凍土隧道防水保溫施工技術

黃道軍

（陜西西咸新區發展集團有限公司  陜西西安  710000）

一、工程概況

大梁隧道是當今世界上高海拔隧道之一，平均海拔3500～4300m，最高海拔為4345m，洞身地表起伏較大。大梁隧道地質地形異常復雜，斷層、裂隙和多年凍土密布，隧道洞身DK328+950—DK329+810(860m)和DK334+590—DK335+340(750m)位于凍巖、凍土之中。年平均氣溫1.8℃、最低氣溫－31.5℃；線路經過地段為無人區，交通阻隔，車輛無法通行。

二、防水保溫原因分析

凍土隧道爆破開挖后，會在圍巖四周出現凍融圈，凍融圈在暖季凍土融化，寒季凍結。如果隧道沒有鋪設保溫材料時，隧道圍巖會出現季節性融化，尤其第一年凍結的深度會全部融化。由于季節性凍融越嚴重產生凍脹力越大，對隧道外襯砌產生的應力越大，因此要鋪設導熱系數小的保溫材料，使隧道圍巖盡快形成多年凍土層，減少季節性融化。

凍土隧道的主要病害是凍害，而形成凍害的主要原因是水和負溫。圍巖凍土（巖）融化水和地下水是隧道的主要水源。防水保溫是凍土隧道施工的關鍵一項工序，也是防止凍土（巖）融化、凍融圈擴大、暖季漏水及襯砌混凝土凍脹開裂、剝落，減少凍脹病害的重要因素。

三、防水及保溫層設計

大梁隧道隧道洞身DK328+950—DK329+810(860m)和DK334+590—DK335+340(750m)段隧道處于凍土（巖）之中，采用復合式襯砌防水保溫設計，防水隔熱保溫層分為三層，分別為防水板、5cm保溫板和防水保護層。防水層主要排堵混凝土支護外部凍土（巖）融化水及地下水；隔熱保溫層則盡量減小洞內氣溫與地層熱交換的影響，防治凍融圈擴大；防水保護層主要是對隔熱保溫層的防水處理。隧道全斷面鋪設“防水板＋隔熱保溫層＋防水保護層”的防水保溫層，使得隧道二次襯砌和地層完全隔離，減小了洞內與地層之間的熱量交換，起到保護凍土、防止隧道滲水、防止凍脹病害作用。復合式襯砌結構圖見圖。

圖1 復合式襯砌結構圖

四、防水保溫材料的選擇

1、復合防水板

防水卷材要具有一定的抗拉裂能力及抗化學侵蝕、地下水侵入影響等能力，同時要能承受微小的沉降和收縮，并方便施工操作。復合防水板的性能指標要求如下：拉伸強度≥15Mpa，斷裂伸長率≥650%,撕裂強度≥100KN,低溫彎折性：-35℃無裂紋，抗滲透性：水壓0.3Mpa保持24h無滲透,剪切狀態下的粘合性≥5N/mm,厚度＞1.0mm，而且要耐穿刺性、耐低溫、耐水性、耐腐蝕性、耐菌性好。選用 EVA復合防水板（乙烯——醋酸乙烯板），密度ρ=0.92g∕ml，厚度1.2mm，完全能滿足復合防水板的性能要求。

2、無紡布

無紡布采用大于400g/m2的土工布，具有良好的過濾和排水功能，具有良好的耐穿刺性、耐水性、無毒性、耐腐蝕性、耐菌性等，具有一定的強度及變形能力。

3、保溫層

保溫層采用以聚氨酯為主的復合材料，為施工方便，保溫材料的制作采用洞外預制、洞內拼裝的形式施工，要求其具有低毒、耐老化、導熱性小等特性，同時要有一定的彈性和抗拉強度。其主要性能應滿足以下要求：導熱系數<0.03W/m.K,抗壓強度≥0.3Mpa，體積吸水率<3℅，自重>60㎏/m3，彈性模量E>7～10Mpa，老化壽命>50年，具有一定的彈性，低毒性。選用規格為1900×500×50mm的聚氨酯泡沫板，具有阻燃性，各項性能指標完全能滿足施工需要。

4、盲管

盲管采用HDPE打孔波紋管，具有一定得彈性，透水性好，能承受不小于0.5MP的壓力，并不易銹蝕。

五、防水保溫層的鋪設施工

防水層和保溫層同時鋪設，施工順序為：施工準備→模筑初襯混凝土表面處理→盲管施工→鋪設無紡布→無釘鋪設防水板→鋪設保溫板→鋪設無紡布→無釘鋪設防水板。

1、初襯混凝土表面處理

為確保防水保溫層平整并與混凝土密切無空洞，初襯混凝土采用整體式混凝土臺車作為模板及支撐，保證混凝土的表面的平順光潔。在鋪設防水保溫層前，要對混凝土表面局部不平整的地方進行修整，對于混凝土接頭的錯臺及混凝土表面凹凸不平部位進行鑿除并用砂漿找平；割除鋼筋、預埋件等尖銳突出物，并在割除部位用砂漿抹成橢圓曲面，以免扎破防水層；混凝土基面的氣泡孔、麻面等缺陷用水泥漿填實刮平，用混凝土磨光機打磨或砂布打磨、拋光，直到基面符合防水層鋪設要求。

2、盲管施工

盲管施工利用自制的臺車，臺車就位后，先施作環向盲管。拱墻環向盲管的設置采用φ50mm的HDPE打孔波紋管，間距為5—10m；縱向盲管設置采用φ80mm的HDPE打孔波紋管，并分段（間距10-15m）引入隧道側溝內，以防防水層背后的積水。用無紡布條（寬50cm）包裹后，用塑料膨脹螺栓將盲管（間距1m）固定在混凝土支護面上，用快凝水泥砂漿將塑料膨脹螺栓包住。

3、無紡布鋪設

在隧道拱部標出隧道中心線，無紡布的鋪設由兩邊墻向拱部鋪設，鋪設時留有一定得富余量；用帶熱塑性圓墊圈的射釘將無紡布平整順直地固定在支護表面上，固定點間距拱部環向采用60cm,縱向采用75cm，邊墻縱向、環向都采用150cm，呈梅花形排列；搭接寬度不小于50mm。

4、防水層鋪設

防水層采用EVA復合防水板，無釘鋪設。

① 按規定要求對防水板在洞外進行抽樣質量檢查，觀察是否有變色、厚度不均、斑點、刀痕、撕裂等缺陷，以保證使用產品質量。

②先于拱部標出隧道的縱向及橫向中心線，將防水板的全幅中部與隧道中線對齊，由拱頂向側墻方向自上而下環狀鋪設，相鄰兩幅防水板接頭留15cm搭接寬度，用TH-5A滲膜熱合機將接縫焊好，熱合機行走速度27～30cm/min，由拱頂向墻腳施焊，焊縫寬度不小于2cm，焊縫兩道。焊縫檢查可采用放大鏡觀察焊縫：當兩層已經焊接在一起的防水板呈透明、無氣泡時，即熔為一體，表明焊接嚴密。對漏焊部位及防水板上小孔洞，利用500W電烙鐵人工進行補焊，補丁邊緣距破損邊緣的距離不得小于7cm,補丁應滿焊，不得有翹邊空鼓部位。拱墻部位與仰拱、墻腳防水板一定要焊接牢固。

③防水板的鋪設應超出二次襯砌施工1-2個襯砌段長度，同時距開挖掌子面保持一定的安全距離，并采取一定得保護措施防止損壞防水板。

5、保溫層鋪設

保溫層采用5cm厚的聚氨酯泡沫板，用聚氨酯粘合材料膠合連接，在洞外預制在洞內拼裝的工藝敷設。

①環向設一圈Φ22支撐圓鋼，縱向間距2～4m，這樣可使防水板與巖面盡量密貼，其空隙不得大于5cm。拱部一定要支撐到位，以確保保溫板鋪設滿足要求。

②將在洞外已預制好的聚氨酯保溫板塊（長0.5m×寬0.5m），插在Φ22圓鋼后面進行拼裝，從墻腳與已施作的仰拱、墻腳處向上拼裝，板縫間隙以聚氨酯粘合材料（TN-1）粘結。TN-1為黑白兩種液體按1:1比例配制，要隨配隨用，避免浪費。

6、防水保護層鋪設

保溫板及第二層無紡布鋪設完成后，經檢驗合格，開始防水保護層的鋪設，施工工藝與防水層鋪設工藝基本相同。

六、防水保溫層施工注意事項

1、防水板易燃，且燃燒后具有毒性，因此一定要防止發生火災。鋪設防水板時不得在防水板上擱置焊接設備，不得扔棄煙頭及火柴梗等雜物，做好施工用電管理，并要在現場配備滅火器材，派專人24小時值班。

2、防水板焊縫質量好壞直接關系到鋪設質量的好壞，防水板焊縫拉伸強度不得小于防水板本身強度的70%,抗剝離強度≥70N/cm。

 3、防水板接縫與襯砌施工、沉降縫應錯開1.0m以上。

七、小結

大梁隧道凍土段通過設置復合式襯砌，襯砌無滲漏，道床下無積水，未出現凍脹破壞現象，在防水保溫方面取得了滿意的效果。

(本文來源：陜西省土木建筑學會    文徑網絡工程項目投資中心：劉紅娟 尹維維 編輯   劉真 文徑 審核)