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摘要：大梁隧道凍土段通過設(shè)置復(fù)合式襯砌，襯砌無滲漏，道床下無積水，未出現(xiàn)凍脹破壞現(xiàn)象，在防水保溫方面取得了滿意的效果。本文以大梁隧道為例，從防水及保溫設(shè)計(jì)、材料的選擇及施工等幾個(gè)方面入手，探討凍土隧道防水及保溫施工技術(shù)。力求從源頭上減少凍土隧道凍脹病害，保證隧道的安全、舒適及長效性等要求。 ...

 凍土隧道防水保溫施工技術(shù)

黃道軍

（陜西西咸新區(qū)發(fā)展集團(tuán)有限公司  陜西西安  710000）

一、工程概況

大梁隧道是當(dāng)今世界上高海拔隧道之一，平均海拔3500～4300m，最高海拔為4345m，洞身地表起伏較大。大梁隧道地質(zhì)地形異常復(fù)雜，斷層、裂隙和多年凍土密布，隧道洞身DK328+950—DK329+810(860m)和DK334+590—DK335+340(750m)位于凍巖、凍土之中。年平均氣溫1.8℃、最低氣溫－31.5℃；線路經(jīng)過地段為無人區(qū)，交通阻隔，車輛無法通行。

二、防水保溫原因分析

凍土隧道爆破開挖后，會在圍巖四周出現(xiàn)凍融圈，凍融圈在暖季凍土融化，寒季凍結(jié)。如果隧道沒有鋪設(shè)保溫材料時(shí)，隧道圍巖會出現(xiàn)季節(jié)性融化，尤其第一年凍結(jié)的深度會全部融化。由于季節(jié)性凍融越嚴(yán)重產(chǎn)生凍脹力越大，對隧道外襯砌產(chǎn)生的應(yīng)力越大，因此要鋪設(shè)導(dǎo)熱系數(shù)小的保溫材料，使隧道圍巖盡快形成多年凍土層，減少季節(jié)性融化。

凍土隧道的主要病害是凍害，而形成凍害的主要原因是水和負(fù)溫。圍巖凍土（巖）融化水和地下水是隧道的主要水源。防水保溫是凍土隧道施工的關(guān)鍵一項(xiàng)工序，也是防止凍土（巖）融化、凍融圈擴(kuò)大、暖季漏水及襯砌混凝土凍脹開裂、剝落，減少凍脹病害的重要因素。

三、防水及保溫層設(shè)計(jì)

大梁隧道隧道洞身DK328+950—DK329+810(860m)和DK334+590—DK335+340(750m)段隧道處于凍土（巖）之中，采用復(fù)合式襯砌防水保溫設(shè)計(jì)，防水隔熱保溫層分為三層，分別為防水板、5cm保溫板和防水保護(hù)層。防水層主要排堵混凝土支護(hù)外部凍土（巖）融化水及地下水；隔熱保溫層則盡量減小洞內(nèi)氣溫與地層熱交換的影響，防治凍融圈擴(kuò)大；防水保護(hù)層主要是對隔熱保溫層的防水處理。隧道全斷面鋪設(shè)“防水板＋隔熱保溫層＋防水保護(hù)層”的防水保溫層，使得隧道二次襯砌和地層完全隔離，減小了洞內(nèi)與地層之間的熱量交換，起到保護(hù)凍土、防止隧道滲水、防止凍脹病害作用。復(fù)合式襯砌結(jié)構(gòu)圖見圖。

 

圖1 復(fù)合式襯砌結(jié)構(gòu)圖

四、防水保溫材料的選擇

1、復(fù)合防水板

防水卷材要具有一定的抗拉裂能力及抗化學(xué)侵蝕、地下水侵入影響等能力，同時(shí)要能承受微小的沉降和收縮，并方便施工操作。復(fù)合防水板的性能指標(biāo)要求如下：拉伸強(qiáng)度≥15Mpa，斷裂伸長率≥650%,撕裂強(qiáng)度≥100KN,低溫彎折性：-35℃無裂紋，抗?jié)B透性：水壓0.3Mpa保持24h無滲透,剪切狀態(tài)下的粘合性≥5N/mm,厚度＞1.0mm，而且要耐穿刺性、耐低溫、耐水性、耐腐蝕性、耐菌性好。選用 EVA復(fù)合防水板（乙烯——醋酸乙烯板），密度ρ=0.92g∕ml，厚度1.2mm，完全能滿足復(fù)合防水板的性能要求。

2、無紡布

無紡布采用大于400g/m2的土工布，具有良好的過濾和排水功能，具有良好的耐穿刺性、耐水性、無毒性、耐腐蝕性、耐菌性等，具有一定的強(qiáng)度及變形能力。

3、保溫層

保溫層采用以聚氨酯為主的復(fù)合材料，為施工方便，保溫材料的制作采用洞外預(yù)制、洞內(nèi)拼裝的形式施工，要求其具有低毒、耐老化、導(dǎo)熱性小等特性，同時(shí)要有一定的彈性和抗拉強(qiáng)度。其主要性能應(yīng)滿足以下要求：導(dǎo)熱系數(shù)<0.03W/m.K,抗壓強(qiáng)度≥0.3Mpa，體積吸水率<3℅，自重>60㎏/m3，彈性模量E>7～10Mpa，老化壽命>50年，具有一定的彈性，低毒性。選用規(guī)格為1900×500×50mm的聚氨酯泡沫板，具有阻燃性，各項(xiàng)性能指標(biāo)完全能滿足施工需要。

4、盲管

盲管采用HDPE打孔波紋管，具有一定得彈性，透水性好，能承受不小于0.5MP的壓力，并不易銹蝕。

五、防水保溫層的鋪設(shè)施工

防水層和保溫層同時(shí)鋪設(shè)，施工順序?yàn)椋菏┕��?zhǔn)備→模筑初襯混凝土表面處理→盲管施工→鋪設(shè)無紡布→無釘鋪設(shè)防水板→鋪設(shè)保溫板→鋪設(shè)無紡布→無釘鋪設(shè)防水板。

1、初襯混凝土表面處理

為確保防水保溫層平整并與混凝土密切無空洞，初襯混凝土采用整體式混凝土臺車作為模板及支撐，保證混凝土的表面的平順光潔。在鋪設(shè)防水保溫層前，要對混凝土表面局部不平整的地方進(jìn)行修整，對于混凝土接頭的錯(cuò)臺及混凝土表面凹凸不平部位進(jìn)行鑿除并用砂漿找平；割除鋼筋、預(yù)埋件等尖銳突出物，并在割除部位用砂漿抹成橢圓曲面，以免扎破防水層；混凝土基面的氣泡孔、麻面等缺陷用水泥漿填實(shí)刮平，用混凝土磨光機(jī)打磨或砂布打磨、拋光，直到基面符合防水層鋪設(shè)要求。

2、盲管施工

盲管施工利用自制的臺車，臺車就位后，先施作環(huán)向盲管。拱墻環(huán)向盲管的設(shè)置采用φ50mm的HDPE打孔波紋管，間距為5—10m；縱向盲管設(shè)置采用φ80mm的HDPE打孔波紋管，并分段（間距10-15m）引入隧道側(cè)溝內(nèi)，以防防水層背后的積水。用無紡布條（寬50cm）包裹后，用塑料膨脹螺栓將盲管（間距1m）固定在混凝土支護(hù)面上，用快凝水泥砂漿將塑料膨脹螺栓包住。

3、無紡布鋪設(shè)

在隧道拱部標(biāo)出隧道中心線，無紡布的鋪設(shè)由兩邊墻向拱部鋪設(shè)，鋪設(shè)時(shí)留有一定得富余量；用帶熱塑性圓墊圈的射釘將無紡布平整順直地固定在支護(hù)表面上，固定點(diǎn)間距拱部環(huán)向采用60cm,縱向采用75cm，邊墻縱向、環(huán)向都采用150cm，呈梅花形排列；搭接寬度不小于50mm。

4、防水層鋪設(shè)

防水層采用EVA復(fù)合防水板，無釘鋪設(shè)。

① 按規(guī)定要求對防水板在洞外進(jìn)行抽樣質(zhì)量檢查，觀察是否有變色、厚度不均、斑點(diǎn)、刀痕、撕裂等缺陷，以保證使用產(chǎn)品質(zhì)量。

②先于拱部標(biāo)出隧道的縱向及橫向中心線，將防水板的全幅中部與隧道中線對齊，由拱頂向側(cè)墻方向自上而下環(huán)狀鋪設(shè)，相鄰兩幅防水板接頭留15cm搭接寬度，用TH-5A滲膜熱合機(jī)將接縫焊好，熱合機(jī)行走速度27～30cm/min，由拱頂向墻腳施焊，焊縫寬度不小于2cm，焊縫兩道。焊縫檢查可采用放大鏡觀察焊縫：當(dāng)兩層已經(jīng)焊接在一起的防水板呈透明、無氣泡時(shí)，即熔為一體，表明焊接嚴(yán)密。對漏焊部位及防水板上小孔洞，利用500W電烙鐵人工進(jìn)行補(bǔ)焊，補(bǔ)丁邊緣距破損邊緣的距離不得小于7cm,補(bǔ)丁應(yīng)滿焊，不得有翹邊空鼓部位。拱墻部位與仰拱、墻腳防水板一定要焊接牢固。

③防水板的鋪設(shè)應(yīng)超出二次襯砌施工1-2個(gè)襯砌段長度，同時(shí)距開挖掌子面保持一定的安全距離，并采取一定得保護(hù)措施防止損壞防水板。

5、保溫層鋪設(shè)

保溫層采用5cm厚的聚氨酯泡沫板，用聚氨酯粘合材料膠合連接，在洞外預(yù)制在洞內(nèi)拼裝的工藝敷設(shè)。

①環(huán)向設(shè)一圈Φ22支撐圓鋼，縱向間距2～4m，這樣可使防水板與巖面盡量密貼，其空隙不得大于5cm。拱部一定要支撐到位，以確保保溫板鋪設(shè)滿足要求。

②將在洞外已預(yù)制好的聚氨酯保溫板塊（長0.5m×寬0.5m），插在Φ22圓鋼后面進(jìn)行拼裝，從墻腳與已施作的仰拱、墻腳處向上拼裝，板縫間隙以聚氨酯粘合材料（TN-1）粘結(jié)。TN-1為黑白兩種液體按1:1比例配制，要隨配隨用，避免浪費(fèi)。

6、防水保護(hù)層鋪設(shè)

保溫板及第二層無紡布鋪設(shè)完成后，經(jīng)檢驗(yàn)合格，開始防水保護(hù)層的鋪設(shè)，施工工藝與防水層鋪設(shè)工藝基本相同。

六、防水保溫層施工注意事項(xiàng)

1、防水板易燃，且燃燒后具有毒性，因此一定要防止發(fā)生火災(zāi)。鋪設(shè)防水板時(shí)不得在防水板上擱置焊接設(shè)備，不得扔棄煙頭及火柴梗等雜物，做好施工用電管理，并要在現(xiàn)場配備滅火器材，派專人24小時(shí)值班。

2、防水板焊縫質(zhì)量好壞直接關(guān)系到鋪設(shè)質(zhì)量的好壞，防水板焊縫拉伸強(qiáng)度不得小于防水板本身強(qiáng)度的70%,抗剝離強(qiáng)度≥70N/cm。

 3、防水板接縫與襯砌施工、沉降縫應(yīng)錯(cuò)開1.0m以上。

七、小結(jié)

大梁隧道凍土段通過設(shè)置復(fù)合式襯砌，襯砌無滲漏，道床下無積水，未出現(xiàn)凍脹破壞現(xiàn)象，在防水保溫方面取得了滿意的效果。

(本文來源：陜西省土木建筑學(xué)會    文徑網(wǎng)絡(luò)工程項(xiàng)目投資中心：劉紅娟 尹維維 編輯   劉真 文徑 審核)

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