高分子防水卷材在隧道及地下工程中的應用探討

馬小峰

（北京中交橋宇科技有限公司，北京 100102）

建筑工程防水材料通常分為六大類：高聚物改性瀝青基防水卷材、合成高分子防水卷材、防水涂料、密封材料、剛性防水及堵漏止水材料和特種防水材料。就目前我國新型防水材料結構比例來看，瀝青基防水卷材在我國防水材料市場中占比最大，約為70%；高分子防水卷材占10%左右，防水涂料和其他類型防水材料占比約20%[1]。

隨著我國科學技術的發展以及人民環保意識的增強，建筑、交通、農業、水利等領域均對防水材料提出了多種類、高品質的要求。我國防水卷材的發展經歷了從瀝青紙胎油氈到改性瀝青防水卷材、再到高分子防水卷材的過程，從單一到多樣、從污染到環保、從低質量到高品質。其中高分子防水卷材作為具有優異的物理性能和良好的經濟效益的新型建筑材料，在社會生產中得到越來越多的重視。

1 高分子防水卷材的特點

1）種類多。高分子防水卷材按原料性質分為橡膠類和樹脂類，按是否含有附加層又可分為均質類、復合類、自粘類。常見的高分子防水卷材有：三元乙丙橡膠（EPDM）防水卷材、聚氯乙烯（PVC）防水卷材、氯化聚乙烯（CPE）防水卷材、乙烯醋酸乙烯共聚物（EVA）防水卷材、乙烯醋酸乙烯改性瀝青共混（ECB）防水卷材、高密度聚乙烯（HDPE）防水卷材、熱塑性聚烯烴類（TPO）防水卷材等。

2）拉伸強度高、延伸率大，低溫彎折性好。高分子防水卷材由高聚合物組成，這些聚合物的延度較高，增強了高分子防水卷材的抗拉性能。對于不同氣候條件下結構層的伸縮、變形等具有較強的適應性，解決了傳統防水材料易產生開裂的問題，從而確保了工程的防水質量。以下是幾種常見的高分子防水卷材物理性能指標，見表1。

3）耐腐蝕、耐老化、使用壽命長。一般合成高分子防水卷材的耐用年限在10年以上，而EPDM防水卷材的使用年限達到30年以上。隨技術進步，一些材料的使用壽命較大幅度提升，如新型防老化劑和增塑劑的開發成功使PVC防水卷材的耐老化性能得到解決，迅速大規模投入市場。

表1 高分子防水卷材物理性能指標

4）施工方法更加環保。出于對工地防火及城市環境衛生的要求，很多城市已明令禁止明火施工和熬熱瀝青，而高分子防水卷材的冷粘法、自粘法和熱風焊接法等施工方法均為冷作業，不僅改善了工人的施工條件和施工現場的管理，也減少了環境污染。

5）應用范圍廣。除了用于建筑防水外，亦大量用于交通、市政、水利、園林等工程。由于一些高分子材料具有極佳的長期耐水性，用于地下、水中或其他潮濕環境，高分子防水卷材的基本性能不變，能有效耐腐蝕和霉爛[2]。

2 高分子防水卷材的應用

2.1 高分子防水卷材在公路及鐵路隧道中的應用

公路鐵路隧道多出現在山嶺中，山體中含有地表水、環境水及圍巖裂隙水等地下水資源，隧道一但出現滲水將影響混凝土結構的耐久性和穩定性。國內隧道防水措施一般分為結構混凝土和防水層兩道防水，除了二次襯砌采用防水混凝土外，一般在初期支護與二次襯砌混凝土間設置柔性防水材料作為防水層，該柔性防水材料必須具有較強的拉伸強度和斷裂伸長率，且耐硌傷、耐根刺、耐腐蝕等。防水材料從早期的光板均質片發展到復合土工布的防水板，再到復合了土工布的自粘膠膜的三合一防水卷材，材料的運用與施工工藝愈加成熟，產生的經濟效果也愈加明顯[3]。

目前多數隧道防水工程中，采用的是防水板輔以緩沖層的復合防水體系，緩沖層以土工布為主，土工布及防水板鋪設時需要預留一定的松弛度，防止澆筑二襯時混凝土對防水板進行擠壓造成拉伸破壞。防水板鋪設后及時對其氣密性進行檢測，并對出現破壞的部位進行修補。

由于隧道在開挖過程中，多采用鉆爆的方式，基面凹凸不平容易造成防水板損壞，所以對土工布進行頂破或撕破強力檢測十分必要，以免質量低劣產品影響防水效果。另外，高分子防水卷材容易受自然環境影響，儲存及使用時避免長期暴曬加速產品老化。

2.2 高分子防水卷材在地鐵及地下綜合管廊中的應用

地鐵及地下綜合管廊工程多處于地下水位以下或附近，防水材料應根據施工部位、地區、地下水條件等進行選擇，以方便施工、安全、耐久、經濟、環保為原則。

目前國內明挖結構的地鐵工程中，結構頂板多采用涂料類防水層，側墻和底板大多采用預鋪防水卷材。依據GB/T 23457-2017《預鋪防水卷材》規定，預鋪防水卷材按主體材料分塑料類、瀝青基聚酯胎類和橡膠類三種。市場上以塑料類最常見，例如，北京地鐵6號線東大橋至呼家樓區間隧道采用了HDPE自粘膠膜防水卷材[4]；其他兩種類型的預鋪卷材在全國地鐵項目中也有應用，深圳地鐵2號線華強北站和燕南站采用了EVA高分子改性瀝青復合自粘防水卷材[5]，青島地鐵3號線雙山站采用了三元乙丙橡膠自粘型防水卷材[6]。由于自粘型防水卷材具有施工方便、不竄水、安全環保等優點，其在越來越多的地鐵工程中得到應用。

地下綜合管廊是位于地下的市政隧道，是集電力、通信、熱力、燃氣、給排水等多功能于一身的特制隧道。預鋪防水卷材在地下綜合管廊中的應用正成為趨勢，在業內達成了共識。貴州六盤水綜合管廊項目外部防水層應用了HDPE自粘膠膜防水卷材[7]。烏魯木齊市沙坪路地下綜合管廊采用了CPS反應粘接型防水卷材鋪貼[8]。此外，還有TPO防水卷材因其具有良好的可焊接性、耐候性、耐化學腐蝕性，通過自粘和預鋪反粘形式應用于地下綜合管廊中[9]。

3 高分子防水卷材施工技術與問題

高分子防水卷材除了在隧道、地鐵、綜合管廊中得到應用，還應用于屋面、地下通道、人防工程、地下車庫等領域。不同種類的防水卷材施工技術不同，建設者會根據施工的地質環境或節點部位的不同判斷選擇。高分子防水卷材施工應用技術逐漸形成了松鋪壓頂、機械固定、熱焊接及粘接幾種方法，如EPDM防水卷材采用冷粘法施工，PVC防水卷材和TPO防水卷材采用機械固定法施工，高分子自粘膠膜防水卷材采用預鋪反粘法施工，其中機械固定法最常見。

高分子防水卷材在實際應用中會存在一些問題：一是，地下工程施工時，往往空間狹小，鋼筋綁扎與焊接、腳手板支護、混凝土澆筑等工序往往進行交叉作業，卷材鋪設完成后沒有保護層，難免會對防水層造成一定的損傷。此外，由于地基不均勻沉降，結構變形等因素，也會對防水卷材造成拉伸破壞，從而引起滲漏。二是，常見的機械固定法不能使防水卷材與混凝土結構形成滿粘，一旦卷材出現破損，地下水將會在結構與防水層之間形成竄流，且很難找到漏水點，對后期維修造成困難。因此，防水工程是要求一次性做好的重點工程，建設者必須以保守的心態對防水卷材進行選擇、設計、施工和維護。

4 高分子自粘膠膜防水卷材原理及優勢

我國自上世紀90年代從美國引進預鋪反粘技術，通過多年的技術積累和實踐應用，高分子自粘膠膜防水卷材的生產及施工技術都已非常成熟。高分子自粘膠膜防水卷材表面覆有自粘膠膜層，該膠層不僅有滲透和卯榫作用，還能在混凝土固化過程中通過化學鍵作用形成強大的粘結力，通過物理卯榫和化學交聯兩種作用協同進行，讓粘結更為牢靠。高分子自粘膠膜防水卷材與混凝土表面形成滿粘效果，達到“皮膚式”的防水，防止水在結構和防水層間形成竄流。

高分子自粘膠膜防水卷材對施工基面要求較低，在無水的環境下即可施工；單層鋪設，無需加強層就可以達到很好的防水效果；無需底涂和預處理，節約工期；預鋪后可直接在卷材上綁扎鋼筋，抗穿刺能力強；施工過程不使用溶劑、無明火，更加環保。基于以上優點，未來高分子自粘膠膜防水卷材將會在更多的地下工程中得到應用。

5 結語

高分子防水卷材種類多、強度高、環保高效，其中自粘膠膜防水卷材以其優異的防水性能在隧道及地下工程得到廣泛應用。地下工程環境復雜，施工條件差，防水工程作為一項重要的分項工程處于整個工程中關鍵一環，防水質量的好壞不僅要選對材料，還要把控好施工工藝，其完成質量對整個工程有極其重要的意義。