近年来用于城市明挖隧道工程防水技术的发展与创新

地铁与隧道防水　近年来用于城市明挖隧道工程　防水技术的发展与创新　张　勇　（中国市政工程西北设计研究院有限公司轨道交通分院，上海２０００３０）　摘要：近年来城市明挖隧道工程开建较多，特别是水下隧道工程，对于结构防水技术要求很高，较为传统的防水技术受　到挑战，防水新技术应运而生。本文结合笔者参与设计的工程实例，介绍一些已经在工程中运用的防水新技术，以供同　类工程及业内人士参考。　关键词：城市明挖隧道；混凝土结构自防水；外包防水层；接缝防水；外贴式橡胶止水带　文章编号：１００７—４９７Ｘ（２０１５）一２１—００１９—０６　中图分类号：Ｕ４５；ＴＵ７６１．１＋１　文献标志码：Ｂ　Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ａｎｄ　Ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｗａｔｅｒｐｒｏｏｆｉｎｇ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｆｏｒ　Ｕｒｂａｎ　ｏｐｅｎ—ｅｘｃａＶａｔｅｄ　Ｔｕｎｎｅｌ　Ｐｒｏｊｅｃｔｓ　ｉｎ　Ｒｅｃｅｎｔ　Ｙｅａｒｓ　Ｚｈａｎｇ　Ｙｏｎｇ　（Ｒａｉｌ　Ｔｒａｆｆｉｃ　Ｂｒａｎｃｈ　ｏｆ　Ｃｈｉｎａ　Ｎｏｒｔｈｗｅｓｔ　Ｍｕｎｉｃｉｐａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｄｅｓｉｇｎ＆Ｒｅｓｅａｒｃｈ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｓｈａｎｇｈａｉ　２０００３０，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ　ｒｅｃｅｎｔ　ｙｅａｒｓ，ｕｒｂａｎ　ｏｐｅｎ—ｅｘｃａｖａｔｅｄ　ｔｕｎｎｅｌ　ｐｒｏｊｅｃｔｓ　ｅｓｐｅｃｉａｌｌｙ　ｕｎｄｅｒｗａｔｅｒ　ｔｕｎｎｅｌ　ｈａｖｅ　ｂｅｅｎ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｅｄ　ｍｏｒｅ　ａｎｄ　Ｉｎｏｒｅ．Ｔｈｅ　ｔｕｎｎｅｌ　ｈａｓ　ａ　ｈｉｇｈ　ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｓｔｕｒｃｔｕｒａｌ　ｗａｔｅｒｐｒｏｏｆｉｎｇ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ　ｗａｔｅｒｐｒｏｏｆｉｎｇ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｉｓ　ｃｈａｌｌｅｎｇｅｄ　ａｎｄ　ｎｅｗ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｆｏｒ　ｗａｔｅｒｐｒｏｏｆｉｎｇ　ｅｍｅｒｇｅｓ　ａｓ　ｔｈｅ　ｔｉｍｅｓ　ｒｅｑｕｉｒｅ．Ｃｏｍｂｉｎｇ　ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｐｒｏｊｅｃｔ　ｅｘａｍｐｌｅｓ　ｔｈｅ　ａｕｔｈｏｒ　ｐａｒｔｉｃｉｐａｔｅｄ　ｉｎ　ｄｅｓｉｇｎ，ｔｈｅ　ａｒｔｉｃｌｅ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ　ｓｏｍｅ　ｎｅｗ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｈａｓ　ｂｅｅｎ　ｕｓｅｄ　ｉｎ　ｔｈｉｓ　ｐｒｏｊｅｃｔｓ，ｗｈｉｃｈ　ｐｒｏｖｉｄｅｓ　ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ　ｆｏｒ　ｏｔｈｅｒ　ｓｉｍｉｌａｒ　ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｓ　ａｎｄ　ｐｒｏｆｅｓｓｉｏｎａｌｓ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｕｒｂａｎ　ｏｐｅｎ—ｅｘｃａｖａｔｅｄ　ｔｕｎｎｅｌ；ｃｏｎｃｒｅｔｅ　ｓｔｕｒｃｔｕｒａｌ　ｓｅｌｆ－ｗａｔｅｒｐｒｏｏｆｉｎｇ；ｏｕｔｅｒ　ｗａｔｅｒｐｒｏｏｉｆｎｇ　ｌａｙｅｒ；ｊｏｉｎｔ　ｗａｔｅｒｐｒｏｏｆｉｎｇ；　ｅｘｔｅｒｎａｌｌｙ　ａｐｐｌｉｅｄ　ｒｕｂｂｅｒ　ｗａｔｅｒ　ｓｔｏｐ　０引言　由于城市快速发展的需要，对于隧道施工周期要　自２０００年以来，国内大中型城市的市政基础设　求越来越高。因此，需在较短的施工工期内完成工程　施建设速度骤增。在短短的１５年内，笔者便参与设计　并保证质量、特别是一些防水质量要求很高的隧道工　了包括南京、杭州、昆明等近１Ｏ条长度超过１　ｋｍ的　程，这就必须考虑使用一些新技术，来完成艰巨的工　城市明挖市政交通隧道，这些隧道均为城市道路隧　程任务。　道，处在或连接城市的主要干道，大多穿越河道或在　现以笔者参与设计的一些隧道工程为例，介绍近　城市中心的湖泊底下。　年来城市明挖隧道工程防水技术的发展与创新。　１　明挖隧道的混凝土自防水技术发展　收稿日期：２０１５—０８—１８　１．１南京玄武湖隧道　作者简介：张勇，男，高级工程师，本刊签约作者。联系地址：　２０００３０上海市黄浦区鲁班路６００号江南造船大厦１２０１室，　南京玄武湖隧道处于南京城的景观湖中，湖中的　Ｅ－ｍａｉｌ：ｙｏｎｇｚｈａｎｇ９８７＠１２６．ｃｏｎ。　土质以淤泥质黏土为主，在结构埋深最深处埋有粉质　地铁与隧道防水　黏土。这些土层虽然含水率已达饱和，但渗透系数很　低。　针对这种浅覆土的工程特点，查阅了大量欧美的　设计规范、标准，及国内为数不多的工程案例和研究　专题，确定了玄武湖隧道结构混凝土的技术参数要　求：抗渗等级（暗埋段≥Ｐ８，敞开段≥Ｐ６）、强度等级　（≥Ｃ３０）、抗冻融指标（＞Ｄ３００）、抗碳化（理论＞１００　ａ）、抗Ｃｌ一侵蚀（Ｃ１一扩散系数＜２ｘ１０书ｏｍ２／ｓ）、６０　ｄ干燥　收缩率（≤０．０２５％）和裂缝宽度（≤０．２　ｍｍ，且不允许　出现贯穿）。　此处，对于混凝土抗冻融循环的要求，并不是因　为本隧道处于严寒地区，而是当时工程界将它作为衡　量混凝土长期致密的一个耐久性指标。而对于Ｃｌ一扩　散系数的测定，因“自然扩散法”检测周期较长，不能　作为工程的过程监测，最终确定引进检测周期较短的　混凝土电通量检测法。　针对混凝土白防水及耐久性设计要求，工程采取　了以下技术措施：①对混凝土的胶凝材料、粗细骨料、　水等原材料把关，严格控制混凝土的总Ｃｌ一和碱含量；　②采用优质磨细粉煤灰等活性粉料替代部分水泥充　当混凝土的胶凝材料，并严格限制水和胶凝材料的比　例；③采用新型的、兼具混凝土膨胀剂及减水剂功能　的萘系混凝土外加剂；④对混凝土施工提出了具体的　温控、振捣、养护等要求。　通过玄武湖隧道工程，得到以下实践经验：　１）对于明挖浅埋隧道的混凝土结构设缝，从施工　角度出发，主要以减少收缩裂缝为目的，采用了９０　ｒｎ　间距设置结构变形缝，相邻变形缝问设置两条垂直施　工缝（即间距３０　ｍ），并要求施工缝两侧混凝土的浇　筑间隔时间不少于１４　ｄ。由于混凝土专项设计考虑　较全面，再加上完善的施工及养护措施，结构混凝土　本体并未产生水化热而造成的收缩裂缝，从而确保了　混凝土的高抗渗性。　２）由于隧道浅埋，良好的结构完整性导致隧道内　结构温度仅比室外大气温度低２℃左右。在夏季受隧　道结构气温升高的影响，两条相邻变形缝间的混凝土　结构管节受热膨胀，局部变形缝处会出现混凝土挤压　破碎的现象，这种不良现象是由于变形缝间距过长、　变形缝宽设计统一而未考虑到季节变化影响而引起　的。　此次工程设计基本确立了市政地下工程结构混　凝土耐久性设计的框架，提出了高性能混凝土高抗渗　性、耐久性、可施工性的基本要求。杭州西湖隧道是南　京玄武湖隧道结构混凝土工程经验的又一次实践，但　由于建设方未根据工程特点对混凝土进行深入研究，　工程效果不是很理想。　１．２南京九华山隧道　南京九华山隧道毗邻玄武湖隧道，同处于玄武湖　下并穿越南京九华山。在传承了玄武湖隧道的结构混　凝土工程实践的基础上，九华山隧道改变了结构设缝　原则。在经过对混凝土结构受温度影响及结构约束、　徐变等因素综合考量，提出了结构变形缝间距为６０　ｍ，即相邻变形缝间设置一条垂直施工缝，施工缝两　侧混凝土浇筑时间间隔不少于１４　ｄ；而变形缝缝宽　根据混凝土的浇筑季节的不同而有所变化，冬季施工　缝宽为２　ｃｍ，夏季施工则为１．５　ｃｍｔ　１。　随着材料技术的发展，在结构混凝土的研究上，　聚羧酸高效减水剂对于结构混凝土的耐久性、施工性　能均优于萘系的混凝土外加剂，因此有关聚羧酸高效　减水剂的运用研究又再次深入。并且，对其耐久性的　检测指标及方法做了一些调整，即开始引入ｃｌ一扩散　系数的ＲＣＭ检测法与自然扩散法相结合的检测，并　相互验证。　此外，无锡蠡湖隧道、苏州独墅湖隧道、南京新模　范马路隧道也应用此结构混凝土设计方案，并获得成　功，验证了我们对结构混凝土的专项研究是科学的，　日后国内有关混凝土结构耐久性设计标准、规范等的　发布和实行，也同样印证了此种设计的正确性闭。　地铁与隧道防水　大降低，施工质量可以得到保证。无锡太湖大道隧道　和四川遂宁市观音湖隧道运用了这种新型施工技术，　均未出现“烂根”现象。侧墙施工缝部位防水做法，见　图９。　《　围护结构　水　止水案　渗透结晶型　料　防水卷材加强层　：　。　—．　．　：！　图９侧墙施工缝部位防水构造　３＿３兜绕成环的外贴式橡胶止水带　以往的明挖隧道顶板伸缩缝外侧通常采用密封　胶嵌缝，与侧墙的外贴式止水带在转角处搭接密封，　不同防水材料之间的搭接质量难以保证，处理不当往　往会导致渗漏，因此设计在遂宁市观音湖隧道的伸缩　缝处整环设置了外贴式止水带。为解决外贴式止水带　在顶板的安装问题，设计人员在隧道顶板设置了上压　模板，将顶板止水带固定在上压模板上，为外贴式止　水带的整环设置创造了条件。　３．４外贴式橡胶止水带加贴反应型丁基橡胶腻子带　以往结构变形缝用的外贴式橡胶止水带，均以机　械咬合的方式与结构混凝土粘结，在混凝土施工过程　中，出现咬合不紧密就会增加接缝渗漏的概率。如图　１０所示，在无锡蠡湖隧道施工过程中，设计对外贴式　橡胶止水带作了适当调整，在止水带两端加贴反应型　丁基橡胶腻子带，使其与结构混凝土的粘结又多了一　重保障。　星廛型　差—、橡胶腻子带—＼　　厂檬畿威丰蒂　反应型丁基　１　１　图１Ｏ新型外贴式橡胶止水带　４结语　隧道的防水施工是一个系统工程，设计只是这个　系统工程的开端，要做好隧道结构防水工程的质量全　控制，必须依靠参建各方共同努力，尤其是建设方业　主单位。　首先，要对具体施工现场人员进行工程防水的培　训工作，杜绝土建方的“粗放型”施工；其次，需提前投　入工程防水的专题研究，有些作为设计的依据甚至要　在施工图之前出结果，但这一点在工程前期往往会被　忽视；再次，要严格控制工程防水的原材料，特别是结　构混凝土，不同于普通工民建只需普通商品混凝土，　隧道工程对于混凝士ｌ生能要求比较高，需严格把控质　量。　总之，设计是源头，工程的建设方应该无条件地　支持设计采用新材料、新技术和先进的施工工艺，这　无论是对于工程质量本身，还是技术进步都有很好的　帮助。　参考文献：　【１］邵臻．九华山隧道工程防水设计简介【Ｊ】．地下工程与隧道，　２００５（增刊）：３９—４１．　［２】张勇．苏州独墅湖隧道防水设计［Ｊ］．中国建筑防水，２００８　（５）：２４—２７．　［３］张勇，贾逸．明挖城市道路隧道工程中高性能混凝土的应　用技术【Ｊ１．中国建筑防水，２０１２（９）：３０—３４．　【４］张勇，姚宪平，贾逸．无锡太湖大道隧道防水设计及结构设　计－ｂ￣＿ｖ－探讨［Ｊ］冲国建筑防水，２ｏ１２（５）：１３—１７．　［５］中华人民共和国住房和城乡建设部．ＪＧＪ／Ｔ　２００－－２０１０喷　涂聚脲防水工程技术规程［ｓ］．北京：中国建筑工业出版社，　２０１０