全圓隧洞洞壁雙向防水施工技術(shù)

中建一局集團(tuán)第五建筑有限公司 北京 100024

1 工程概況

北京市南水北調(diào)配套工程?hào)|干渠工程第9標(biāo)段工程，自北京市東五環(huán)路化工橋東北段起始，至五方橋東北段終止，全長(zhǎng)2.77 km。工程建成后，將作為南水北調(diào)進(jìn)京后的主要輸水渠道，為北京中心城區(qū)、通州新城和亦莊新城主要水廠提供雙水源供水保障。

工程全部為地下管涵，采用盾構(gòu)法施工。輸水隧道為全圓隧洞管線，隧洞結(jié)構(gòu)橫截面外徑6 000 mm，凈空直徑4 600 mm，設(shè)計(jì)為雙層襯砌結(jié)構(gòu)。一次襯砌層為盾構(gòu)普通襯砌環(huán)結(jié)構(gòu)，環(huán)寬1 200 mm，厚300 mm，采用C50（W10、F150）預(yù)制混凝土管片（簡(jiǎn)稱：一襯盾構(gòu)管片），見圖1。二次襯砌層外徑5 400 mm，內(nèi)徑4 600 mm，厚度400 mm，采用現(xiàn)澆鋼筋自密實(shí)混凝土結(jié)構(gòu)（簡(jiǎn)稱：二襯混凝土），見圖2，強(qiáng)度等級(jí)為C35（W10、F150）。防水層為高密度聚乙烯（HDPE）自粘膠膜防水卷材（簡(jiǎn)稱：HDPE防水卷材），位于結(jié)構(gòu)一襯與二襯之間，見圖3。全圓隧洞橫截面局部構(gòu)造見圖4[1,2]。

圖1 一襯盾構(gòu)管片

圖2 二襯混凝土澆筑后隧洞實(shí)景

圖3 雙層襯砌橫截面構(gòu)造示意

圖4 橫截面局部結(jié)構(gòu)示意

2 雙向防水施工技術(shù)

利用HDPE防水卷材多層復(fù)合防水材料的優(yōu)越性能，同時(shí)對(duì)隧洞進(jìn)行全圓澆筑，形成無(wú)施工縫的一體圓環(huán)結(jié)構(gòu)，有效地實(shí)現(xiàn)了輸水隧洞內(nèi)外雙向防水功效。

2.1 HDPE防水卷材性能及防水機(jī)理

HDPE防水卷材是以特制的高密度聚乙烯膜為主防水層的高效防水卷材，其無(wú)毒、無(wú)味、防霉、耐腐蝕，適宜于飲用水管道的防水施工。主防水層上設(shè)置自粘層、抗環(huán)境變化保護(hù)層和隔離層。自粘層和保護(hù)層具有破損自愈功能，可自行修復(fù)微創(chuàng)破損，避免日久加重破損情況，使損失變大。直接在防水卷材上澆筑混凝土，凝固后，可形成與混凝土結(jié)構(gòu)無(wú)間隙的永久性黏結(jié)為一體的防水層，黏結(jié)強(qiáng)度隨混凝土抗壓強(qiáng)度增加而增加，從而杜絕結(jié)構(gòu)內(nèi)外部水在防水層和結(jié)構(gòu)間的竄流隱患。防水層防水性能不受主體結(jié)構(gòu)沉降影響，極大地提高了隧洞防水系統(tǒng)的可靠性。

將HDPE防水卷材的主防水層直接預(yù)鋪在隧洞一襯盾構(gòu)管片上，在搭接部位臨時(shí)固定卷材。防水卷材施工后，不需鋪設(shè)保護(hù)層，可直接進(jìn)行綁扎鋼筋、支模板、澆筑混凝土等二襯混凝土結(jié)構(gòu)的施工。利用防水卷材上自粘層和保護(hù)層與現(xiàn)澆二襯混凝土的接觸溶合，產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，形成連續(xù)牢固黏結(jié)的一體（圖5）。既防范了輸水隧洞內(nèi)部的外滲，又阻止了隧洞外部地下水的侵蝕與滲入，還能避免防水層和隧洞結(jié)構(gòu)間的竄水，保證了全圓隧洞雙向防水效果。

圖5 HDPE防水卷材與結(jié)構(gòu)間構(gòu)造示意

2.2 二襯混凝土全圓一體防水施工技術(shù)

利用全圓襯砌針梁式臺(tái)車模板（圖6），將隧洞二襯混凝土澆筑成全圓一體，提高二襯混凝土的自防水能力。澆筑時(shí)，不留設(shè)縱向伸縮縫，只沿隧洞縱向每12 m設(shè)置1道伸縮縫（即環(huán)向伸縮縫）。縫內(nèi)止水采用紫銅止水，高壓低發(fā)泡聚乙烯閉孔板嵌縫，在迎水面嵌高30 mm雙組分聚硫密封膠封口。為保證隧洞頂部二襯混凝土無(wú)空隙，須進(jìn)行二次回填注漿，以保證輸水隧洞再次防水的功效。

3 雙向防水施工工藝流程

一襯盾構(gòu)管片拼裝→清理一襯結(jié)構(gòu)內(nèi)部表面→鋪設(shè)HDPE防水卷材→在卷材上綁扎鋼筋→安裝紫銅止水帶、填塞變形縫、撕去卷材隔離膜→全圓襯砌針梁式臺(tái)車模板安裝固定→澆筑二襯混凝土→二次回填注漿→達(dá)到強(qiáng)度后，襯砌臺(tái)車脫模→二襯混凝土養(yǎng)護(hù)[3-6]

4 主要施工操作要點(diǎn)

4.1 一襯盾構(gòu)管片拼裝

利用自制施工用操作臺(tái)車（圖7），按照設(shè)計(jì)要求將一襯C50（W10、F150）預(yù)制混凝土盾構(gòu)管片拼裝到位，相鄰管片間用高強(qiáng)螺栓連接后，管片縫隙及螺栓凹陷處采用1∶2.5聚合物水泥砂漿填充、壓實(shí)、抹平。

圖7 自制臺(tái)車簡(jiǎn)易工作平臺(tái)示意

4.2 HDPE防水卷材鋪設(shè)

將一襯盾構(gòu)管片基面清理干凈，保證基面平整、干燥、清潔，可以與防水卷材充分接觸。在一襯盾構(gòu)管片上彈線定位，順著隧洞的環(huán)向方向，在隧洞頂拱部位粘貼雙面膠帶，鋪貼HDPE防水卷材，作臨時(shí)固定。將防水卷材鋪平，緊貼管片，中間不得有氣泡產(chǎn)生。

4.2.1 HDPE防水卷材的搭接處理

HDPE防水卷材幅寬1 200～2 400 mm，其中有逾80 mm的搭接寬度。在一襯內(nèi)表面，沿隧洞環(huán)向方向展開HDPE防水卷材，進(jìn)行松鋪鋪設(shè)。防水卷材長(zhǎng)邊采用自粘搭接輔以專用膠黏帶（寬80 mm）的搭接方式，再用專用蓋口條完全蓋住搭接邊，并用鋼輥壓緊搭接邊，確保卷材黏結(jié)得密實(shí)完全（圖8）；整個(gè)一襯環(huán)向上，卷材短邊的搭接不超過(guò)2次。

圖8 HDPE防水卷材搭接做法示意

4.2.2 HDPE防水卷材的修補(bǔ)

在后道工序中檢查出防水卷材上有破損之處，必須立即用黑色記號(hào)筆做出明顯標(biāo)記，以便隨后修補(bǔ)。修補(bǔ)破損面必須采用同樣型號(hào)的卷材打補(bǔ)丁，補(bǔ)丁的尺寸應(yīng)滿足破損周邊外有大于100 mm的完整搭接。對(duì)于單一破損點(diǎn)可用專用蓋口條直接修補(bǔ)。當(dāng)某一范圍內(nèi)有多個(gè)破損點(diǎn)時(shí)視同破損面，修補(bǔ)補(bǔ)丁可裁剪成圓形、橢圓形或邊角修圓的長(zhǎng)方形、正方形等形狀，再用專用搭接膠帶將修補(bǔ)補(bǔ)丁與卷材完全黏結(jié)，最后用專用蓋口條完全蓋住補(bǔ)丁周邊接縫。修補(bǔ)完成后，應(yīng)對(duì)修補(bǔ)質(zhì)量進(jìn)行仔細(xì)檢查，確保卷材的修補(bǔ)質(zhì)量。

4.3 二襯混凝土施工

4.3.1 安裝二襯鋼筋及預(yù)埋件

利用自制臺(tái)車簡(jiǎn)易工作平臺(tái)，先安裝隧洞環(huán)向鋼筋，環(huán)向鋼筋為2段半圓弧鋼筋，兩端采用直螺紋機(jī)械連接，接頭等級(jí)達(dá)到Ⅱ級(jí)，形成整圓鋼筋圈。鋼筋接頭位置宜放在隧洞中心高程45°內(nèi)并錯(cuò)開布置，不得放在拱頂和拱底。再安裝隧洞縱向鋼筋，并在適當(dāng)?shù)奈恢貌贾媒壴摻铖R凳（圖9），以保證第2層鋼筋的位置正確。環(huán)向內(nèi)、外側(cè)鋼筋采用HRB400φ25 mm@125 mm，縱向內(nèi)、外側(cè)鋼筋采用HRB400φ14 mm@200 mm。二襯鋼筋布設(shè)2道，其配筋示意見圖10。

圖9 二襯鋼筋綁扎

圖10 二襯鋼筋配筋示意

4.3.2 變形縫處止水帶安裝

澆筑二襯混凝土?xí)r，只沿隧洞縱向每12 m設(shè)置1道伸縮縫（即環(huán)向伸縮縫）。12 m為1倉(cāng)，不足12 m時(shí)，適當(dāng)調(diào)整相鄰段分縫位置，控制分縫長(zhǎng)度在6～12 m；伸縮縫寬度為20 mm，縫內(nèi)止水采用紫銅止水帶（厚度1.2 mm，見圖11），高壓低發(fā)泡聚乙烯閉孔板嵌縫；在迎水面嵌高30 mm雙組分聚硫密封膠封口。

紫銅止水帶須按設(shè)計(jì)位置跨縫對(duì)中安裝，并用全圓襯砌針梁式臺(tái)車封堵模板進(jìn)行定位固定，下端頭模板一端插入到變形縫U形槽內(nèi)80 mm，一端用φ16 mm螺栓固定在臺(tái)車模板上。上端頭模板用木楔進(jìn)行擠壓固定，確保在混凝土澆筑過(guò)程中不產(chǎn)生變形或位移。不允許有拉筋、鋼筋或其他鋼結(jié)構(gòu)與止水帶相接。

圖11 已焊接的紫銅止水帶

4.3.3 襯砌臺(tái)車定位，澆筑二襯混凝土

安裝好紫銅止水帶，將臺(tái)車模板運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)安裝固定好，保證臺(tái)車模板與一襯、防水卷材、紫銅止水帶間的密封不漏漿（圖12），并留好混凝土澆筑口。采用C35（W10、F150）混凝土分層、水平、對(duì)稱澆筑；先底拱（底板），后邊拱（邊墻）和頂拱。使隧洞全斷面襯砌一次成型，不留設(shè)縱向伸縮縫，提高隧洞二襯混凝土自防水能力。

圖12 臺(tái)車模板合模

4.3.4 變形縫填塞

1）待二襯混凝土結(jié)構(gòu)變形穩(wěn)定后，開始填充變形縫內(nèi)防水構(gòu)造材料。

2）紫銅止水帶銅鼻子內(nèi)先放置1根在瀝青里煮透的麻絲，再澆瀝青。采取多次、多層澆筑的方法，使瀝青澆得比較密實(shí)，嚴(yán)格保證凹槽部位與變形縫位置一致，齊縫布置。

3）低發(fā)泡聚乙烯閉孔泡沫板先加工成需要的尺寸，鋪設(shè)時(shí)，先在閉孔泡沫板表面粘貼雙面膠，采用全圓閉合方式粘貼于已澆筑混凝土表面，并與紫銅止水帶U形槽對(duì)齊，并充分壓實(shí)，用鋼釘固定。防止在澆筑混凝土?xí)r，泡沫板發(fā)生移位。

4）使用雙組分聚硫密封膠嵌縫，施工前在縫隙的兩邊50 mm處貼上寬50 mm的防護(hù)膠帶，以防施工中多余的聚硫膠把表面弄臟。

4.3.5 二次回填注漿

隧洞二襯施工完成后，為保證隧道頂部二襯混凝土無(wú)空隙，在一襯與二襯之間進(jìn)行二次回填注漿。二襯混凝土結(jié)構(gòu)施工時(shí)，注意預(yù)埋回填注漿管及注漿導(dǎo)管，全斷面內(nèi)共布置5根注漿管，二次回填注漿管采用φ25 mm鋼管，壁厚3 mm。

4.3.6 二襯混凝土拆模

當(dāng)二襯混凝土強(qiáng)度大于5 MPa時(shí)，先拆除所有邊模和底模定位銷、螺栓和絲桿。確認(rèn)無(wú)其他阻礙時(shí)，發(fā)令啟動(dòng)泵站，先脫邊模至適當(dāng)位置，隨后脫底模至適當(dāng)高度，再用針梁主油缸脫下頂模至適當(dāng)高度。

4.3.7 二襯混凝土養(yǎng)護(hù)

根據(jù)防水混凝土有關(guān)要求，對(duì)現(xiàn)澆的二襯混凝土采取保溫、保濕養(yǎng)護(hù)。可采用隧洞內(nèi)噴霧，增加洞內(nèi)空氣的濕度，達(dá)到養(yǎng)護(hù)混凝土條件，養(yǎng)護(hù)時(shí)間不可少于14 d。在冬季施工時(shí)，在隧洞兩頭用棉被門簾封堵，并在隧洞內(nèi)增加暖氣設(shè)備，提高隧洞內(nèi)溫度，嚴(yán)禁灑水養(yǎng)護(hù)，以保證二襯混凝土養(yǎng)護(hù)效果。全圓隧洞完工后實(shí)景見圖13。

圖13 完工后全圓隧洞實(shí)景

5 質(zhì)量控制措施

5.1 一襯內(nèi)表面處理

在隧洞一襯管片內(nèi)表面鋪設(shè)HDPE防水卷材前，需對(duì)一襯內(nèi)表面進(jìn)行處理。

1）要求一襯內(nèi)表面平整、密實(shí)，無(wú)凸起尖銳物、蜂窩、麻面、缺口或孔洞現(xiàn)象。若有凸起鋼筋、管件等尖銳物，必須進(jìn)行切割、打磨處理，并在該部位用聚合物水泥砂漿抹成圓弧面，避免損壞防水卷材。

2）一襯內(nèi)表面不得有水漬、油污，隧洞仰拱部位不得有積水、雜物。若管片內(nèi)壁有滲漏水現(xiàn)象時(shí)，應(yīng)采取堵漏止水措施。當(dāng)仰拱處有非滲漏水原因產(chǎn)生的明水時(shí)，應(yīng)由總承包商配合查明水源并進(jìn)行排水作業(yè)，在防水層施工期間保持工作面無(wú)明水，表面有水會(huì)影響粘貼效果，可能會(huì)導(dǎo)致防水卷材掉落。

3）一襯管片間縫隙填充應(yīng)壓實(shí)抹平，以保證防水卷材與管片粘貼密實(shí)無(wú)空隙。

5.2 HDPE防水卷材的鋪設(shè)

1）HDPE防水卷材大面卷材鋪貼前應(yīng)進(jìn)行彈線定位，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)結(jié)構(gòu)施工情況，選擇合適的鋪貼順序。宜從一端沿同一方向、逐步向前推進(jìn)鋪設(shè)。

2）用專用膠帶在一襯管片內(nèi)壁黏結(jié)固定防水卷材，以保證卷材鋪貼的平整度、不位移，適當(dāng)松鋪。

3）卷材搭接邊與隧洞二襯結(jié)構(gòu)施工縫距離不小于300 mm，卷材搭接處不允許出現(xiàn)十字縫。

5.3 HDPE防水卷材的臨時(shí)保護(hù)

1）防水卷材鋪貼完畢后，進(jìn)行鋼筋綁扎等后續(xù)工序前應(yīng)保持卷材涂硅隔離膜覆蓋狀態(tài)。

2）隧洞工程的仰拱部分為了有效保護(hù)防水卷材免受交通、鋼筋捆扎等后道工序損傷，盡可能分段推進(jìn)施工。即鋪設(shè)一段防水卷材、隨后緊跟綁扎鋼筋、澆筑混凝土二次襯砌，減少防水卷材的外露時(shí)間。

3）當(dāng)施工作業(yè)環(huán)境特別復(fù)雜、各種工序必須交叉作業(yè)時(shí)，可在防水卷材鋪設(shè)完畢后，采用300 g/m2的土工織物或厚1.5 mm的黑色土工膜覆蓋其上，作為臨時(shí)保護(hù)，以待后續(xù)工序的開展。

4）進(jìn)行鋼筋焊接等動(dòng)火作業(yè)時(shí)，應(yīng)采取遮擋措施，以減少焊渣落至防水卷材的機(jī)率。

5）隧洞防水層分段施工時(shí)，每段防水層甩槎必須做臨時(shí)防護(hù)，保持卷材表面干凈及良好的鋪貼狀態(tài)[7,8]。

6 結(jié)語(yǔ)

在南水北調(diào)輸水隧洞工程中，采取HDPE防水卷材與隧洞二襯現(xiàn)澆混凝土形成一體化防水，同時(shí)將隧洞二襯混凝土現(xiàn)澆成一體化結(jié)構(gòu)，保證了隧洞結(jié)構(gòu)的完整性，達(dá)到了全圓隧洞洞壁內(nèi)外防水、阻止?jié)B水的工程效果，實(shí)現(xiàn)了工程預(yù)期質(zhì)量目標(biāo)，取得了良好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益，為今后類似隧洞、地下結(jié)構(gòu)工程提供了有價(jià)值的借鑒，值得推廣應(yīng)用。