城市地下隧道工程防水控制研究

劉云翀

（中國鐵建港航局集團有限公司，山東 青島 266000）

隨著我國城市建設(shè)發(fā)展，地下工程進入大眾視野。尤其是地下隧道的建設(shè)，其不僅可以有效緩解城市交通擁堵問題，還可提升環(huán)境保護水平，故受到大眾的廣泛關(guān)注。其中，防水控制是地下隧道工程中一個較為重要的難點，如何有效解決相應(yīng)問題，保證工程后續(xù)使用壽命與功能正常，是目前需要重點研究的問題之一。

1 地下隧道工程防水控制概述

1.1 地下隧道工程漏水形成的原因

（1）購置的地下防水材料或已完工的堵漏層由于保管不善、質(zhì)量問題、澆筑問題、定期養(yǎng)護不足等，同時未及時進行修補措施，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)被破壞或出現(xiàn)滲漏。（2）在進行混凝土保護層施工時，厚度沒達到標準要求，從而可能導(dǎo)致出現(xiàn)裂縫、滲漏；或是沉降縫止水帶位置偏離嚴重，導(dǎo)致止水帶破裂、搭接不牢固等。（3）在施工過程中對變形縫、后澆帶、施工縫等地下堵漏、防水措施執(zhí)行不當，忽視細節(jié)處理。如防水混凝土模板加固未采用止水拉桿，導(dǎo)致地下水滲入螺桿結(jié)構(gòu)。（4）地下堵漏混凝土比例較難掌控，若水灰比過高，會導(dǎo)致在混凝土收縮過程中出現(xiàn)裂縫，進而導(dǎo)致滲漏現(xiàn)象。（5）混凝土早期養(yǎng)護不足，會造成結(jié)構(gòu)失水，從而出現(xiàn)裂縫滲漏；或是混凝土圍護結(jié)構(gòu)缺失，未采用混凝土堵漏模式，僅使用柔性地下堵漏措施。（6）若混凝土基層卷材粘接不牢固，同時薄弱位置的保護措施不到位，就會造成局部孔洞、氣泡等問題，從而造成滲漏[1]。

1.2 地下隧道工程結(jié)構(gòu)滲水的危害

（1）在降雨過程中會隨著工程結(jié)構(gòu)裂縫不斷滲入，而雨水pH值通常為弱酸性，這就導(dǎo)致雨水中的酸性物質(zhì)與混凝土產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，且不斷沖刷混凝土細骨料、膠凝料等，造成裂縫寬度不斷擴大。此外，酸性物質(zhì)與工程中所用鋼筋也會產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，加快鋼筋的銹蝕速度，直至鋼筋體積膨脹，出現(xiàn)縱向裂縫，且保護層脫落，承載力不斷降低，不僅會縮短工程結(jié)構(gòu)壽命，還可能造成嚴重的坍塌事故。（2）城市隧道工程施工開工、竣工兩個階段均會受到地下水的影響，尤其是隧道建成后會被地下水包圍。當水流壓力較高的時候，會進入隧道結(jié)構(gòu)內(nèi)部，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、安全性下降。且滲漏部位往往較難確認，因此需要復(fù)襯混凝土來解決隧道地下水滲漏問題。但是就目前情況來說，復(fù)襯混凝土?xí)?dǎo)致斷面減少、限界受侵等不良問題，影響地下隧道結(jié)構(gòu)的完整性，因此目前并不是最優(yōu)解決方案[2]。

2 城市工程施工防水控制措施

2.1 工程施工防水控制結(jié)構(gòu)防水要點

（1）自防水結(jié)構(gòu)。目前，城市地下隧道工程施工自防水結(jié)構(gòu)主要是混凝土材料，其在材料使用、工程施工過程中，可以達到良好的防水目的。主要原理是將無機化合物、有機化合物等類型的混凝土防水劑放入水化階段的水泥中，在遇到水時發(fā)生膨脹，不斷填充混凝土內(nèi)部縫隙，從而提高混凝土密度、抗?jié)B性、防水性。由于混凝土自防水結(jié)構(gòu)主要是利用混凝土的膨脹原理，因此在自防水結(jié)構(gòu)施工時，應(yīng)確保混凝密實程度良好，即預(yù)壓應(yīng)力與拉應(yīng)力的良好平衡，從而規(guī)避、減少滲水現(xiàn)象。混凝土自防水結(jié)構(gòu)通常需要使用膨脹劑，或添加一定比例的膨脹型水泥進行攪拌。通常使用的外加劑有FS防水劑、UEA膨脹劑等，而外加劑與膨脹型水泥相比，其防滲、抗裂效果更為良好。其中，UEA膨脹劑的理論支撐與施工工藝較為成熟，因此是目前主流的防水劑之一。將占比在10%～12%的UEA膨脹劑直接加入混凝土攪拌，并澆筑于板結(jié)構(gòu)即可。還可設(shè)置膨脹加強帶，進一步減少混凝土結(jié)構(gòu)的孔隙率，增加混凝土密實度，提高地下結(jié)構(gòu)的抗?jié)B、防水能力。

（2）變形縫與施工縫。一方面，針對變形縫通常可使用粘貼式止水帶、附貼式止水帶、嵌縫式止水帶等。但是在以往的變形縫處理中，單純使用止水帶進行防滲的效果較差。因此，針對二次襯砌變形縫，可在其迎水面設(shè)置0.3m寬的背貼式止水帶來進行密封防水，并在結(jié)構(gòu)背水面同一縫隙的端頭，使用雙組份聚硫橡膠密封進行嵌縫，深約1.5～2cm即可。同時，還可設(shè)置接頭密實的防水防線環(huán)向膠圈，以做到徹底的密封防水。另一方面，施工縫通常可分為平直縫、凸起縫、凹陷縫、階梯縫四種，且施工縫往往無法避免。因此，在針對施工縫防水處理上，應(yīng)首先在施工時注意將施工縫預(yù)留在結(jié)構(gòu)受力較低的部分，或是在施工縫中預(yù)埋遇水即膨脹的橡膠條止水帶。其次，在隧道二次襯砌前，應(yīng)處理好施工縫表面，并刷涂單位用量高于1200g/m2的結(jié)晶防水劑或環(huán)氧界面劑，同時應(yīng)保證接縫強度大于混凝土結(jié)構(gòu)強度。最后，在施工縫水平縱向適用3.5m寬的鋼邊橡膠止水帶，同樣利用遇水膨脹的原理，規(guī)避施工縫滲水問題。需要注意的是，在變形縫防水處理時，還需要注意對沉降縫的處理，即在沉降縫外部、中部等都應(yīng)加入止水帶來防水、固定，并注意在施工過程中掛起，避免被破壞。同時當沉降縫量測混凝土澆筑結(jié)束后，要注意及時清理內(nèi)部混凝土碎渣、縫內(nèi)泡沫板等雜物，直到止水帶防治位置。最后再用聚硫密封膠灌注，上部覆蓋防水卷材，從而降低沉降縫產(chǎn)生滲水的頻率。

（3）穿墻管結(jié)構(gòu)。在城市地下隧道工程中穿墻的管道較多，若防水措施未鋪設(shè)到位，極易引起帶下水滲漏的問題。因此，一是可在穿墻管中間部位纏繞一圈橡膠止水帶，并在管道根部嵌入雙組份聚硫橡膠，應(yīng)用其遇水膨脹原理可達到一定的防水作用；二是將倍耐聚氨酯發(fā)泡噴射在穿墻管與墻體之間，其可瞬間膨脹至45倍，從而形成良好的防水效果，但要注意發(fā)泡劑的用量，避免由于穿墻管位移引起工程施工問題。

2.2 工程施工防水控制設(shè)計原則

隧道工程防水控制設(shè)計通常與地質(zhì)學(xué)、密封學(xué)、工程學(xué)等具有直接的聯(lián)系，因此其設(shè)計原則應(yīng)與工程結(jié)構(gòu)特點、修建方法、水文地質(zhì)條件、工程用途等相結(jié)合，具體原則應(yīng)遵循“防、排、堵、截”綜合原則，切實滿足工程的防水可靠、經(jīng)濟合理、排水通暢等要求，并應(yīng)用多種防水措施，保證工程防水效果與效率。

（1）整體隧道工程設(shè)計應(yīng)以“防”為主，設(shè)置全方位防水線。

（2）以混凝土自防水層作為隧道襯砌結(jié)構(gòu)，并作為整體項目的基礎(chǔ)防線與永久治理措施。且混凝土應(yīng)選用粒徑低于4cm寬、較為堅固耐用的潔凈石子料；砂料則應(yīng)選擇堅硬、抗風(fēng)化、潔凈的中粗型，含泥量要低于3%。需要注意，在具體襯砌施工中，還要防止貫穿型裂縫的產(chǎn)生。

（3）對施工縫、沉降縫、變形縫等方面，應(yīng)以研究、分析其具體形成原因為前提，進行合理的防水設(shè)置與布局。例如，為降低混凝土的收縮應(yīng)力，施工縫設(shè)置較密，因此要嚴格控制其防水水平。

（4）利用隧道防水板施工技術(shù)時，要注意防水層的整體性、密封性、連接性，避免造成不必要的損失。

（5）當隧道進口、出口位置的淺埋段較長，且覆蓋層以松散體為主，或是地表為匯水地形等，此時可在隧道頂部設(shè)置截水溝，即在注漿局部地表后，對隧道頂部對應(yīng)的平面進行范圍性封閉，從而有效減少地表水下滲問題。

需要注意的是，當隧道已經(jīng)出現(xiàn)滲水、漏水等問題時，應(yīng)使用噴涂放水、化學(xué)注漿、面層防水等方法進行治理。其中，化學(xué)注漿法主要應(yīng)用于施工縫、沉降縫、施工縫等部位，使用的注漿材料通常包括聚氨酯漿、環(huán)氧樹脂、水泥-水玻璃漿等；面層防水法則主要是針對襯砌大面積滲水問題，即利用XPS-H高密度聚乙烯自粘膜型、XPS-P高分子自粘膜預(yù)鋪型、BEina-F聚乙烯丙綸符合型等防水卷材，對襯砌滲水部位進行修補。

2.3 工程施工防水控制設(shè)計要點

（1）大面積全密封防水設(shè)計。大面積防水部位包括底板、側(cè)墻、頂板等，其面積、跨度通常較大，易發(fā)生滲水、漏水問題。為解決這一問題，可使用CPS反應(yīng)粘防水卷材，該卷材具有一定的自愈能力，可使隧道結(jié)構(gòu)自然產(chǎn)生的細小裂縫慢慢自填充，有效降低裂縫進一步擴大的可能性。同時，CPS反應(yīng)粘防水卷材不僅具有較好的自愈性，還存有一定抗化學(xué)腐蝕能力，可以持久地保護建筑結(jié)構(gòu)安全，并很好地適應(yīng)復(fù)雜的施工環(huán)境[3]。

（2）細部節(jié)點密封防水技術(shù)要點。細部節(jié)點密封防水技術(shù)方面，主要是應(yīng)用CPS節(jié)點防水密封膏來解決解決細部節(jié)點不同材料之間銜接問題，從而形成節(jié)點柔性密封防水。CPS節(jié)點防水密封膏是一種凝膠狀的橡膠基復(fù)合型防水密封材料，無須加工即可直接涂抹使用，等待凝固后便其防水密封作用。此外，這種材料還可與多種常規(guī)建筑材料進行黏結(jié)，實現(xiàn)蠕變抗裂防水效果，進一步解決多種材料的銜接問題，規(guī)避滲漏水發(fā)生的可能性[4]。

（3）排水施工技術(shù)要點。施工支護灌漿技術(shù)雖然可以在一定程度上處理好施工內(nèi)防水工作，但并不完善，因此需要更加關(guān)注地下水人為牽引、疏導(dǎo)措施，應(yīng)用排水施工技術(shù)，疏通地下水區(qū)域[5]。基于此，排水法施工技術(shù)應(yīng)用過程中，應(yīng)利用水管盲溝排除法，就是將直徑為50mm的水管安裝于施工砌墻體周圍，并利用這種水管來分流地下水。同時，還應(yīng)以保證總體施工進度為基礎(chǔ)，在施工區(qū)域內(nèi)的隧道周圍設(shè)置排水溝，處理好防水工作，保證整個工程施工的進度與安全。

（4）防水控制養(yǎng)護要點。防水混凝土的養(yǎng)護工作，與其抗?jié)B性能具有直接聯(lián)系，特別是早期養(yǎng)護非常關(guān)鍵。在濕潤的環(huán)境下，由于混凝土內(nèi)部水分蒸發(fā)較慢，不易出現(xiàn)失水情況，且有助于水泥水化，尤其是澆筑之后的前兩周，水泥硬化速度較快，約可上升至四周標準強度的79%。與此同時，由于水泥充分水化，生成物漸漸堵塞毛細孔，將毛細通路切斷，提升了水泥石結(jié)晶的緊密性，從而進一步加強了混凝土強度與抗?jié)B性能。而兩周過后，養(yǎng)護的效果遠不及前兩周，因此需要更加關(guān)注前兩周的養(yǎng)護工作。

3 結(jié)束語

總而言之，防水控制是地下隧道工程的重要施工基礎(chǔ)，也是其中較為薄弱的環(huán)節(jié)，其施工水平與質(zhì)量與后續(xù)工程結(jié)構(gòu)的壽命、實用性、耐用性等有著直接聯(lián)系。因此，應(yīng)以相關(guān)技術(shù)規(guī)范為施工標準，完善、優(yōu)化防水控制技術(shù)與施工工藝，加強相應(yīng)的質(zhì)量控制，從而推動城市地下隧道的建設(shè)發(fā)展。