隧道工程噴膜防水技術的發展與應用現狀

李新龍

（陜西省鐵路投資（集團）有限公司，西安 710054）

1 引言

隧道滲漏水問題目前仍舊是大部分隧道工程中無法根治的問題，這為隧道投入運營之后的維修養護增加了難度。根據調查統計，國內外嚴重滲漏水的隧道數量大約占隧道總數量的30%。我國從1981 年開始引進國外防水板進行隧道防水作業，本文通過闡述與分析目前隧道噴膜防水技術的具體運用情況，介紹其應用價值。現階段隧道工程越發復雜，類別更趨于多樣化，如何保證隧道防水工程的施工質量值得深入研究。

2 隧道工程滲漏水原因

隧道工程滲漏水原因比較多，作為地下線性工程，跨度范圍比較大，而且不同區段內的工程地質、水文條件等各不相同，容易導致隧道滲漏水。從各方面綜合分析，隧道滲漏水出現的主要原因分為2 個方面：自然因素與人為因素。

2.1 自然因素導致的隧道滲漏水

客觀上來講，地下水的存在是隧道產生滲漏水的根本原因，通過剖析水力學與水文地質學可知，地下水的流動是有固定流向的，地下水通常由高水壓區流向低水壓區。在施工開挖階段，低水壓區常出現臨空面，在圍巖作用力的影響下，地下水的流向被改變而流向臨空面，因此，地下水流向隧道內，若防水施工不到位，最終會導致隧道襯砌、底部滲漏水。隧道開挖過程中圍巖的滲透系數、地下水位的高低、過水斷面的大小等均會影響隧道防滲漏效果。另外，水文地質特征的變化也直接影響隧道滲漏水，如大氣降水、隧道埋深、溶洞、泉眼、水庫、江河等因素。

2.2 人為因素導致的隧道滲漏水

人為因素導致的隧道滲漏水主要體現在：

1）隧道防排水體系不完善，初期支護與二襯之間排水系統未連通，施工作業不精細，灑落的砂漿、混凝土等堵塞排水系統，導致排水困難造成隧道滲漏水。

2）防水板鋪掛施工質量影響隧道滲漏水。防水板鋪掛時，因施工不規范造成防水板破壞的現象時有發生，如前后兩幅防水板搭接寬度不夠或搭接不平順導致焊縫不密實，焊接鋼筋時燒壞防水板，防水板背后外露的錨桿頭、管件沒有切除。

3）穿防水板，防水板背后未鋪設土工布，防水板鋪設過于松弛或緊繃均會造成隧道滲漏水。

4）二襯混凝土施工質量問題。二襯混凝土通常采用防水混凝土，但由于混凝土的防水設計、砂石原材料的質量、混凝土施工接縫的處置等把控不嚴，導致隧道滲漏水。

5）管理問題。隧道排水系統為隱蔽工程，必須重視施工過程中的質量驗收工作，由于一些施工單位自檢體系不健全，加之個別監理人員履職不到位，忽視了隧道防排水的重要性，缺乏自檢與監督等，導致隧道出現滲漏水現象。

3 隧道工程噴膜防水技術的發展

3.1 早期階段

噴膜防水技術早期主要應用于發達國家，隨著人們對防水質量要求的不斷提升，以及施工期間人們對防水施作的便捷性和質量控制的要求，噴膜防水技術應運而生，其主要施工過程是將防水涂料通過機械噴涂的方式均勻噴灑在屋面或地下室墻面上。在這一階段，人們也在對隧道施工的防水措施進行分析、研究，通過對防水形式、材料等的不斷革新與創新，適用于隧道工程防水的噴膜防水技術也被運用于山嶺隧道施工中。早在1960—1965 年，德國、奧地利、瑞士等修建了約30 座公路隧道，通過SIKA 公司生產的摻和有機玻璃纖維加強聚酯樹脂噴層來起到防水作用。進入20 世紀60 年代之后，西德在地下工程中也運用了噴射封層防水材料，這些材料盡管在性能上存在一定的差異，但可以看出，在這個階段，噴膜防水技術已經被應用到隧道防水中，雖然數量不多，配套設備也不成熟，但其技術的運用在不斷優化與完善。

3.2 發展階段

發展階段主要在1980—2000 年，此階段世界各國都比較重視推廣噴膜防水技術，因此，出現了如丙烯酸鹽、聚氨酯、聚脲等多種防水材料，同時，相應的專用機械設備也得到了更新和發展，將噴膜防水技術運用在隧道工程中的案例亦越來越多。這個時期以日本為代表，特別是在20 世紀80 年代中后期，日本開發的隧道噴膜防水技術不管是在材料的創新還是在機械設備的改進方面，均在當時引領著噴膜防水技術。隨著噴膜防水技術的不斷進步與發展，該技術在不同類型隧道工程中的運用得到了拓展，如沉管隧道、明挖隧道。我國在這個時期對噴膜防水技術的研究剛起步，最早是使用陽離子的乳化瀝青膠乳防水涂料來防止隧道滲漏以及處理隧道滲漏水[2]。

3.3 應用階段

進入21 世紀后，該技術的應用范圍不斷擴大，整體上朝著材料更新與設備機械化作業的方向不斷發展。隨著技術運用范圍的擴大，大量的新型材料和設備不斷涌現。國內運用該技術的項目也隨之增多，在本階段呈現出積極的增長趨勢，西南交通大學與成都某新型防水材料公司聯合推廣的丙烯酸鹽噴膜技術，在國內多座山嶺隧道、地鐵隧道、地下交通、洞庫施工中得到了廣泛使用，如四川的牟尼溝公路隧道、貴廣線天平山隧道、深圳中海油LNG（天然氣）供氣隧道。筆者曾參與了噴膜防水技術方面，一些技術標準的課題研究與推廣工作，對該技術的推廣應用和規范使用起到了積極作用。近年來，聚脲、速凝橡膠瀝青等新型噴膜防水材料得到了廣泛運用，廣州地鐵、上海地鐵、上海外灘交通樞紐等項目部分隧道工程頂板防水作業使用聚脲噴膜防水技術取得了非常好的防水效果。另外，噴涂速凝橡膠瀝青進行防水作業目前也呈現出快速發展趨勢，在國內的隧道和地鐵中得到了廣泛使用，GB 50108—2008《地下工程防水技術規范》的修訂中對該技術的運用進行了補充[3]。

4 隧道工程噴膜防水技術的應用現狀

4.1 成膜機理及性能

隨著市場的興起，在實際隧道工程中可運用的噴膜防水材料種類較多，為方便研究，將噴膜防水材料按組成劃分為單組分和多組分來闡述。

4.1.1 單組分噴膜防水材料成膜機理

1）噴膜后，材料組分中的水與溶劑揮發之后形成緊密堆積的固體微粒層成膜[4]。

2）噴膜后，依靠材料中含有的反應基團與空氣發生反應固化成膜。該技術在使用過程中也可以使用加速劑加快材料聚合，但這些材料仍舊被認為是單組分材料，無論是否加入加速劑，這些材料噴射后都會聚合，且也不會改變材料性質。

4.1.2 多組分噴膜防水材料

主要是通過2 種噴膜材料在噴射過程中混合后快速聚合膠結成膜，該混合過程通常伴隨放熱現象。

通常情況下單組分噴膜防水材料對機具、技術要求比較低，聚合時間較慢，養護時間較長，單組分材料內含有可揮發性溶劑，容易造成環境污染，目前已應用較少。因此，大部分隧道工程噴膜防水材料多使用雙組分成膜體系，這種體系相對來講成本較高、施工設備復雜、材料配比要求高、對施工人員技能要求高，但目前應用得較多。

4.2 噴模設備

在噴涂領域內，運用比較成熟的噴涂設備主要分為3 種類型，分別是空氣噴涂、高壓無氣噴涂和空氣輔助無氣噴涂設備，也有部分（粉狀）噴膜產品采用噴混凝土機施工。由于不少噴膜原料黏度較大，為保證噴涂速率和施工效率，大多數噴膜都選擇高壓無氣噴涂設備來作業，黏度受溫度影響較大的材料可使用噴涂設備的加熱功能。高壓無氣噴涂是對噴膜防水材料施加高壓讓其從噴嘴中噴出，在防水材料離開噴嘴的瞬間，會與空氣發生碰撞，防水材料離子不斷被粉碎霧化并附著在被涂物的表面。

4.3 施工工藝

施工工藝決定著噴膜防水層的施工質量，因此，在大面積施工前一般應進行試噴，通過試噴達到培訓人員確定參數、總結工藝、明確質量控制要點的目的。根據目前噴膜防水技術與材料的發展、設備創新和使用情況，采用噴膜防水技術進行施工時應考慮以下要點：

1）應將初期支護噴射混凝土表面的粉塵、浮渣、露頭鋼筋等清理干凈，保證防水層和初期支護表面之間的黏結效果和黏結質量。

2）初期支護噴射混凝土表面出現滲漏水時必須進行處理，一般采用注漿堵水或安裝局部排水設施引排滲漏水。

3）嚴格控制初期支護噴射混凝土表面的平整度，必要時采用細骨料噴射混凝土或砂漿進行找平，以節約噴膜材料消耗量，降低成本，保證成膜效果與質量。

4）加強對材料組分比例、計量控制系統、噴射壓力、噴嘴的角度等參數的調整與控制，以適應不同部位的噴膜要求[5]。

5）施工過程中，應加強檢查與控制，對存在的問題進行及時處理。

在具體運用過程中，不同材料所使用的噴膜防水技術在工藝使用方面還有可能存在區別，因此，在某一區段施工結束之后，應對成膜質量進行全面檢查，以保證隧道防水達到應有的效果。

5 結語

綜上，隧道噴膜防水技術在現階段已日趨成熟，在不同階段，該技術也呈現出不同的特征。目前，各種新型噴膜防水材料不斷出現，噴膜防水施工機具與設備等也朝著專業化、機械化的方向發展，隨著相關使用指南、技術標準的發布，該技術的應用將逐漸朝著規范化、標準化的方向發展，推廣應用前景將越來越廣泛。