橡膠瀝青預噴反黏工藝在礦山法隧道中的應用

劉程，熊輝

橡膠瀝青預噴反黏工藝在礦山法隧道中的應用

劉程，熊輝

(廣州地鐵集團有限公司 建設事業總部，廣東 廣州 510330)

目前，全國許多大中城市同時開建地鐵，然而，在快速軌道高速發展的同時，也遇到了各種各樣的問題，尤其是在地鐵建設中出現的漏水、滲水和竄水問題。噴涂橡膠瀝青預噴反黏是一種采用新型防水材料的工藝，具有施工方便快速，物理化學性能佳等優點。以廣州地鐵防水工程為例，簡要介紹該工藝的施工要點、優勢及創新點，作為一種新的工藝，施工快捷，可有效解決礦山法隧道工程中的滲漏水與維修困難等問題，目前已逐步被應用、認可。

防水；礦山法；預噴反黏；噴涂橡膠瀝青

在國家城鎮化政策的引導下，隨著城鄉建筑的規模不斷擴大與數量不斷增長，我國的快速軌道交通網絡也在高速發展，目前全國許多大中城市同時開建地鐵，然而，在快速軌道快速發展的同時，也遇到了各種各樣的問題。尤其是在地鐵建設中出現的漏水、滲水和竄水問題。目前，國內現行的防水措施一般為結構混凝土與防水層2道防水，GB 50208—2011《地下防水工程質量驗收規范》中對防水等級設防有一定的要求。除二襯采用防水混凝土外，一般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，該柔性材料必須有一定的拉伸強度和斷裂延伸率，且耐劃傷、耐根刺、耐腐蝕等；國內隧道常采用的防水層多為 EVA板、ECB板或 PVC板，在大量的工程實踐中證明，存在以下問題：

1) 防水板與二次襯砌之間沒有彼此黏合，安裝時的沖擊及巖壁的突出物容易刺破防水板，導致滲漏進而導致竄水；

2) 防水板與防水板之間的連接都是薄弱環節，在焊接過程中受人為因素影響大，容易出現翹邊、焊接不牢等現象，稍有不慎就會導致整個防水系統失效。

3) 防水卷材施工進度慢，影響施工工期。

4) 主要防水功能還是排水，防水板與初支，防水板與二襯之間都是排水通道，長期排水，對隧道山體，植被以及地下空間都有不好的影響。

5) 維修困難，竄水點太多，即使滲漏也找不到漏水點。

因此需要新的材料和工藝改進現有隧道防水的一些缺陷，同時設計上遵循“結構自防水為根本，以防為主，防、排、截、堵相結合，剛柔相濟，多道防線，因地制宜，綜合治理”的方針。然而，采取“預噴反黏”施工方式，該涂料與二襯混凝土黏接緊密，形成統一的防水體[1]，很好地解決了以上問題。這種工藝近幾年來在地下工程中的應用范圍越來越廣[2]。其施工工藝：首先鋪貼防水材料，然后在防水材料表面澆筑混凝土，混凝土凝固后能夠與防水材料產生很強的黏接力[3]。此工藝可有效防止工程竄水滲漏，并且施工工藝簡便，可加快施工進度，得到各方認可。根據隧道防水要求、特征及地質條件，所選擇的防水材料應當具有良好的拉伸性能以應對施工縫等結構變形；應具有良好耐機械穿刺性能[4]，以應對施工過程中難以避免的鋼筋等的碰觸；應具有良好的黏接性能，避免竄水空鼓[5]等現象發生，做到整體皮膚式防水。此外還應具有良好的觸變性、無毒無異味、對環境無污染、冷作業施工等性能，保證施工過程安全、快速，防水效果達到設計要求。依據以上要求，選取噴涂液體橡膠作為預噴反黏[6]的主體材料。在礦山法隧道施工中，初支錨噴面采用鋪貼土工膜的方法同時解決了基面凹凸不平的問題，實現基面找平效果并加大了防水層的強度，采用該涂料實現外噴內貼效果，有效實現皮膚式全包防水。

1 噴涂橡膠瀝青預噴反黏防水機理與特點

1.1 成膜機理

該涂料是由A和 B 2種組分混合后產生的一種具有高彈特性的防水涂料。其中A組分是一種特種成膜劑，固含量為55%~75%，B組分是一種改性乳化瀝青和合成高分子聚合物，固含量為3.0%~ 20.0%。

2種組分A與B由噴槍同時噴出后呈扇形交叉與霧化，經過高速混合后，立即破乳并在到達基面時迅速固化、析水，從而形成一種致密且完整的橡膠涂膜。噴涂現場固化成型的機理如圖1所示。

圖1 成膜機理

1.2 防水機理

該涂料通過阻止水分子的滲透實現防水效果。機理如下：目前組成該涂料的分子之間一般有幾個納米的空隙，理論上單獨一個水分子完全可以通過空隙，但是自然界的水一般都處于締合狀態，許多個水分子之間通過氫鍵作用形成一個巨大的分子團，因此實際上通過高分子間隙具有很大的難度。

1.3 “皮膚式”防水理念與“預噴反黏”施工工藝

傳統的礦山法施工是在初襯與二襯之間鋪防水板，其缺點是不能與二襯完全貼合，后期運營過程中防水層與二襯之間形成竄水而導致滲漏。為解決該問題，引入“皮膚式”防水概念。

建筑防水的主要對象是混凝土，關鍵是根據混凝土的特性來解決混凝土的防水問題。水泥在水化過程中除水化以外多余的水份揮發、混凝土的收縮與徐變都會造成混凝土形成一些微小的毛細孔或可見小孔洞，因此混凝土微觀結構是一種孔縫特性。一般來講，混凝土結構孔隙率在25%左右；另外，在混凝土結構的使用過程中，由于氣溫、濕度等因素影響，混凝土會出現微裂紋和動態變化的可見縫。俗話講，水無孔不入，因此對于混凝土結構而言，滲漏水無法避免。混凝土滲水的主要途徑是毛細孔洞及裂縫，解決混凝土防水的核心是先封閉堵塞毛細孔，增強具有抵抗裂縫變形、抗疲勞、耐久的柔性防水層。因此，給混凝土移植“防水皮膚”的概念由此產生。結合噴涂速凝橡膠瀝青防水涂料“與后澆混凝土超強反黏”的性能特點，在廣州地鐵項目上采用“預鋪反黏”施工工藝，完全實現“皮膚式”防水，解決因竄水導致的滲漏隱患。

“預噴反黏”施工工藝是利用噴涂速凝橡膠瀝青防水涂料與后澆混凝土優異的反黏[7]的特性，在二次襯砌澆筑完成后仍能與二次襯砌形成滿黏，不會出現竄水現象，并且該施工工藝是將噴涂速凝橡膠瀝青防水涂料與土工膜配合使用構成復合型防水層，一方面降低了防水涂料對基面平整度的特殊要求，同時由于土工膜與初期支護間是點固定，兩者之間存在一定的空隙，該空隙可作為初期支護滲水[9?13]的排水通道，土工膜與噴涂速凝橡膠瀝青防水涂料的配合使用，使得防水與排水同時實現，可以進一步的保證防水質量[14?15]。

1.4 主要性能及特點

噴涂液體橡膠施工不僅具有如下的施工性能，而且成膜后也具有較好的物理性能，如表1所示。

1) 能夠在任意面上噴涂成型，不會產生流掛現象；幾秒鐘內即可凝結，幾分鐘內就能夠達到一定的強度(可在表面行走)，施工方便，效率高。

2) 對濕氣與水分不敏感。施工時不受濕度與溫度的影響。

3) 施工一遍厚度即能達到要求，避免了以往多遍施工的弊端。

4) 水性材料，無污染。

5) 自愈性強。

表1 物理力學性能

2 工程應用及效果分析

2.1 應用地點與方案

該項目應用在廣州地鐵13號線1期工程中24號中間風井~東洲站區間，長度共計120 m。本項目是采用柔性防水層全包防水與結構自防水相結合的防水方式。隧道整體結構防水構造圖如圖2所示，結構采用抗滲混凝土，抗滲等級應不小于P8。柔性防水層由1.5 mm厚的防水涂料與0.5 mm厚的高密度聚乙烯片材構成。由于噴涂的方式是無縫連接，因此能夠形成全包式防水，而其反黏性能又使其與二襯完全密貼，真正實現全方位的防水[9]。

隧道整體施工工藝流程如圖3所示。

2.2 噴涂施工及設備

2.2.1 噴涂施工

施工前先試噴射5~10 s左右，若正常聚合，方能正式施工。噴涂時噴頭與工作面之間保持60~80 cm的間距；噴頭須緩慢移動，移動一個來回后可達到最小噴涂厚度(大于2mm)；噴涂的順序是先上后下(若是圓弧形狀按一個方向旋轉施工)。

2.2.2 噴涂設備

汽油機通過帶動噴涂設備的2個泵轉動為其提供動力，A料和B料分別由一個泵供壓，壓力分別為150 kPa與250 kPa。如圖4所示，每側分別有3根管路，其中1根管路將料供到噴槍，另外2根管路分別為回料管與進料管。

圖2 隧道整體防水構造圖

圖3 施工工藝流程

圖4 液體橡膠噴涂機

2.3 施工要點及優勢

2.3.1 施工要點

1) 正式施工前先進行試噴，質量滿足要求方可大面積施工。

2) 噴涂作業時，噴槍距基面約為70 cm左右，并勻速移動。一次多遍噴涂至1.5 mm厚度。

3) 適當調節基面與噴槍的距離，可使表面成膜固化良好。

4) 噴涂時注意隨時檢查溫度、工作壓力等參數及涂層狀況，發現異常，立即停工調整。

5) 應按照從下往上的順序進行側墻噴涂，施工過程及防水效果如圖5~6所示。

圖5 側墻拱頂噴涂

圖6 防水效果

2.3.2 優勢

1) 皮膚式防水

施工工藝為噴涂方式，5 s成膜，與基層黏接性強，針對異型結構觸變性好，在施工縫、伸縮縫等薄弱部位的處理當中相比于防水板等防水材料有較大優勢。

2) 全包式防水

采用噴涂施工工藝，整體無縫搭接，形成全包式防水，全包式防水能夠減少防水薄弱點的產生以及降低滲漏水的可能性。

3) 預噴反黏

噴涂速凝橡膠瀝青防水涂料破乳固化后，防水層通過析水過程，綿綿不斷地“抓緊”基面，使膠膜分子滲入到混凝土基面的毛細孔隙中，形成牢固的物理卯榫作用。涂層與后澆混凝土的剝離強度可達3.0 N/mm，這種優異的反黏性能使防水層與二襯之間完美黏結，避免了防水層與二襯之間的竄水。即使防水層發生滲漏，因防水層與二襯之間不會形成竄水通道，漏點排查準確快速，漏點修補簡單有效。避免頻繁維修給工程造成損害。

4) 耐機械穿刺性能

噴涂橡膠瀝青防水層特有的憎水瀝青成分與具有記憶功能的立體網狀結構高回彈性高分子材料配合，造就了涂膜涂層的自愈功能，對一般性的穿刺可以自行修補，不會出現滲漏現象。

5) 水性、環保、節能

從原料采購、倉儲、運輸、生產、噴涂施工和使用過程中，均為水性，無毒無味，無廢料，無廢氣排放，無污染，是新一代節能環保材料；在整個施工過程中，無需加熱，常溫施工，無明火，保證了施工的安全性和可靠性；采用國際防水行業最新發展趨勢—單層防水用材，既減少建材用量，節約了資源，真正實現節材節能。

6) 快速成膜、施工效率高

采用專用噴涂設備施工，噴涂后5 s即可成型；1次噴涂即可達到設計厚度，節約勞動力，并可大幅度縮短施工工期，降低施工成本。1臺噴涂設備日施工能力可達1 000~2 000 m2，符合快速施工 要求。

7) 可在潮濕基面施工

可以在潮濕、無明水的基面施工。對基層要求低，便于應用在地鐵、隧道、水利等領域。

3 技術創新

3.1 研發適合廣州地區的防水涂料

通過調研和分析廣州地區地下水文及地質環境，考慮其地下水存在污染與腐蝕性強等因素對防水涂料的影響，調整材料配方，研發出適用于廣州地區的噴涂速凝橡膠瀝青防水涂料。

3.2 施工工藝創新

由于廣州屬于富水地區，具有地下水位高等特點，結合噴涂速凝橡膠瀝青防水涂料的特性，開發出適用于廣州地鐵的“噴涂速凝預噴反黏施工工藝”。該工藝即在礦山法隧道施工中，采用噴涂速凝型液體橡膠防水材料，實現外噴內貼的防水效果：初襯錨噴面采用鋪貼土工膜的方法解決了基面凹凸不平的問題，實現基面找平效果并增強防水層，而且噴涂速凝能夠與二襯結構實現完美反黏，從而達到傳統材料難以實現的外噴內貼效果。

4 結論

1)“預噴反黏”施工工藝是利用噴涂速凝橡膠瀝青防水涂料與后澆混凝土優異的反黏的特性，在二次襯砌澆筑完成后仍能與二次襯砌形成滿黏，不會出現竄水現象，并且該施工工藝是將噴涂速凝橡膠瀝青防水涂料與土工膜配合使用構成復合型防水層。

2) 廣州地鐵隧道的防水工程中，采用這種涂料作為全包型防水材料,每天能夠完成施工1 000 m2，施工進度得到了極大提高；施工完畢即可馬上進入下道工序。施工完成后，未發生滲漏問題,反映良好。

3) 作為一種新的防水材料與工藝，施工快捷，可有效解決礦山法隧道工程中的滲漏水與維修困難等問題，目前逐步被應用、認可。

[1] 燕冰. 預噴反黏在礦山法隧道中的應用[J]. 地下工程與隧道, 2015, 6(增): 25?27. YAN Bing. Application of pre-spraying and anti-sticking in mining tunnel[J]. Underground Engineering and Tunnels, 2015, 6(增): 25?27.

[2] 陳文堤, 彭劍堯. 預鋪反粘在地下室底板防水工程中的應用[J]. 福建建設科技, 2014, 3(5): 66?68. CHEN Wendi, PENG Jianyao. Application of Pre-laid anti-sticking in basement floor waterproofing engineering [J]. Fujian Construction Science & Technology, 2014, 3(5): 66?68.

[3] 李圣. 用于制備和施工涂膜防水材料的方法和涂膜防水材料[P]. 中國專利: 2013103298272, 2013?07?13. LI Sheng. Method for preparing and constructing film waterproof material and film waterproof material[P]. Chinese patent: 2013103298272, 2013?07?13.

[4] 劉金寶, 李冰茹, 騰瑞權. 預鋪反粘新工藝在地下防水工程中的應用[J]. 中國建筑防水, 2016, 2(4): 26?29. LIU Jinbao, LI Bingru, TENG Ruiquan. Application of pre-laid anti-sticking technology in underground waterproofing engineering[J]. Chinese Building Waterproof, 2016, 2(4): 26?29.

[5] GB 50108—2008, 地下工程防水技術規范[S]. GB 50108—2008, Technical specification for waterproo- fing of underground engineering[S].

[6] 大禹偉業(北京)國際科技有限公司. 用于制備和施工涂膜防水材料的方法和涂膜防水材料[P]. 中國專利: 201310329827.2, 2013?07?31. Dayu Weiye (Beijing) International Technology Co., Ltd. Method for preparing and constructing film waterproof material and film waterproof material[P]. Chinese patent: 2013103298272, 2013?07?13.

[7] 大禹偉業(北京)國際科技有限公司.一種用于制備和施工復合涂層的方法[P].中國專利: 201510104536.2, 2015?03?10. Dayu Weiye (Beijing) International Technology Co., Ltd. A Method for Preparing and Constructing Composite Coatings[P]. Chinese patent: 201510104536.2, 2015?03 ?10.

[8] 劉超, 陳偉. 公路隧道防水層(土工布+防水板)施工技術[J]. 安徽建筑, 2016(3): 35?38. LIU Chao, CHEN Wei. Construction technology of waterproof layer of highway tunnel (Geotextile+ Waterproof Plate)[J]. Anhui Architecture, 2016(3): 35? 38.

[9] Fenner H F. Chemicals for tunnel waterproofing[J]. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences and Geomechanics Abstracts, 1995, 32(3): 139.

[10] Clement F, Saraiva E, Garcia M. Sprayable waterproofing membranes: Possibilities and limitations[C]// ITA World Tunnel Congress. Iguassu: International Tunnelling Association, 2014: 135.

[11] Blair A J, Lacerda L L. Construction of the wolf creek upper narrows tunnel waterproof membrane-a comparison of tunnel projects utilizing the application of spray-on waterproof membrane[C]// Rapid Excavation and Tunneling Conference. Littleton:[S.l.], 2005: 1192.

[12] Holter K G, Nilsen B, Lang S C, et al. Testing of sprayed waterproofing membranes for single shell sprayed concrete tunnel linings in hard rock[C]// ITA World Tunnel Congress. Iguassu: International Tunnelling Association, 2014: 228.

[13] Michio K, Takashi M, Akio K, et al. Development of the waterproof membrane spraying method in NATM tunnels[C]// ITA World Tunnel Congress.S2o Paulo: International Tunnelling Association, 1998: 515.

[14] 大禹偉業(北京)國際科技有限公司. 一種地下工程用復合防水層及其制備和施工方法[P]. 中國專利: 201410447394. 5, 2014?09?03. Dayu Weiye (Beijing) International Technology Co., Ltd. A composite waterproof layer for underground engineering and its preparation and construction method[P]. Chinese patent: 201410447394.5, 2014?09? 03.

[15] 楊其新, 劉東民, 盛草櫻. 隧道及地下工程噴膜防水技術的研究[J].新型建筑材料, 2002(1): 7. YANG Qixin, LIU Dongmin, SHENG Caoying. Study of spraying film waterproof technology for tunnel and underground engineering[J]. New Building Materials, 2002(1): 7.

Application of pre-spray anti-viscosity of sprayed rubber asphalt in mine tunnel

LIU Cheng, XIONG Hui

(Construction Headquarters of Guangzhou Metro Group Co., Ltd, Guangzhou 510330, China)

At present, subways are built in many large and medium-sized cities in the country. But at the same, they also encounter a variety of problems, in particular to the problems of water leakage, water seepage and water channeling in the construction of the subway. Pre-spray anti-viscosity of sprayed rubber asphalt is a new waterproof material technology. It has the advantages of easy and fast construction, good physical and chemical properties, etc. Taking Guangzhou metro waterproof project as an example, this paper briefly introduces the main points, advantages and innovation points. As a new technology, its construction process is fast, which can solve the problem of water channeling and leakage in mine tunneling method. At present, it has been applied and approved.

waterproof; mine tunneling method; pre-spray anti-viscosity; sprayed rubber asphalt

D560

A

1672 ? 7029(2019)10? 2547 ? 06

10.19713/j.cnki.43?1423/u.2019.10.022

2019?01?15

湖南省自然科學基金資助項目(2018JJ3657)；廣州地鐵集團有限公司科技經費資助項目

熊輝(1970?)，男，江西樟樹人，高級工程師，從事地鐵建設管理工作；E?mail：xionghui@gzmtr.com

(編輯 陽麗霞)