寒區隧道拱墻鋪設防水保溫層施工方法

李占奎

(中鐵隧道集團二處有限公司，河北三河 065201)

0 引言

目前國內外隧道防凍防寒措施包括被動防寒和主動供暖。被動防寒包括隔熱法、防排水系統和防寒門，主動供熱法包括洞口段供暖和保溫水溝加熱［1］。國內隧道大多采用被動防寒措施。

國內一般地段隧道采用鋪設單層防水板，防水板與初期支護之間安裝環向和縱向排水盲管的防排水方法。然而，寒區隧道襯砌背后積水遇冷則凍結，在設置防水層同時，還需要設置保溫隔熱層，以保證襯砌背后積水不凍結，能夠順利排出洞外［2－5］。國內寒區和高原地區隧道多采用“防水板+保溫板+防水板”3層防水保溫結構，其中以硬質聚氨酯保溫板作為保溫隔熱層，以EVA防水板作為防水層。該結構最大的施工難點是如何采用無釘法依次鋪設固定這3層材料［6－8］。目前國內該類隧道多采用TN－1型聚氨酯黏結劑來實現無釘鋪設［9］。本文結合拉法山隧道防水保溫層施工實踐，詳細描述膠結法、吊繩吊掛法、環向鋼筋固定法和防水板連接帶環向張拉法4種鋪設方法，并總結其優缺點。

1 工程概況

拉法山隧道位于吉林省蛟河市慶鈴鎮北4～5 km處，進口位于新開河屯，出口位于生菜溝北，里程樁號為DK35+965～DK46+000，總長10 035 m，為鐵路雙線隧道。隧址區年平均氣溫為4℃，極端最高氣溫為34.9℃，極端最低氣溫為－41.8℃，最冷月平均氣溫為－28.5℃，年平均最大積雪深度為37cm，最大凍結深度為167cm。按鐵路氣候區劃分為寒冷區與嚴寒區。

2 拉法山隧道防寒保溫設計

2.1 防排水設計

為防止洞口淺埋段產生凍脹病害，在隧道距洞口500 m范圍內采用徑向注漿堵水措施。全隧暗挖段初期支護和二次襯砌間拱墻背后設EVA防水板加土工布，防水板厚1.5mm，土工布400g/m2，其中隧道距洞口500 m范圍內鋪設雙層防水板。

2.2 防寒保溫設計

隧道距洞口2 000 m范圍內設雙側保溫水溝。進口端2 000 m、出口端2 405 m處設置中心深埋水溝(凍結深度以下)。距洞口500 m范圍內在2層防水板之間設置5 cm厚硬質聚氨酯保溫板。

3 第1層防水板鋪設方法

第1層防水板鋪設施工工序簡單，施工工藝已經非常成熟。主要施工工序為:初期支護基面處理—鋪設土工布—鋪設防水板。

第1層防水板采用無釘鋪設方法，即先采用專用射釘及熱熔墊圈將土工布固定在噴射混凝土上，專用熱熔墊圈按梅花形布設;然后利用手動電熱熔接器加熱，使防水板焊接在固定土工布專用的熱熔墊圈上。土工布、防水板按照從下向上的順序鋪設，環向鋪設時，下部防水板應壓住上部防水板，松緊應適度并留有余量，保證土工布、防水板全部面積均能貼到圍巖［10］。

4 保溫板和第2層防水板鋪設方法

雙層防水板中間加保溫板的施工技術難點是如何在已經鋪設好第1層防水板的基礎上，再采用無釘鋪設法且不能穿透第1層防水板的前提下安裝保溫板，繼而鋪設第2層防水板。以下介紹4種安裝保溫板和鋪設第2層防水板方法，各方法均建立在第1層防水板已經鋪設好的基礎上。

4.1 膠結法

理想的膠結法是在采用無釘法鋪設固定好第1層防水板后，把TN－1型聚氨酯黏結劑均勻地涂抹在第1層防水板和保溫板表面，晾置片刻，至黏結劑開始凝膠后將保溫板貼在第1層防水板表面并人工用力加壓密貼，直至達到足夠的膠結強度;然后把TN－1型聚氨酯黏結劑均勻地涂抹在保溫板的另一面和第2層防水板表面。利用同樣的方法將第2層防水板和保溫板粘接牢固。

然而，現場施工實踐證明隧道拱頂部位的保溫板與第1層防水板之間達不到理想的膠結效果，最終導致在未鋪設第2層防水板之前保溫板就已經脫落。原因是:隧道拱部為弧形且初期支護表面不平整，第1層防水板隨拱部弧形鋪設后亦不平整，保溫板為硬質長方體，表面平整，小范圍內不會隨拱部弧形發生彎曲。因此，保溫板與第1層防水板之間局部不能吻合，不能實現全部密貼，膠結面積不足導致達不到足夠的膠結強度，最終使得保溫板脫落。

4.2 吊繩吊掛法

雙層防水板中間加保溫板吊繩吊掛法工藝復雜。在采用無釘法鋪設固定好第1層防水板后，在第1層防水板內表面、第2層防水板外表面均預先焊接連接帶。連接帶利用防水板邊角料加工而成，寬約5cm，長約20 cm，連接帶兩端與防水板表面焊接，中間預留供吊繩穿過的空隙，形成吊環狀。吊繩材料為普通塑料帶。吊繩吊掛法見圖1。

圖1 吊繩吊掛法圖Fig.1 Hanging method

自隧道一側邊墻底開始施工，保溫板安裝與第2層防水板鋪設同步進行。首先將吊繩與第1層防水板內表面吊環通過系扣連接牢固，從保溫板縫隙穿出(或單獨在保溫板上鉆小孔穿出);然后與第2層防水板外表面的吊環通過系扣連接，拉緊吊繩，收緊2層防水板即可將保溫板固定在中間位置。

然而，現場施工實踐證明由于吊繩與連接帶之間的連接系扣屬于柔性連接，松弛度比較大，時間稍長系扣就會自然松動，進而導致保溫板和第2層防水板下沉，侵占二次襯砌凈空。

4.3 環向鋼筋固定法

首先在靠近隧道兩側邊墻處混凝土底板打設φ20 mm短鋼筋，每根短鋼筋長約35 cm。短鋼筋伸出混凝土面20 cm左右，隧道縱向間距為1 m;然后安裝拱墻環向固定鋼筋，該部要充分考慮二次襯砌斷面尺寸，保證環向固定鋼筋安裝在保溫板與第2層防水板之間設計位置。環向固定鋼筋就位后將其與短鋼筋焊接牢固。如果二次襯砌為鋼筋混凝土結構，直接利用伸出仰拱面的環向預留主筋作為短鋼筋與環向固定鋼筋焊接牢固即可。準備工作完成后，在側面將保溫板塞進第1層防水板與環向鋼筋中間的夾層內。拱墻保溫板安裝完成后開始鋪設第2層防水板。第2層防水板外表面同樣焊接連接帶，形成吊環狀，利用吊繩通過吊環與φ20 mm環向固定鋼筋系牢即可。環向鋼筋固定法見圖2。

4.4 防水板連接帶環向張拉連接法

防水板連接帶利用防水板剩余邊角料加工而成，寬約5 cm，長度根據保溫板具體尺寸確定。連接帶與防水板屬于同一種性質材料，二者可以利用手動電熱熔接器加熱焊接牢固。連接帶不僅可以通過其兩端與第1層防水板表面焊接將保溫板固定牢固，還可以作為焊接第2層防水板的固定媒介，這是利用防水板連接帶的一個顯著優點。

圖2 環向鋼筋固定法圖Fig.2 Circumferential re-bar fixing method

鋪設保溫板時，由隧道兩側邊墻開始向拱頂逐塊進行。首先，將2條連接帶的一端焊接在防水板上表面，保溫板就位后，拉緊2條連接帶，將連接帶的另一端同樣分別焊接在防水板表面，這樣第1塊保溫板固定完畢;接著，將固定第2塊保溫板的連接帶焊接在固定第1塊保溫板的連接帶表面。鋪設第2層防水板時，直接將防水板與連接帶通過熱熔焊槍焊接牢固即可。防水板連接帶環向張拉法見圖3。

5 施工方法綜合對比

5.1 方法可行性和施工進度對比

通過施工現場相繼使用不同的方法證明:膠結法不可行;吊繩吊掛法雖然可行但是施工時難以控制保溫板和第2層防水板的下沉量，而且施工進度緩慢;環向鋼筋固定法和防水板連接帶環向張拉法可行，能夠保證施工進度、有效控制下沉量。

5.2 經濟性對比

環向鋼筋固定法和防水板連接帶環向張拉法均能夠滿足方法可行性和施工進度的要求，但是使用環向鋼筋固定法時需要額外增加環向固定鋼筋的費用(見表1)，而使用防水板連接帶環向張拉連接法時，僅需要充分利用防水板剩余邊角料即可，沒有產生額外材料費用。

6 結論與討論

6.1 防水板連接帶連接法優點

1)防水板連接帶環向張拉連接法完全實現了防水層和保溫層的無釘鋪設。

圖3 防水板連接帶環向張拉法圖Fig.3 Connection strip tensioning method

表1 環向鋼筋法鋼筋用量Table 1 Amount of re-bars used in circumferential re-bar fixing method

2)該方法保證了初期支護、2層防水板、保溫板和二次襯砌之間的有效連接，提高了隧道防水保溫隔熱質量。

3)連接帶利用防水板邊角料加工而成，充分體現了環保節約的原則。

4)施工時可以自兩側邊墻同時向拱部進行，大大加快了施工進度。

6.2 施工經驗

1)防水板連接帶連接屬于柔性連接，保溫板和第2層防水板在安裝鋪設完成后仍然會發生小幅度的下沉，在施工時必須注意將第1層防水板、保溫板和第2層防水板之間貼緊，以減小下沉量。

2)硬質聚氨酯保溫板具有彈性，在拆除拱墻鋼筋臨時支撐后，拱部鋼筋下沉，兩側鋼筋向邊墻擠壓，將導致拱部二次襯砌鋼筋侵入凈空，在拱墻設置鋼筋地段安裝鋼筋時必須將拱墻鋼筋墊塊與第二次防水板之間貼緊。

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