鐵路隧道防水工藝及材料耐久性檢測研究

杜巖

摘要：防水體系是保證隧道工程整體安全與車輛通行性能的重要基礎，理想的防水供工藝與材料的應用能夠有效保證隧道的結構穩定性，延長隧道壽命，降低維修養護工作的投入。本文以某鐵路隧道工程為例，探討分析了防水工藝及材料耐久性檢測的相關內容，旨在提供一定的參考與借鑒。

關鍵詞：鐵路隧道；防水工藝；耐久性；檢測

中圖分類號：U453.6 文獻標識碼：A 文章編號：1674—3024（2017）06—0001—02

引言

隧道滲漏水是目前鐵路隧道較為普遍的問題。隧道滲漏水不僅直接損壞襯砌，降低隧道使用年限；而且加速鐵路鋼軌和扣件銹蝕，損害道床和基礎，影響線路穩定，在寒冷地區更會因漏水結冰影響電力機車的安全運行。近年來，隨著客運專線的大量修建，列車速度目標值不斷提高，如何盡快改變我國鐵路隧道的滲漏水問題，減少鐵路隧道的運營維護工作量，是目前我國鐵路隧道特別是客運專線隧道建設中面臨的重要課題。

1鐵路隧道滲漏水的基本情況

據統計，到2004年底，全國正式投入運營的鐵路隧道（不包括地方鐵路）共有6087座，總長度3336.1km，其中有滲漏水病害的隧道1526座，占隧道總數的25.1%，滲漏水長度140.941km，占隧道總長的4.22%。各鐵路局隧道滲漏水詳細情況見表1。

2鐵路隧道防水結構及防水板使用情況

國內修建的鐵路隧道一般采用了復合式襯砌，也就是在噴錨支護層和混凝土襯砌間設置防水隔離層。防水層為不透水表面光滑的高分子防水卷材，它不僅起到防水作用，而且對初期噴混凝土及二次襯砌模注混凝土來說，還起到隔離與潤滑作用，使初期支護噴射混凝土對二次襯砌混凝土的約束應力減少，從而避免模注混凝土產生裂縫，提高了二襯混凝土的防水抗滲能力。

防水層通常由緩沖墊層和防水板組成。防水板是隧道防排水技術的核心，本身已構成一道完整的防水體系。如果這一防水體系是完整、有效的，則二次襯砌中的混凝土自防水、止水帶、止水條等都不起作用也可保證隧道的防水可靠性。而防水板只要出現一個較大的漏水點，在初期支護層、防水板和二次襯砌間又不能有效密貼的情況下，漏水將很快充滿防水板和二次襯砌間的空隙，防水板構成的防水體系就完全失效了，這時防水實際上是由二次襯砌承擔的。在復合式襯砌隧道中，確保防水隔離層的完整、有效具有特別重要的意義。所以目前鐵道部內防水板的采購已由業主采購修改為鐵道部采購

3防水板相關標準分析

防水板又稱防滲土工膜，除用于隧道防水外，在水利、水電、市政、環保、交通、建筑等領域都有大量的使用，所以與土工膜相關的標準規范很多。據初步統計，涉及土工膜應用技術、檢測方法和物理力學性能指標的相關標準規范主要有：GB50290—98《土工合成材料應用技術規范》；sL，I225—98《水利水電工程土工合成材料應用技術規范》；TB10118—99《鐵路路基土工合成材料應用技術規范》；n舊019.四8《公路土工合成材料應用技術規范》；stir231—98《聚乙烯（PE）土工膜防滲工程技術規范》；s坍235—1999《土工合成材料測試規程》；Ⅱ胛060_98《公路土工合成材料測試規程》；GB50299—1999《地下鐵道工程施工及驗收規范》；GB50108—2001《地下工程防水技術規范》；1-B10003—2005（鐵路隧道設計規范》；TZ214—2005《客運專線鐵路隧道工程施工技術指綜述與論壇南》；GB12952—2003《聚氯乙烯防水卷材》；GB12593—2003《氯化聚乙烯防水卷材》；GBl8173.1—2000《高分子防水材料第一部分片材》等。這些標準及規范中，有些只規定了土工膜設計計算及使用方法，有些規定了土工膜各種物理力學性能的測試方法，有些則規定了土工膜的具體技術指標，等等。由于應用領域和對其重要程度認識的不同，相關標準對土工膜的具體技術指標的要求存在較大差異。

4工程概況

某鐵路隧道工程D1K183+970～D1K184+500（530m）段，建設區域通過弧形斷層及逆斷層帶，地表有泉眼及水塘，防水施工要求高。本工程在富含地下水地段加大環向盲管的布設，加強防水板的焊接管理，確保防水板焊接質量。同時加大對于防水材料的試驗頻次，以確保防水體系的有效性。

5鐵路隧道防水工藝分析

5.1排水盲管的布設、安裝

環向盲管安裝：集中出水點處沿水源方向鉆孔，然后將單根引水盲管插入其中，并用速凝砂漿將周圍封堵，以便地下水從管中集中流出。

縱向盲管安裝：按設計位置在邊墻底部測放盲管設置線，沿線鉆孔，打人膨脹螺栓，安設縱向盲管，用卡子卡住盲管，固定在膨脹螺栓上。

泄水管安裝：施作矮邊墻時安設泄水管，在模板上對應于泄水管的位置開有與泄水管直徑相同的孔，泄水管一端安在模板預留孔上，另一端采用三通連接在縱向排水管上，并固定牢固。

5.2防水板鋪設

基面處理：防水板鋪設前，先對隧道初期支護噴射混凝土表面進行處理，切除錨桿頭和鋼筋露頭，并用細石混凝土抹平覆蓋，凹坑深寬比控制在1：7以內，深寬比大于1：7的凹坑用細石混凝土填平，凹坑太大處抹平后補噴混凝土，確保噴射混凝土表面平整，無尖銳棱角。

無紡布鋪設：首先用多功能作業臺車將單幅無紡布固定到預定位置，然后用塑料墊板和射釘將無紡布固定在噴射混凝土上。塑料板及射釘按梅花形布置，拱部間距1.0m，邊墻1.5m。無紡布幅間搭接寬度大于10cm。

防水板鋪設：鋪設防水板先用多功能作業臺車將復合防水板固定到預定位置，然后用手動電熱熔接器加熱，使防水板焊接在固定無紡布的專用熱熔襯墊上。防水板間搭接縫應與變形縫、施工縫等防水薄弱環節錯開1m以上。

焊縫檢測：用檢漏器現場監測防水板焊接質量，先堵住空氣道的一端，然后用空氣檢測器從另一端打氣加壓，直至壓力達到0.2～0.5MPa，說明完全粘合。否則，用檢測液找出漏氣部位，用手動熱熔焊機焊接修補后再次檢測，直到完全粘合。

5.3止水帶施工

根據襯砌厚度及襯砌形式自制拼裝式擋頭模板，每塊模板寬度為襯砌厚度的一半，在拼接縫適當位置預留止水帶安裝專用槽。

全斷面液壓鋼模襯砌臺車就位后，安裝擋頭模板，同時將橡膠止水帶沿隧道環向夾在擋頭板預留槽中，一半橡膠止水帶打入上一循環襯砌砼中，預留的一半橡膠止水帶澆筑在下一循環襯砌砼中。

施工縫防水砼襯砌中，環向施工縫處設置中埋式和外貼式橡膠止水帶。

隧道二次襯砌縱向施工縫采用以混凝土界面劑防水，人工涂抹。

6鐵路隧道防水材料耐久性檢測研究

6.1防水材料耐久性檢測指標

6.2防水材料耐久性檢測方法應用

（1）拉伸性能與撕裂強度試驗

在進行鐵路隧道防水材料拉伸性能與撕裂強度試驗時，首先將檢測材料的取樣放置于23℃溫度條件環境中24h以上，形成試驗溫度下的穩態。試驗過程中環境溫度維持在23℃水平條件下，在對試驗設備進行校準后開始試驗，對于拉伸速度的控制按照檢測材料類型設置：SBS材料50mm/min，高分子材料200mm/min。

將試驗材料牢固固定在夾具中心位置，整體平直不存在歪扭問題，夾具間距控制在180mm水平范圍之內。啟動實驗設備進行檢測，試驗材料拉斷停止，詳細記錄此時的最大拉力與伸長值。

（2）不透水性試驗

在進行不透水性試驗時，首先將檢測材料的取樣置于23℃溫度條件環境中6h以上。試驗過程維持溫度23℃與相對濕度50%的檢測條件，將材料上表面朝下放置于透水盤位置，加蓋7孔圓盤，操作逐步夾緊實驗材料，緩慢加壓達到試驗標準的0.3MPa壓力，在此壓力水平下維持30min，然后對試驗材料不透水性進行觀察，評估標準為是否存在水壓降低或非迎水面滲水。

（3）耐熱度試驗

耐熱度試驗開始前，首先將試驗材料表面非持久保護層去掉，將檢測材料的取樣置于23℃溫度條件環境中2h以上，檢測材料與設備間應進行有效阻隔，避免出現粘接問題，可使用硅紙鋪墊。操作烘熱箱加熱，溫度水平為90℃，試驗過程中的檢測溫度通過設備內置熱電偶進行控制，整個試驗過程中的溫度波動變化應控制在±2℃水平范圍之內，材料加熱時間120min。而后觀察材料熱作用下的變化情況。

（4）低溫柔度、彎折試驗

進行低溫柔度、彎折試驗前，首先將試驗材料表面非持久保護層去掉，檢測材料的取樣置于23℃溫度條件環境中4h以上，同樣控制粘連問題。將試件和柔度棒同時放人低溫制冷儀中，待溫度達到18℃的溫度后保持時間不少于2h，在低溫制冷儀中將試件于3s內勻速繞柔度棒彎曲1800，然后用肉眼觀察試件有無裂紋。

（5）耐腐蝕性試驗

分別配制3%濃度的HZSO4溶液、2.4%濃度的NaOH溶液，將取得的試樣完全浸泡于三類溶液中，浸泡時間為28d。浸泡過程中每天攪拌一次液體，并且每7天更換一次溶液。每個試樣可以割取6個試件，其中SBS類卷材取為140ram×25mm的矩形試件，高分子卷材取為啞鈴工型試件；用取得的試件進行拉伸性能試驗，SBS類卷材拉伸速度為50mm/min，高分子類卷材拉伸速度為200mm/min。

（6）耐穿刺性試驗

將試樣放人環形夾具內，自然放平，擰緊夾具；將夾具放在加壓裝置上，并對中，頂刺速率設定為100mm/min；開機，記錄頂刺過程中的最大壓力值，取3個試件的平均值作為刺破強度。

7結語

綜上所述，鐵路隧道工程防水工藝及材料耐久性檢測是一項系統性的工作，行業工作者們應準確把握施工技術要領，按照規范流程開展材料檢測工作，確保材料與技術標準符合要求，全面提升工程建設質量。