雄安新區某電纜隧道防水優化設計研究

李兵兵，趙貞欣，劉志磊

(中國電建集團河北省電力勘測設計研究院有限公司，河北 石家莊 050031)

0 引言

隨著我國城市化進程的推進與發展，城區電力管線采用電纜隧道的形式越來越多。受設計水平、施工質量以及工作環境多方面的影響，隧道往往會出現開裂、漏水導致鋼筋生銹，電纜和其他設備工作環境受潮的情況，嚴重時甚至會影響隧道結構的耐久性和安全性。因此，防水質量是影響隧道工程質量的重要因素。

1 隧道滲水類型和原因

隧道滲漏的類型主要有三大方面：各種出入口的雨水、地表水倒灌；混凝土本體滲漏；變形縫、施工縫、預埋穿墻管的滲漏。

1)各種出入口倒灌的原因

逃生口位置設計未考慮周圍地形，位于低點；

井蓋密封性受到人為破壞。

2)混凝土本體滲漏的原因

因各種原因引起的結構裂縫而導致滲漏，如圖1所示。

圖1 隧道裂縫滲水

在結構鋼筋密集部位，因施工振搗不到位導致結構內部空洞而引起的滲漏；

混凝土蜂窩部位出現滲漏，如圖2所示。

圖2 蜂窩麻面滲水

因電纜規模變化而現鑿的穿洞位置出現滲漏。

3)變形縫、施工縫、預埋穿墻管滲漏原因

變形縫止水帶固定不牢靠，澆筑混凝土跑偏；結構伸縮變形超過止水帶極限造成撕裂變形；施工中止水帶未采取保護措施被破壞；橡膠止水帶采用再生橡膠，耐老化性能差，過早失效。

施工縫部位的混凝土接合不密實，留有孔隙；混凝土基面不達標；采用的防水措施欠妥當，不能起到止水或阻水作用。

群管未采用套管；管與結構之間未采取防水加強措施；防水層在管根部位未采用密封收頭；管周圍混凝土振搗不密實，如圖3和圖4所示。

圖3 隧道電纜孔滲水

圖4 隧道穿墻孔滲水

2 工程概況

雄安新區某電纜隧道工程起于雄東500 kV變電站，止于昝西220 kV變電站，為雄安新區首條雙倉敷設的高壓電力下送通道。新建隧道路徑長度為11.766 km，大部分地段采用明挖法，穿河流、公路等處采用頂管法施工。本工程電力隧道屬于一級電纜通道，肩負著電力穩定重任，容納電纜多，發生事故容易造成變電站停運，因此防水設計針對以上三個方面的滲漏類型進行重點防范，保證隧道本體在運營期間不能發生滲漏，保證隧道功能的正常運行和結構的安全耐久。

擬建線路位于華北平原，沿線地層巖性主要為黃土狀土、粉土、黏性土及砂類土。地下水對鋼筋混凝土結構及鋼筋混凝土結構中的鋼筋具有微腐蝕性；地基土對混凝土結構及鋼筋混凝土結構中的鋼筋均具微腐蝕性。地下水埋深大于22 m，抗浮水位按照地表以下2 m設計。由于上部地層中存在不透水的粘性土層，在雨洪、積雪融化及灌溉季節，上部粉土、粉砂中會存在部分上層滯水，因此做好本工程的防水設計對隧道的正常運維是非常重要的。

3 防水設計原則

防水設計遵循“剛性為主，柔性為輔，防、排、截、堵相結合，剛柔相濟，因地制宜，綜合治理”的原則。

1)防水體系以結構剛性自防水為根本，采取措施控制混凝土裂縫的開展，提高混凝土的抗滲性能；

2)以施工縫、變形縫、穿墻管(盒)、預埋件、預留通道接頭等細部構造的防水為重點；

3)輔以優質合適的柔性外包防水層。

通過合理的防水設計、精心的施工、定期的維護，獲得長期可靠的防水效果，實現電力隧道防水的目標。

4 混凝土結構自身抗滲防水

4.1 混凝土自防水方案

混凝土自防水有三大要素：

1)混凝土抗滲性能滿足工程要求；

2)混凝土具有良好的抗開裂或微裂縫自愈功能；

3)通過設置變形縫等方法劃分結構單元或其他施工手段，增加結構抗變形剛度，減小因沉降差、溫差等因素造成的結構裂縫。

本工程環境作用等級為I-B的情況，混凝土等級采用C35滿足100 a設計使用年限的耐久性要求。通過選用優質的原材料、合理的配合比、可靠的施工過程質量控制、摻加礦物摻合料和化學外加劑等措施提升混凝土耐久性指標。對試塊抗滲性、電通量等耐久性相關指標測試[1]，確保混凝土耐久性達到設計要求[2]。

4.2 混凝土自防水提升

1)有效預防和控制混凝土裂縫的產生

① 嚴格控制混凝土配合比；

② 合理選擇防水混凝土原材料、施工及工藝控制、養護要求；

③ 設計控制鋼筋間距以及裂縫寬度；

④ 選擇優質的外加劑。

本工程在埋深較大、坡度較大、含水較多、施工質量難保證的區段采用新型混凝土外加劑，提升這些區段隧道的防水性能，確保達到不滲漏的效果。

2) 合理設置變形縫和施工縫

變形縫的設置主要是考慮地質變化、結構體量相差較大、溫度變化等因素。根據本工程所在地區的溫度變化及電纜隧道的最高工作溫度和土質條件，并計算區間段的混凝土伸縮量，變形縫縫距由規范規定不宜超過30 m優化為30～60 m之間。此方案變形縫數量較規范規定的常規數量減少40% ，從而降低潛在的漏水風險點，提高隧道防水效果。

環向施工縫間距由15 m調整為30 m，縱向施工縫只設置于底板以上300 mm處，極大的減少了滲漏風險點，加快了施工進度。

3)變形縫處設置枕梁防止沉降

坡度較大及地層變化較大區段底板變形縫處設置枕梁，有效防止因不均勻沉降引起防水措施的破壞。

4) 預留通道接口優化

為遠期規劃預留好接口，避免后期破壞主體結構產生大的滲漏點，實現工程不同建設時序的協調統一。交叉口預留接口處采用鋼筋混凝土墻封堵，接口處預留鋼筋接駁器。后澆混凝土施工前應將先澆結構混凝土鑿毛，露出預埋的接駁器鋼板，與后澆混凝土內的鋼筋連接牢固后再進行澆筑。

5 外包柔性防水設計

每種防水材料都有其特定的施工工藝，如基層處理、安裝鋪設方法、成品驗收、成品保護要求等。防水材料的選用一般應考慮以下三個方面的要求：一是選用的防水材料的性價比(耐久性、環保)；二是選用材料的防水施工工藝不能過于復雜；三是選用的材料種類不宜過多，避免多種材料的搭接過多。

本工程放坡開挖段和有支護段選相同的方案：

底板：3.0 mm厚自粘聚合物改性瀝青防水卷材+2.0 mm厚非固化橡膠瀝青防水涂料。

側墻：3.0 mm厚自粘聚合物改性瀝青防水卷材+2.0 mm厚非固化橡膠瀝青防水涂料(立面專用型)。

頂板：4.0 mm厚SBS改性瀝青耐根穿刺防水卷材+2.0 mm厚非固化橡膠瀝青防水涂料，如圖5所示。

圖5 非固化橡膠瀝青防水涂料

外加“柔性防水”實質是要解決“柔性防水材料”與混凝土結構剛性體之間既要緊密附著防竄水，又要避免柔性防水層被拉裂或剝離的問題。本工程采用涂料+卷材的復合方式[2-3]，充分利用涂料類防水材料內聚力低，與卷材類防水材料抗拉強度高、延伸率較大、耐撕裂性和耐磕碰性強，對基層伸縮和開裂變形適用性強的優點，克服單純涂料防水和卷材防水的缺點。隧道防水措施從二級提升為一級，達到隧道不漏水、結構表面無濕漬。

6 特殊部位防水設計優化提升

本工程對明挖段變形縫、施工縫、穿墻管、陰陽角、對穿螺栓和結構出地面6種，頂管段的管片接縫、頂管進出洞口、頂管與明挖接口4種，共計11種特殊節點部位的防水進行了專項設計。

6.1 變形縫的防水構造優化提升

變形縫整環設置中孔型中埋式鋼邊橡膠止水帶，再用外貼式橡膠止水帶，變形縫背水面縫內整環采用聚氨酯密封膠進行嵌縫密封，嵌縫深度與縫同寬，變形縫內填充丁晴軟木橡膠嵌縫，變形縫迎水面增設防水加強層。4道措施設防，達到一級設防要求，防止變形縫部位出現漏水。

6.2 施工縫的防水構造優化提升

施工縫按照設防等級要求可在中埋式止水帶、鍍鋅鋼板止水帶、外貼式止水帶、遇水膨脹止水條、密封膠嵌縫、外貼防水卷材、外涂防水涂料、水泥基滲透結晶型防水涂料、預埋注漿管等措施中選擇。本工程采用鋼板止水帶+膩子緩膨型遇水膨脹止水條+水泥基滲透結晶型防水涂料+外涂涂料加強層，4道防線，提升防水質量和性能。

6.3 穿墻管防水設計優化

外墻穿墻管采用柔性套管，套管(或主管)均設置止水環，并要求做閉水實驗，杜絕洞口滲水。

群管采用套管型式，設置防水加強層，遇水膨脹止水條，用防火堵料堵實電纜與預留管之間縫隙,封堵深度為30 mm，采用軟膩子將電纜與管道之間及電纜管周圍縫隙封堵嚴密，防止滲水。

6.4 陰陽角防水設計優化

加強措施：陰陽角防水設計采用加強層

抗裂措施：陰陽角處500 mm范圍內混凝土保護層內鋪規格φ6@200 mm×200 mm鋼筋網片。

6.5 對穿螺栓防水設計優化

按照CECS 370：2014《隧道工程防水技術規范》。固定模板不宜使用對穿螺栓，如固定模板的螺栓必須穿過混凝土結構時，可采用工具式螺栓或螺栓加堵頭，螺栓上應加焊止水環。拆模后應采取加強防水措施，將留下的凹槽封堵密實，并在迎水面增設防水加強層。

6.6 通風口和逃生口防水設計優化

通風口頂板設置找坡層排水，出地面收口采用聚合物水泥砂漿作為保護層。逃生口采用雙層防水井蓋，井口距離地面不小于300 mm。

6.7 頂管接縫防水設計優化

頂管采用承插口連接，前管設置止水條，接口處設置密封膏，后管設置兩道橡膠止圈，采用楔形密封橡膠圈。管節接口處設置復合襯墊，接口附近埋設注漿管，施工完成后采用外方管封堵。

6.8 頂管進出洞口防水設計優化

頂管進出洞口設置簾布橡膠圈，防止泥沙及水的滲入，簾布橡膠由模具分塊壓制然后連成一整環。頂管管節與洞口處預埋鋼板連接，封堵頂管與井壁的空隙。

6.9 頂管井改造隧道與頂管、明挖隧道接口防水設計

頂管與明挖隧道采用在頂管井內改造的明挖隧道過渡。頂管井改造隧道與頂管、明挖隧道接口處設置注漿管進行封堵，防水層收口采用密封膠封堵，如圖6、圖7所示。

圖6 頂管井改造隧道與頂管接口防水

圖7 頂管井改造隧道與明挖隧道接口防水

7 排水設計

本工程處于雄安外圍區域，屬郊野單元，目前無市政管網規劃。根據實際情況集中收集隧道內污水，經過處理后，排入沿線規定的排水點處。根據本工程地質、水文及沿線的地質情況設計，形成匯集、流徑和排出等完整的排水系統并滿足周圍環境保護要求。

排水管道通過風機房的側墻或隧道側墻穿出隧道，減少開孔數量，降低隧道本體開孔處漏水風險。集水坑設置兩臺水泵，一用一備，潛污泵均采用水位自動控制、就地手動控制及控制室遠程監視相結合的控制方式。水泵的啟、停、故障狀態信號，水池內的低報警水位、停泵水位、及高水位報警，均應能在控制室內顯示。

圖8 步道下設置的排水管線

圖9 通風口處排水系統

8 結論

根據本文對地下電纜工程防水設計的分析，并結合雄安工程對地下電纜工程防水優化設計，得出以下結論：

1)隧道結構主體采用防水抗滲混凝體澆筑，抗滲等級不小于P8，局部區段選擇優質的外加劑，保證防水效果。

2)本工程外包防水方案采用涂料+卷材的復合方式，充分利用了涂料類防水材料與基層能有效結合和卷材類防水材料抗拉強度高、延伸率較大、耐撕裂性和耐磕碰性強的優點，使隧道防水性能達到一級。

3)對變形縫、施工縫、后澆帶、穿墻管、預埋件、孔口等細部構造進行了防水優化設計，保證整個隧道防水的整體性。

4)對隧道排水系統進行了優化，在保證安全可靠的前提下，選擇最經濟合理的排水方案。