新型聚脲防水材料在海洋環(huán)境明挖隧道中的應(yīng)用研究

龔 偉

(中鐵建海南投資有限公司 海南陵水 572400）

1 前言

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，國(guó)家基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的加快，明挖隧道建設(shè)工程越來(lái)越多，同時(shí)明挖隧道防水工程的重要性日益凸顯，明挖隧道結(jié)構(gòu)防水遵循“防、排、截、堵相結(jié)合，剛?cè)嵯酀?jì)，多道設(shè)防，因地制宜，突出重點(diǎn)，綜合治理”的原則[1-2]。

目前，隧道滲漏水是一個(gè)難以根治的問(wèn)題，而海洋環(huán)境下的明挖隧道更是普遍存在滲漏現(xiàn)象，其主要表現(xiàn)在側(cè)墻、頂板的滲漏水。這是因?yàn)樗淼罏榈叵陆Y(jié)構(gòu)，在建成后長(zhǎng)時(shí)間受到海水的浸泡。當(dāng)防水工程存在缺陷時(shí)，海水就會(huì)通過(guò)一定的縫隙進(jìn)入隧道內(nèi)部，形成滲漏。而滲漏往往會(huì)導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)的損壞，并腐蝕隧道內(nèi)的設(shè)備設(shè)施，影響外觀質(zhì)量和危害隧道內(nèi)人員車(chē)輛的安全，甚至造成隧道的不均勻沉降[3]。

近年來(lái)新型聚脲防水材料在國(guó)內(nèi)得到了廣泛的應(yīng)用，其中包括天津?yàn)I海新區(qū)的海河隧道、珠港澳大橋的沉管段、廣州地鐵四號(hào)線(xiàn)與七號(hào)線(xiàn)連接段、上海地鐵同濟(jì)大學(xué)站等工程，并取得了優(yōu)異的口碑[4]。而博鰲隧道地處萬(wàn)泉河入海口，受海洋環(huán)境影響極大，針對(duì)現(xiàn)有的施工技術(shù)，無(wú)論是防水卷材，還是防水涂料和防水板，海水都會(huì)通過(guò)這些防水層的薄弱部位進(jìn)入隧道內(nèi)，危及隧道安全。從而根據(jù)隧道所處的地質(zhì)、水文條件，施工中采用噴涂新型聚脲防水材料施工工藝。

新型聚脲防水材料是一種固含量高、固化快、由異氰酸脂與胺基化合物反應(yīng)生成的高性能高聚物材料[5-6]。新型聚脲防水材料[7]相比于其他防水材料[8]，具有優(yōu)良的力學(xué)性能，伸長(zhǎng)率最大可高達(dá)900%，同時(shí)它10 s即可固化，10 min即達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度，防水防腐蝕防滲漏效果優(yōu)異，并且表面無(wú)接縫，還有耐磨、與混凝土附著力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。

2 工程概況

圖1 博鰲通道實(shí)景圖

博鰲隧道是連接博鰲亞洲論壇成立會(huì)址與永久會(huì)址的一條通道(見(jiàn)圖1），起點(diǎn)始于金海岸大酒店，經(jīng)千舟灣東側(cè)永久空地、萬(wàn)泉河入海段，在東嶼島西北側(cè)上岸，終點(diǎn)位于論壇永久會(huì)址西側(cè)，順接既有道路。路線(xiàn)全長(zhǎng)1.45 km，其中隧道全長(zhǎng)1.2 km(跨海段長(zhǎng)0.8 km）。整個(gè)工程時(shí)間緊、任務(wù)重、施工難度極大，對(duì)隧道防水、施工工期以及質(zhì)量、安全提出了更高的要求。隧道采用二級(jí)公路標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)時(shí)速40 km，雙向兩車(chē)道，瀝青混凝土路面，車(chē)道寬度2×3.75 m，車(chē)道限高5.0 m。南北兩岸敞開(kāi)段結(jié)構(gòu)形式均為U型槽結(jié)構(gòu)，暗埋段為矩形結(jié)構(gòu)，隧道的建成通車(chē)對(duì)每年一次的博鰲亞洲論壇乃至中國(guó)在亞洲的地位都具有重大的政治意義，通道使論壇成立會(huì)址與永久會(huì)址的路程，由原來(lái)的20 min縮短至3 min。

博鰲隧道結(jié)構(gòu)防水，由于工期緊，要求施工速度快，隧道結(jié)構(gòu)防水設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為二級(jí)。隧道主體結(jié)構(gòu)是抗?jié)B鋼筋混凝土，考慮到隧道的使用年限、所處環(huán)境以及質(zhì)量安全方面，經(jīng)過(guò)各方專(zhuān)家論證，隧道結(jié)構(gòu)頂板和側(cè)墻防水采用噴涂新型聚脲防水材料的施工工藝。

3 噴涂新型聚脲防水材料施工工藝

3.1 聚脲防水工藝流程（見(jiàn)圖2）

圖2 聚脲防水工藝流程

3.2 工藝步驟

3.2.1 基層清理

根據(jù)對(duì)明挖隧道結(jié)構(gòu)基層面要求，使用350型研磨機(jī)及手持式角磨機(jī)，將基層表面殘留的砂漿等突出部分，打磨平整，并把表面清掃干凈；然后在基層面上刮涂一層石英砂膩?zhàn)诱移綄?，?duì)基層表面孔洞、表面裂縫和局部不平整部位，進(jìn)行修補(bǔ)找平，同時(shí)把陰陽(yáng)角等部位抹成圓弧的形狀，并且使表面的凹凸誤差小于2 mm。

3.2.2 噴涂底漆

結(jié)構(gòu)基層面上石英砂找平層干燥后，在表面噴涂封閉底漆，底漆的作用有兩個(gè):一是封閉掉混凝土表面毛細(xì)孔中的水分、空氣，避免出現(xiàn)針孔、鼓泡；二是具有膠黏劑的作用，增加附著力，提升防水能力。

3.2.3 噴涂聚脲防水材料

(1）施工前，要把找平層上的雜物清理干凈，之后進(jìn)行分區(qū)噴涂，施工過(guò)程中，下一道噴涂應(yīng)覆蓋上一道噴涂施工面的50%，此種法也叫壓槍法[9]，并且上下兩道噴涂方向必須呈90°，并確保均勻噴涂。

(2）施工時(shí)機(jī)器設(shè)備設(shè)定參數(shù):

總壓力為65 kg/m2；

溫度為65℃；

用攪拌器攪拌原料0.5 h后進(jìn)行施工；

噴涂前需要注意的是先加熱管道，待溫度上升到設(shè)定值后，然后設(shè)定其他設(shè)備參數(shù)[10]，之后噴涂。

(3）平面施工時(shí)，尤其要注意及時(shí)清理雜物，在每一道噴涂后，要進(jìn)行仔細(xì)檢查，找出缺陷，立即處理。針對(duì)針孔大小缺陷或者較大的缺陷，應(yīng)該使用堵縫料進(jìn)行快速修補(bǔ)；對(duì)于因雜物而造成的表面凸起，要用小刀割掉，一般情況下，處理兩次已無(wú)缺陷。隧道頂板及側(cè)墻防水構(gòu)造如圖3所示，東側(cè)墻與西側(cè)墻防水構(gòu)造一致。

圖3 隧道頂板及側(cè)墻防水構(gòu)造

3.2.4 特殊部位及薄弱環(huán)節(jié)的處理措施

(1）變形縫防水處理

①基層處理

清理縫隙周?chē)瑢?duì)蜂窩麻面和凹凸不平的地方打磨平整，用吸塵器把所有浮塵清理干凈。

②灌注密封膠

采用機(jī)械灌注方法施工。用導(dǎo)流管直接插入混凝土止水帶部位，采用從下向上的灌注方法進(jìn)行施工。因?yàn)樵撁芊獠牧嫌泻芎玫淖粤髌叫阅?，所以縫內(nèi)所有空的部位都能填滿(mǎn)，直到與混凝土外面相平并稍高出混凝土外面10 mm左右。

③手工聚脲二次密封

在已灌注好密封膠的部位采用手工聚脲進(jìn)行二次密封。以縫為中心，兩邊各做300 mm的手工聚脲，厚度要達(dá)到2 mm，手工聚脲與灌注的密封膠有非常好的粘結(jié)性能，與混凝土也有非常好的粘結(jié)性能。

(2）陰陽(yáng)角防水處理

為了加強(qiáng)陰陽(yáng)角抵抗應(yīng)力變形的能力，先在陰陽(yáng)角處噴涂0.5 mm附加層，之后噴涂其他部位。

(3）主體根部防水處理

基層處理完成后，在結(jié)構(gòu)物的根部預(yù)先噴涂1 mm的聚脲增強(qiáng)層，然后施工聚脲涂層。

(4）主體邊部防水處理

在防水四邊以及出現(xiàn)收頭的部位，施工前期，在水泥砂漿基層上開(kāi)一道U型槽，尺寸為寬、深各1 cm，然后施工基層處理劑，再進(jìn)行聚脲涂層施工。完工后將槽用環(huán)氧膩?zhàn)臃舛?，以防從此收頭處聚脲脫邊影響整個(gè)防水質(zhì)量。

(5）預(yù)埋管線(xiàn)部位的防水處理

管線(xiàn)穿過(guò)防水層的部位，需要在它周?chē)鷩娡看笥?00 mm寬的附加層，然后進(jìn)行其他部位噴涂。

3.2.5 噴涂聚脲防水材料監(jiān)控措施

(1）溫度控制[11]

噴涂施工時(shí)尤其注意溫度控制。先要保證原材料的溫度在20℃以上，之后保障加熱軟管末端的溫度控制在60～70℃，并要求A、B組分溫度一致。

(2）壓力監(jiān)控

在施工過(guò)程中要一直進(jìn)行壓力監(jiān)控。噴涂的壓力在1 700～2 500 Psi之間，這樣可以使兩個(gè)組分充分混合。噴涂過(guò)程中，兩個(gè)組分可以有較小的壓力差，只要這種壓力差不影響正常的噴涂即可，但一個(gè)較大的壓力差會(huì)導(dǎo)致一系列問(wèn)題，比如堵塞、溫度變化、AB組分比例失調(diào)等。

(3）流量檢測(cè)

每次噴涂前都要進(jìn)行流量檢測(cè)，目的是證明兩組分以相同的速度送到噴槍中，操作方法是先啟動(dòng)主機(jī)，分別把兩個(gè)軟管中的物料流滿(mǎn)兩個(gè)小容器，之后把槍安裝在軟管上。通過(guò)目測(cè)，兩個(gè)容器中的物料數(shù)量應(yīng)該一樣，而且流出的物料均勻。

3.3 施工過(guò)程中注意事項(xiàng)

施工工藝決定了防水的質(zhì)量，所以對(duì)工藝的控制和要求都較嚴(yán)格，比如噴手必須經(jīng)過(guò)培訓(xùn)并考核合格后方能上崗，在施工中要進(jìn)行過(guò)程管理，確保施工質(zhì)量。在聚脲噴涂施工過(guò)程中需要注意以下幾點(diǎn)[12]:在噴涂前必須對(duì)基面的浮渣和粉塵進(jìn)行清理，以確保粘接效果；噴涂的基面必須找平，以節(jié)約材料和保證成膜質(zhì)量；噴涂完要對(duì)基面進(jìn)行打磨處理以達(dá)到要求的平整度；施工結(jié)束后檢查外觀、膜的厚度、有效覆蓋面積和滲漏水情況。關(guān)于操作人員需要注意:施工過(guò)程中人員要按規(guī)定佩戴好防毒面具、穿戴好防護(hù)服、防滑鞋以及安全手套，主要是因?yàn)閲娡康奈锪蠝囟容^高，又存在飛濺等現(xiàn)象，同時(shí)噴涂過(guò)程中物料被霧化，霧化后的材料會(huì)很容易傷害到皮膚和呼吸道，存在極大的安全隱患。

4 結(jié)束語(yǔ)

博鰲通道工程設(shè)計(jì)使用年限為100年，對(duì)防水的質(zhì)量要求非常高，噴涂新型聚脲防水材料是工程的關(guān)鍵性工序，防水質(zhì)量對(duì)隧道的耐久性有著重要影響。博鰲隧道防水工程經(jīng)過(guò)科學(xué)管理、緊密有序的施工，明挖隧道結(jié)構(gòu)通過(guò)采用噴涂新型聚脲彈性體防水材料，自隧道竣工通車(chē)以來(lái)，達(dá)到了理想的防水效果，未發(fā)生滲漏水情況，有效地保證了隧道防水質(zhì)量，達(dá)到了結(jié)構(gòu)防水質(zhì)量要求。

實(shí)踐證明，新型聚脲防水材料施工方便、工期短、防海水滲漏效果良好、結(jié)構(gòu)安全穩(wěn)定，適用于海洋環(huán)境下的防水施工。并且此項(xiàng)施工技術(shù)對(duì)環(huán)境幾乎無(wú)污染，是環(huán)保型的施工工藝，符合國(guó)家節(jié)能環(huán)保的要求。隨著經(jīng)驗(yàn)的積累和研究的不斷前進(jìn)，該技術(shù)還有較大的提升空間和廣闊的應(yīng)用前景，并且該工藝可推薦到類(lèi)似工程采用，具有良好的社會(huì)效益。