結構防水融合體系在公路隧道中的應用分析

朱高巖

中鐵建昆侖路橋建設有限公司 四川 成都 610041

引言

公路、鐵路隧道屬于大型項目，具有施工工期長、跨度大等特點，滲漏水是施工和維護過程中非常常見的問題，影響隧道的正常通行。目前我國公路、鐵路隧道基本上采用復合式襯砌，由初期支護、防排水系統和二次襯砌組成[1]。本文結合工程實例探討隧道結構防水融合體系，為公路、鐵路隧道的防水設計提供參考。

1 工程概況

德陽中江至遂寧高速公路路線總長83.032公里，隧道總長5617m，共13座，選定德遂高速公路尖梁子隧道和土建鷂子巖隧道的右線主洞作為試驗段，分別為500m和532m。兩座隧道區地表上覆薄層粉質黏土，洞身圍巖主要為強～中風化砂巖、砂質泥巖，互層分布。

2 結構防水融合體系方案及施工

2.1 施工方案

（1）初支方案。通過在現有混凝土體系中摻入功能性外加劑，提高混凝土拌合料的工作性能，抑制水化溫升和降低水化熱特性，進而改變混凝土材料的微觀結構。具體包括初期支護試驗、二次襯砌剛性防水試驗和洞口/明洞段剛性防水試驗三部分，重點應用新材料新工藝開展工程縫防水試驗。

（2）二次襯砌剛性自防水方案。初支維持原設計不變，保留土工布，二襯砼中添加混凝土水化溫升抑制防水劑，取消防水板（如圖1所示）。在初期支護滲漏水段做好堵排水措施，適當加密排水管；400g/m2土工布（滲流處采用300g/m2復合土工布）；在原二襯混凝土中添加混凝土水化溫升抑制防水劑，摻量約為6.0kg/m3。

圖1 隧道復合式襯砌剛性自防水體系示意圖

（3）施工縫防水構造做法。①采用管片接縫嵌縫和手孔封堵膠，保留施工縫斷面結構，取消中埋式橡膠止水帶，腰線以下在改性環氧AB組分拌和好后，直接灌注施工。腰線以上應加入C組分組劑，將改性環氧材料變為黏稠的膏狀體，然后進行嵌縫作業。②采用T型槽和中埋式止水鋼板，利用梯形橡膠條留T型槽，T型槽中分別填充反應型混凝土接縫密封膠和高強膨脹砂漿+中埋式遇水膨脹止水條（或止水膠），T型槽施工縫防水構造。用中埋式止水鋼板（300mm寬2mm厚）替代止水條。③采用新型高分子自粘密封中埋止水板。④采用企口式施工縫，利用剛性防水混凝土自愈合功能實現施工縫防水，在施工縫背后安裝500寬背貼式橡膠止帶，端頭模板內側止水帶背后安裝透水盲管，利用企口式模具+中埋式遇水膨脹止水條（或止水膠），企口式施工縫防水構造。

2.2 施工要點

（1）二襯高性能防水混凝土施工

防水混凝土的配合比設計應符合下列規定：膠凝材料總用量不宜小于320kg/m3；砂率宜為35%～40%，泵送時可增至45%；灰砂比宜為1∶1.5～1∶2.5；水膠比不宜大于0.5，有侵蝕性介質時水膠比不宜大于0.45[2]；預拌混凝土時，入泵坍落度宜控制在200mm以下；預拌混凝土摻膠凝材料用量1.5%的混凝土水化溫升抑制防水劑，宜為6kg/m3。

二次襯砌高性能防水混凝土應連續澆筑完成，應采用機械振搗，避免漏振、欠振和過振。防水混凝土澆筑后應及時養護，養護齡期不少于14d。

（2）二襯施工縫施工

1）水泥基滲透結晶型防水涂料施工。JX-SJ粉料∶水＝1∶0.3（重量比），采用電動攪拌槍在容器內攪拌均勻至無粉團；基層必須為混凝土結構，基層應干凈、平整、堅實、無浮漿，后充分濕潤；將裂縫、蜂窩麻面及轉角部位增涂一遍；分層刷涂或噴涂施工，涂層應均勻，不得有漏涂及氣孔；底層表干后（3h左右），再進行面層施工，涂層厚度不得小于1.2mm，材料用量不得小于1.8kg/m2。

2）新型高分子自粘密封止水板施工。第一，施工縫用高分子自粘密封止水板中心為5mm厚HDPE板材，外側為高分子膠，單層膠層厚約0.4mm，可與后澆混凝土形成黏結；止水板兩側預留小孔，可用細鐵絲或尼龍綁扎帶將其固定在主體結構鋼筋上；兩端各有一面100mm寬度范圍內不覆砂，撕除隔離膜即可與下一段止水板黏結，然后采用鉚釘、細鐵絲或尼龍綁扎帶固定牢固。第二，十字搭接時，將搭接范圍內膠層及顆粒層用熱風槍配合鏟刀將其鏟去，再粘貼一層高分子膠粘帶，后與搭接止水板端頭預留搭接段粘接，現場鉆孔后采用鉚釘、細鐵絲或尼龍綁扎帶固定牢固。第三，澆筑混凝土前，撕除先澆段止水板保護膜，后澆段保護膜暫不撕除，待已澆筑混凝土拆模即可撕除。

3）自粘性遇水膨脹止水條（緩脹型）施工。待前板二次襯砌斷面硬化后，掃去浮渣等雜物，即可安排止水條；環向施工縫應預留淺槽，嵌入止水條，并采用高強鋼釘協助定位；沿施工縫凹槽連續粘貼，接頭部位搭接長度≥50mm，接頭搭接緊密不留斷點；止水條定位后及時澆筑下一板二次襯砌，避免明水沖泡；止水條定位應準確使基充分被砼包裹，覆蓋層厚度應≥50mm。

4）聚合水泥防水涂料施工。基層表面應平整、堅實、清潔、濕潤、無明水，應采用6mm厚聚合物水泥防水砂漿找平；聚合物水泥防水涂料應分層涂刷、刮涂或噴涂，涂層厚度應均勻；底層和面層留槎寬度不得小于50mm；聚合物水泥防水涂料防水層的甩槎應采取臨時保護措施，接槎前應將甩槎表面清洗干凈；施工縫節點，聚合物水泥防水涂料配合比（液料∶粉料=1∶1.3），應鋪設胎體增強材料，胎體增強材料應采用聚酯織布鋪貼應平整不得有褶皺和外露，并應使涂料充分浸透胎體，胎體材料的搭接寬度不得小于50mm，胎體的底層和面層涂膜厚度均不得小于0.5mm；聚合物水泥防水涂料防水層，厚度不應小于2.0mm，宜多遍完成。

3 結構應力監測

為驗證二襯砼中摻功能外加劑與否其溫升、應力和應變的不同，擬對二襯砼現場澆筑后水化過程中的溫度、混凝土應變進行監測。

（1）測點布置。縱向傳感器布點分為左、右洞兩種情況，總計布點16個斷面，具體如下：右洞在明洞段布2個斷面，中間段1/3和2/3處布2個斷面，共計4個斷面。鷂子巖和尖梁子隧道右洞布點8個斷面；左洞在明洞段布2個斷面，中間段1/3和2/3處部布2個斷面，共計4個斷面。鷂子巖和尖梁子隧道右洞布點8個斷面。

（2）監測方式。①溫度和應變監測，施工中，通過測試元件的數據線，采用振弦測試儀進行測試，有條件時，可采用自動采集系統及遠程傳輸，對混凝土的溫度及應變進行實時監控；②襯砌裂縫，采用裂縫寬度儀進行觀察，觀察并記錄裂縫出現時間、裂縫出現位置、裂縫的數量，裂縫的寬度及其擴展情況[3]；③隧道襯砌變形檢測（拱頂沉降、水平收斂）。

（3）監測結果。由監測結果可知，混凝土中摻抑溫抗裂防水劑可明顯減少水泥水化熱，抑制混凝土溫升，降低混凝土溫度應力，同時具有良好抗收縮性能、早期抗裂性能；混凝土中摻抑溫抗裂防水劑，能大幅提升混凝土結構的抗滲性能，對耐久性能也有一定的改善作用。

4 結束語

結構防水融合體系由襯砌混凝土結構自防水和接縫防水兩個部分構成。室內試驗及現場應用證明，摻加抑溫抗裂防水劑的混凝土具有良好的抗裂防滲性能，并且能夠提升結構混凝土耐久性能，為實現結構自防水提供了基礎。該體系在德陽中江至遂寧高速公路應用至今，整體無滲漏水現象，實現了總體防水設計目標。