裝配復合防水板性能研究

肖勇海,李藏哲,趙雅婷

（1.廣鐵集團深圳工程建設指揮部,廣州 深圳 518000; 2.衡水中裕鐵信防水技術有限公司,河北 衡水 053000）

0 引言

防排水系統及其施工是隧道工程中的重要組成部分，直接影響隧道運營安全性。鐵路隧道防水一般采用復合式襯砌結構，中間夾層設置防水層。隧道開挖后用噴射混凝土整平圍堰表面，采用錨桿加固，形成初期支護；然后在初期支護表面上鋪設一層土工布或自黏布，采用熱熔墊片或是黏接方式高分子防水卷材，形成隧道防水層。歐洲最早從60 年代起開始采用此種防水結構，在初期支護和二次襯砌混凝土間鋪設合成高分子防水板或采用防水板與無紡布（或有紡布）復合防水形式[1-4]。日本從1975 年開始將歐洲式的全面防水結構引入隧道防水施工中。我國山嶺隧道沿用礦山法和新奧法[5-7]，防水措施為在初期支護與二襯混凝土間設置柔性防水材料作為防水層，該柔性材料通常為EVA 或PE 材質，具有優異的力學性能、耐老化性能和耐腐蝕性能。

目前我國隧道滲漏水現象嚴重，分析原因除去防水產品質量有待進一步優化提高外，防水材料施工過程控制也是影響防水效果的重要因素。隧道防水層主要鋪設方法為熱熔焊接，對工人技術水平要求較高，焊接時間和焊接力度極難控制，勞動強度大、質量可控性差、易出現固定不牢及脫落等問題，由此導致混凝土澆筑過程中防水板脫落切割襯砌，易形成拱頂空洞，同時熱熔墊片焊接過程中易出現防水板“焊漏”破損情況，降低拱墻結構防水能力[8-10]。

在全面調研國內外防水材料及施工現狀的基礎上，針對存在的問題，采用現場調研、性能測試及模型試驗等研究方法，對隧道防水技術措施進行優化，形成裝配式復合防水板產品及相關施工工藝。

1 結構特點

基于“樂高積木（LEGO）”原理，裝配式復合防水板由三層結構組成，由初期支護向二次襯砌方向依次為：雙向預裝帶、疊合布、防水板。裝配復合防水板結構示意圖見圖1。

圖1 裝配復合防水板結構示意圖

1.1 根據受力形式，確定雙向預裝帶結構形式為“Y”形

計算材料重力與懸掛力之間關系，得出極限工況位于隧道頂部，懸掛力在拱墻兩側方向相反且從上到下依次遞減，因此雙向預裝帶一面設計為平面，另外一面設計為“Y”形射鉤，每對射鉤上面的朝向方向相反。

預裝帶在隧道內固定需具有方向性，用射釘固定在初襯上，材料需具有一定的拉伸強度、耐撕裂性能；同時雙向預裝帶與疊合布需具有一定的黏接性能與剪切強度，滿足施工性能要求。雙向預裝帶結構示意圖見圖2。

圖2 雙向預裝帶結構示意圖

1.2 根據松鋪系數，確定防水板與疊合布為條式復合結構

鐵路隧道防水板鋪設工藝技術規定隧道防水板松鋪系數為1.1～1.3，防水板與疊合布采用條式復合，鋪設松緊適度，以確保混凝土澆筑后防水板表面與初期支護表面密貼。

1.3 整體結構形式

雙向預裝帶的“Y”形射鉤與裝配式疊合布起絨面為“子母”鑲嵌式對應結構。對齊后施加外力、擠壓到位，兩種材料對應“錨固”在一起。將裝配式疊合布和復合防水板條式復合在一起，施工時將雙向預裝帶和裝配式疊合布輕輕敲擊，兩者通過射鉤和起絨布緊密黏接在一起。施工簡便，勞動強度低。

2 黏接性能測試

以表征雙向預裝帶與疊合布結合性能的黏接強度、剪切強度、持荷時間為物理性能指標，考察雙向預裝帶的鉤型、鉤直徑、鉤密度及裝配式疊合布克重對物理性能的影響規律。

2.1 雙向預裝帶結構對黏接物理性能影響

雙向預裝帶的鉤型、鉤直徑、鉤密度對黏接物理性能的影響規律見表1。

表1 雙向預裝帶結構對黏接物理性能影響

由表1 可以看出，隨著鉤直徑與鉤密度的增大，預裝帶與裝配式疊合布的黏接強度與剪切強度明顯增大。相同射出鉤直徑與密度時，對Y 形的黏接強度與剪切強度大約是單鉤型的1.5 倍。最終確定雙向預裝帶結構為對Y 形鉤形，射出鉤直徑0.18 mm，鉤密度25 mm（個/cm2）。

2.2 疊合布克重對黏接物理性能影響

選擇300 g/m2、350 g/m2、400 g/m2的疊合布進行試驗，對比不同規格的疊合布與雙向預裝帶的黏接性能。疊合布克重對黏接物理性能的影響規律見表2。

表2 疊合布克重對黏接物理性能影響

疊合布克重≥300 g/m2時物理指標滿足標準值，所以疊合布確定為單位面積質量≥300 g/m2。

3 施工工藝

裝配式復合防水板施工工藝如下：

3.1 基層處理

（1）鋪設裝配復合防水板前，采取有效的止水措施，保證隧道初期支護表面沒有明水。

（2）基面應平整，噴射混凝土應密實、平整，無裂縫、脫落、漏噴、露筋、空鼓和滲漏水。噴射混凝土表面平整度的允許偏差為30 mm，且矢弦比（D/L）不得大于1/6。D為噴射混凝土相鄰兩凸面間凹進去的深度，L為噴射混凝土相鄰兩凸間的距離。

（3）對隧道初期支護混凝土表面進行處理，切除外漏錨桿頭、漏筋等尖銳物，凹凸量不得超過±5cm，確保噴混凝土表面平整，無尖銳棱角。

3.2 裝配式復合防水板安裝

（1）固定雙向預裝帶。仰拱及矮邊墻施工時根據隧道弧形走勢，用氣排釘固定雙向預裝帶，每條之間間隔60～70 cm（實際根據裝配復合防水板條式復合間隙而定）。雙向預裝帶固定示意圖見圖3。

圖3 固定雙向預裝帶

（2）施工防水板。用施工車托盤將防水板展開托起后，防水板的黏合部位對準雙向預裝帶輕輕敲擊、壓實。防水板固定示意圖見圖4。

圖4 固定防水板

（3）裝配復合防水板搭接。焊接裝配復合防水板（生產時預留有焊接邊）時，搭接縫應采用雙焊縫、調溫、調速熱楔式功能的自動爬行式熱合機熱熔焊接，細部處理或修補采用熱風焊槍。

開始焊接前，應用同產品小塊塑料片試焊，以掌握焊接溫度和焊接速度。

卷材搭接寬度不應小于100 mm，每條焊縫的有效寬度不應小于10 mm。在焊縫搭接的部位焊縫必須錯開，不允許有三層以上的接縫重疊。

4 與國內外產品優勢對比

裝配復合防水板與國外隧道防水材料對比見表3。

表3 裝配復合防水板與國外其他材料對比

通過國內、國外對比分析表明，裝配復合防水板實現無損鋪掛、降低拱頂空洞率、提高防水效果，提高地下結構運營安全性，降低工程維護成本。

5 結論

針對傳統防水板施工存在的問題，在現場調研、性能測試等研究方法基礎上，提出裝配式復合防水板產品及相關施工工藝。

（1）基于“樂高積木（LEGO）”原理，裝配式復合防水板由三層結構組成，由初期支護向二次襯砌方向依次為：雙向預裝帶、疊合布、防水板。防水板本體與疊合布提前集成形成復合防水板，施工時將復合防水板與固定在基層的雙向預裝帶形成“子母”鑲嵌雙向無破損黏接，實現了無損鋪掛。

（2）以表征雙向預裝帶與疊合布結合性能的黏接強度、剪切強度、持荷時間為物理性能指標，確定了雙向預裝帶結構及裝配式疊合布克重：當雙向預裝帶選用對Y 形鉤形、射出鉤直徑0.18 mm、鉤密度25 mm（個/ cm2）及疊合布單位面積質量≥300 g/m2時，雙向預裝帶與疊合布黏接性能可滿足標準要求。

（3）通過國內、國外對比分析表明，裝配復合防水板實現無損鋪掛、降低拱頂空洞率、提高防水效果，提高地下結構運營安全性，降低工程維護成本。