装配复合防水板性能研究

肖勇海,李藏哲,赵雅婷

（1.广铁集团深圳工程建设指挥部,广州 深圳 518000; 2.衡水中裕铁信防水技术有限公司,河北 衡水 053000）

0 引言

防排水系统及其施工是隧道工程中的重要组成部分，直接影响隧道运营安全性。铁路隧道防水一般采用复合式衬砌结构，中间夹层设置防水层。隧道开挖后用喷射混凝土整平围堰表面，采用锚杆加固，形成初期支护；然后在初期支护表面上铺设一层土工布或自黏布，采用热熔垫片或是黏接方式高分子防水卷材，形成隧道防水层。欧洲最早从60 年代起开始采用此种防水结构，在初期支护和二次衬砌混凝土间铺设合成高分子防水板或采用防水板与无纺布（或有纺布）复合防水形式[1-4]。日本从1975 年开始将欧洲式的全面防水结构引入隧道防水施工中。我国山岭隧道沿用矿山法和新奥法[5-7]，防水措施为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，该柔性材料通常为EVA 或PE 材质，具有优异的力学性能、耐老化性能和耐腐蚀性能。

目前我国隧道渗漏水现象严重，分析原因除去防水产品质量有待进一步优化提高外，防水材料施工过程控制也是影响防水效果的重要因素。隧道防水层主要铺设方法为热熔焊接，对工人技术水平要求较高，焊接时间和焊接力度极难控制，劳动强度大、质量可控性差、易出现固定不牢及脱落等问题，由此导致混凝土浇筑过程中防水板脱落切割衬砌，易形成拱顶空洞，同时热熔垫片焊接过程中易出现防水板“焊漏”破损情况，降低拱墙结构防水能力[8-10]。

在全面调研国内外防水材料及施工现状的基础上，针对存在的问题，采用现场调研、性能测试及模型试验等研究方法，对隧道防水技术措施进行优化，形成装配式复合防水板产品及相关施工工艺。

1 结构特点

基于“乐高积木（LEGO）”原理，装配式复合防水板由三层结构组成，由初期支护向二次衬砌方向依次为：双向预装带、叠合布、防水板。装配复合防水板结构示意图见图1。

图1 装配复合防水板结构示意图

1.1 根据受力形式，确定双向预装带结构形式为“Y”形

计算材料重力与悬挂力之间关系，得出极限工况位于隧道顶部，悬挂力在拱墙两侧方向相反且从上到下依次递减，因此双向预装带一面设计为平面，另外一面设计为“Y”形射钩，每对射钩上面的朝向方向相反。

预装带在隧道内固定需具有方向性，用射钉固定在初衬上，材料需具有一定的拉伸强度、耐撕裂性能；同时双向预装带与叠合布需具有一定的黏接性能与剪切强度，满足施工性能要求。双向预装带结构示意图见图2。

图2 双向预装带结构示意图

1.2 根据松铺系数，确定防水板与叠合布为条式复合结构

铁路隧道防水板铺设工艺技术规定隧道防水板松铺系数为1.1～1.3，防水板与叠合布采用条式复合，铺设松紧适度，以确保混凝土浇筑后防水板表面与初期支护表面密贴。

1.3 整体结构形式

双向预装带的“Y”形射钩与装配式叠合布起绒面为“子母”镶嵌式对应结构。对齐后施加外力、挤压到位，两种材料对应“锚固”在一起。将装配式叠合布和复合防水板条式复合在一起，施工时将双向预装带和装配式叠合布轻轻敲击，两者通过射钩和起绒布紧密黏接在一起。施工简便，劳动强度低。

2 黏接性能测试

以表征双向预装带与叠合布结合性能的黏接强度、剪切强度、持荷时间为物理性能指标，考察双向预装带的钩型、钩直径、钩密度及装配式叠合布克重对物理性能的影响规律。

2.1 双向预装带结构对黏接物理性能影响

双向预装带的钩型、钩直径、钩密度对黏接物理性能的影响规律见表1。

表1 双向预装带结构对黏接物理性能影响

由表1 可以看出，随着钩直径与钩密度的增大，预装带与装配式叠合布的黏接强度与剪切强度明显增大。相同射出钩直径与密度时，对Y 形的黏接强度与剪切强度大约是单钩型的1.5 倍。最终确定双向预装带结构为对Y 形钩形，射出钩直径0.18 mm，钩密度25 mm（个/cm²）。

2.2 叠合布克重对黏接物理性能影响

选择300 g/m2、350 g/m2、400 g/m2的叠合布进行试验，对比不同规格的叠合布与双向预装带的黏接性能。叠合布克重对黏接物理性能的影响规律见表2。

表2 叠合布克重对黏接物理性能影响

叠合布克重≥300 g/m2时物理指标满足标准值，所以叠合布确定为单位面积质量≥300 g/m2。

3 施工工艺

装配式复合防水板施工工艺如下：

3.1 基层处理

（1）铺设装配复合防水板前，采取有效的止水措施，保证隧道初期支护表面没有明水。

（2）基面应平整，喷射混凝土应密实、平整，无裂缝、脱落、漏喷、露筋、空鼓和渗漏水。喷射混凝土表面平整度的允许偏差为30 mm，且矢弦比（D/L）不得大于1/6。D为喷射混凝土相邻两凸面间凹进去的深度，L为喷射混凝土相邻两凸间的距离。

（3）对隧道初期支护混凝土表面进行处理，切除外漏锚杆头、漏筋等尖锐物，凹凸量不得超过±5cm，确保喷混凝土表面平整，无尖锐棱角。

3.2 装配式复合防水板安装

（1）固定双向预装带。仰拱及矮边墙施工时根据隧道弧形走势，用气排钉固定双向预装带，每条之间间隔60～70 cm（实际根据装配复合防水板条式复合间隙而定）。双向预装带固定示意图见图3。

图3 固定双向预装带

（2）施工防水板。用施工车托盘将防水板展开托起后，防水板的黏合部位对准双向预装带轻轻敲击、压实。防水板固定示意图见图4。

图4 固定防水板

（3）装配复合防水板搭接。焊接装配复合防水板（生产时预留有焊接边）时，搭接缝应采用双焊缝、调温、调速热楔式功能的自动爬行式热合机热熔焊接，细部处理或修补采用热风焊枪。

开始焊接前，应用同产品小块塑料片试焊，以掌握焊接温度和焊接速度。

卷材搭接宽度不应小于100 mm，每条焊缝的有效宽度不应小于10 mm。在焊缝搭接的部位焊缝必须错开，不允许有三层以上的接缝重叠。

4 与国内外产品优势对比

装配复合防水板与国外隧道防水材料对比见表3。

表3 装配复合防水板与国外其他材料对比

通过国内、国外对比分析表明，装配复合防水板实现无损铺挂、降低拱顶空洞率、提高防水效果，提高地下结构运营安全性，降低工程维护成本。

5 结论

针对传统防水板施工存在的问题，在现场调研、性能测试等研究方法基础上，提出装配式复合防水板产品及相关施工工艺。

（1）基于“乐高积木（LEGO）”原理，装配式复合防水板由三层结构组成，由初期支护向二次衬砌方向依次为：双向预装带、叠合布、防水板。防水板本体与叠合布提前集成形成复合防水板，施工时将复合防水板与固定在基层的双向预装带形成“子母”镶嵌双向无破损黏接，实现了无损铺挂。

（2）以表征双向预装带与叠合布结合性能的黏接强度、剪切强度、持荷时间为物理性能指标，确定了双向预装带结构及装配式叠合布克重：当双向预装带选用对Y 形钩形、射出钩直径0.18 mm、钩密度25 mm（个/ cm2）及叠合布单位面积质量≥300 g/m2时，双向预装带与叠合布黏接性能可满足标准要求。

（3）通过国内、国外对比分析表明，装配复合防水板实现无损铺挂、降低拱顶空洞率、提高防水效果，提高地下结构运营安全性，降低工程维护成本。