)均设置止水环，并要求做闭水实验，杜绝洞口渗水。

群管采用套管型式，设置防水加强层，遇水膨胀止水条，用防火堵料堵实电缆与预留管之间缝隙,封堵深度为30 mm，采用软腻子将电缆与管道之间及电缆管周围缝隙封堵严密，防止渗水。

6.4 阴阳角防水设计优化

加强措施：阴阳角防水设计采用加强层

抗裂措施：阴阳角处500 mm范围内混凝土保护层内铺规格φ6@200 mm×200 mm钢筋网片。

6.5 对穿螺栓防水设计优化

按照CECS 370：2014《隧道工程防水技术规范》。固定模板不宜使用对穿螺栓，如固定模板的螺栓必须穿过混凝土结构时，可采用工具式螺栓或螺栓加堵头，螺栓上应加焊止水环。拆模后应采取加强防水措施，将留下的凹槽封堵密实，并在迎水面增设防水加强层。

6.6 通风口和逃生口防水设计优化

通风口顶板设置找坡层排水，出地面收口采用聚合物水泥砂浆作为保护层。逃生口采用双层防水井盖，井口距离地面不小于300 mm。

6.7 顶管接缝防水设计优化

顶管采用承插口连接，前管设置止水条，接口处设置密封膏，后管设置两道橡胶止圈，采用楔形密封橡胶圈。管节接口处设置复合衬垫，接口附近埋设注浆管，施工完成后采用外方管封堵。

6.8 顶管进出洞口防水设计优化

顶管进出洞口设置帘布橡胶圈，防止泥沙及水的渗入，帘布橡胶由模具分块压制然后连成一整环。顶管管节与洞口处预埋钢板连接，封堵顶管与井壁的空隙。

6.9 顶管井改造隧道与顶管、明挖隧道接口防水设计

顶管与明挖隧道采用在顶管井内改造的明挖隧道过渡。顶管井改造隧道与顶管、明挖隧道接口处设置注浆管进行封堵，防水层收口采用密封胶封堵，如图6、图7所示。

图6 顶管井改造隧道与顶管接口防水

图7 顶管井改造隧道与明挖隧道接口防水

7 排水设计

本工程处于雄安外围区域，属郊野单元，目前无市政管网规划。根据实际情况集中收集隧道内污水，经过处理后，排入沿线规定的排水点处。根据本工程地质、水文及沿线的地质情况设计，形成汇集、流径和排出等完整的排水系统并满足周围环境保护要求。

排水管道通过风机房的侧墙或隧道侧墙穿出隧道，减少开孔数量，降低隧道本体开孔处漏水风险。集水坑设置两台水泵，一用一备，潜污泵均采用水位自动控制、就地手动控制及控制室远程监视相结合的控制方式。水泵的启、停、故障状态信号，水池内的低报警水位、停泵水位、及高水位报警，均应能在控制室内显示。

图8 步道下设置的排水管线

图9 通风口处排水系统

8 结论

根据本文对地下电缆工程防水设计的分析，并结合雄安工程对地下电缆工程防水优化设计，得出以下结论：

1)隧道结构主体采用防水抗渗混凝体浇筑，抗渗等级不小于P8，局部区段选择优质的外加剂，保证防水效果。

2)本工程外包防水方案采用涂料+卷材的复合方式，充分利用了涂料类防水材料与基层能有效结合和卷材类防水材料抗拉强度高、延伸率较大、耐撕裂性和耐磕碰性强的优点，使隧道防水性能达到一级。

3)对变形缝、施工缝、后浇带、穿墙管、预埋件、孔口等细部构造进行了防水优化设计，保证整个隧道防水的整体性。

4)对隧道排水系统进行了优化，在保证安全可靠的前提下，选择最经济合理的排水方案。