高速铁路隧道防排水施工技术

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  摘要:本文结合高速铁路隧道防排水的施工要求,总结了施工经验,较系统的阐述了防水层、施工缝防排水及排水盲(管)沟的施工工艺。
  关键词:铁路隧道,二次衬砌,防排水,施工
  1.前言
  高速铁路隧道施工缝、变形缝防水施工是一种比较成熟、运用比较广泛的隧道防水施工工艺,其主要包括施工缝、变形缝的设置、凿毛处理,止水带、止水条的安设,止水胶的涂抹等工序步骤。
  高速铁路隧道均为电气化铁路,采用电力机车牵引,运营后隧道内有接触网吊柱,通信、电力电缆等诸多电元器件,因此对防排水的要求极高:必须达到“不渗、不滴、不漏、无湿渍”。防排水施工就显得尤为重要,是整个隧道的关键工序。高速铁路隧道防排水应遵循“防、堵、截、排结合,因地制宜,综合治理”的原则进行,采取切实可行的措施,达到防水可靠、排水通畅、经济合理的目的。隧道防水应重视初期支护防水,以衬砌结构自防水为主体,高速铁路隧道的衬砌混凝土的抗渗等均要求P10以上,在防水施工中以防水层防水、施工缝、变形缝防水为重点,辅以注浆防水,以满足结构设计和使用要求。而施工缝、变形缝为衬砌结构的薄弱环节,也防水施工的重点部位。目前较多隧道施工单位恰恰又忽视了施工缝、变形缝的防水施工的技术指导和过程控制,导致隧道二衬施工后在很多施工缝、变形缝处形成渗漏水,处治起来十分困难。
  2.隧道防、排水主要措施
  2.1 隧道内设双侧水沟加中心排水沟。
  2.2 暗作隧道初期支护与二次衬砌间拱墙部位铺设防水板加土工布。明作衬砌外缘设置厚1.5mmECB单面自粘式防水卷材。
  2.3 防水板背后设置环、纵向排水盲管。
  2.4 隧道衬砌纵向施工缝采用外贴式橡胶止水带加遇水膨胀止水胶进行防水处理。
  2.5 隧道衬砌环向施工缝(含仰拱)采用中埋式橡胶止水带加遇水膨胀止水胶进行防水处理。
  2.6 隧道衬砌变形缝采用中埋式钢边橡胶止水带加聚苯乙烯硬质泡沫板加双组份聚硫密封膏嵌缝材料进行防水处理。
  2.7 二次衬砌拱部预留充填注浆孔,待混凝土达到强度后进行充填注浆。
  3. 防水层施工要求
  3.1 铺设排水管、防水板前应对初期支护采用简单易行的锤击声检查,必要时辅以物探手段;对初期支护的渗漏水情况进行检查,并应符合以下要求:初期支护表面应平整,无空鼓、裂缝、松酥,并用喷混凝土(或砂浆)对基面进行找平处理。初期支护表面应符合铺设防水板的平整度要求。
  3.2 初期支护表面的处理应满足下列要求:钢筋网等凸出部分,先切断后用锤铆平,抹砂浆。有凸出的注浆管头时,先切断,并用锤铆平,后用砂浆填实。锚杆有凸出部位,螺头顶应预留5mm切断后,用熟料帽遮盖。通过补喷或凿除使初期支护表面平整圆顺。
  3.3初期支护面的处理
  3.3.1 钢筋网等凸出部分,先切断后用锤铆平,抹砂浆。
  
  
  
  3.3.2 有凸出的注浆管头时,先切断,并用锤铆平,后用砂浆填实。
  
  
  
  3.3.3 锚杆有凸出部位时,螺头顶预留5mm切断后,用塑料帽遮盖。
  
  
  
  3.3.4 通过补喷或凿除使初期支护表面平整圆顺。
  3.4无纺布、防水板的施工
  3.4.1 防水层铺设前基面准备:应先对隧道初期支护喷射混凝土表面进行处理,切除锚杆头和钢筋露头,并用细石混凝土抹平覆盖凹坑深宽比应控制在1/10以内;深宽比大于1/10的凹坑应用喷射混凝土填平,凹坑太大处要抹平补喷混凝土,确保喷射混凝土表面平整无尖锐棱角。防水板应在初期支护基本稳定并验收合格后进行铺设。
  3.4.2 铺设无纺布:首先用简易作业台车将单幅无纺布固定到预定位置,然后用专用热熔衬垫及射钉将无纺布固定在喷射混凝土上(见下图),或先用冲击钻钻孔,在孔内打入木塞,然后按设计要求用射钉将无纺布固定专用热熔衬垫及射钉上,按梅花型布置,拱部间距0.5~0.8m,边墙间距0.8~1.0m,底部1.0~1.5m。无纺布铺设要松紧适度,使之能紧贴在喷射混凝土表面,不致因过紧被撕裂;过松影响防水板挂设。无纺布幅间搭接宽度不得小于5cm。
  
  
  
  3.4.3 铺设防水板:先用简易作业台车将防水板固定到预定位置,然后用手动电热熔接器加热,使防水板焊接在固定无纺布的专用热熔衬垫上,或用挂绳系在射钉上。防水板铺设应松紧适度,避免过紧被撕裂或过松形成人为蓄水点。防水板采用自动双缝热熔焊机,按预定的温度、速度焊接,单条焊缝的有效焊缝宽度不小于15mm。焊接后两条缝之间留一条空气道,用于空气检测仪器检测焊接质量。焊接前先清除防水板表面的灰尘再焊接,防水板搭接宽度须大于150mm。(见下图)
  
  
  
  3.4.4 防水板的铺设应超前二次衬砌施工1~2个衬砌段长度,并与开挖工作面保持一定的安全距离。
  3.4.5 焊缝检测采用检漏器现场检测防水板焊接质量。先堵住空气道的一端,然后用空气检测器从另一端打气加压,直至压力达到0.25MPa,保持该压力不小于15min,允许压力下降10%。如达到要求,说明完全粘合。否则,需用检测液(或肥皂水)找出漏气部位,用手动热熔器焊接修补后再次检测,直至完全粘合。
  3.4.6 防水板破损修理,如发现防水板有破损,必须及时修补,先取一小块防水板除净防水板上的灰尘后,将其置于破损处,然后用手动电热熔接器熔接,熔接质量用真空检测器检测,若不合格必须重新修补。
  3.4.7 无纺布、防水板的环向长度必须要能保证包裹住两侧纵向排水盲管,搭接时注意隧道的纵坡,处于水头上方方向的防水板接头应安设在里层。
  4.施工缝防排水施工
  4.1总体要求
  在二衬混凝土中部环向埋设中埋式橡胶止水带,在仰拱与拱墙二衬混凝土纵向施工缝处埋设背贴(外贴)式止水带,并保持止水带与混凝土结合紧密,均涂抹遇水膨胀止水胶进行防水处理。因为施工缝、变形缝为混凝土结构的薄弱环节,无自防水能力,而止水带、止水胶均有不透水性,并且遇水能微小膨胀,让其与混凝土结合更加紧密,埋设在施工缝处以抵抗围岩渗水的渗透压力,同时也利用了二衬自身的抗渗性能,从而达到防水的目的。其防水参数及措施一般如下:
  (1)隧道襯砌纵向施工缝采用外贴式橡胶止水带+遇水膨胀止水胶进行防水处理。
  (2)隧道衬砌环向施工缝(含仰拱)采用中埋式橡胶止水带+遇水膨胀止水胶进行防水处理。
  因此,为达到良好的防水效果,须充分发挥二衬混凝土自身的抗渗作用,施工缝在混凝土浇筑前必须进行凿毛处理。橡胶止水带埋设时必须平展嵌入施工缝两侧的混凝土中,并且不能造成破损,扭曲,搭接长度必须足够。遇水膨胀止水胶的涂抹前必须进行均匀、不间断,才能抵抗足够的渗水压力。
  4.2止水带施工要求
  4.2.1止水带埋设的位置宜按衬砌厚度的一半确定,其安装的径向位置,较设计允许偏差为±5cm,安装的纵向位置允许偏离中心为±3cm。
  4.2.2止水带应与衬砌端头模板正交,以确保止水带安装方向和质量。
  4.2.3止水带长度应根据施工要求事先向生产厂家定制(一环长),尽量避免接头。如确需接头时,应采取搭接、复合连接、对接等形式,如下图2所示。
  
  
  
  4.2.4止水带接头必须焊接良好,接头外观应平整光洁。止水带连接前应做好接头表面的清刷与打毛,优先选用小型热焊机进行焊接,搭接长度不得小于10cm,焊缝宽度不得小于50mm。
  4.2.5塑料止水带宜采用止水带塑料焊接机进行焊接,橡胶止水带接头宜采用热压机硫化搭接胶合,接头强度不低于母材的80%。
  4.2.6采用冷接法专用粘结剂连接时,搭接长度不得小于20cm,粘结剂涂刷应均匀(按照产品说明书指示顺序操作)并压实。
  4.3中埋式止水带的施工工艺及要求
  4.3.1采用中埋式止水带时,应确保位置准确、固定牢靠,其中间空心圆环应与施工(变形)缝重合,即必须安装在衬砌混凝土中部。
  4.3.2中埋式止水带的安装应利用附加钢筋、卡子、铁丝、模板等将止水带固定,宜采用专用钢筋套或扁钢固定,采用扁钢固定时,止水带端部应先用扁夹紧,并将扁钢与结构内钢筋焊牢,固定扁钢用的螺栓间距宜为50cm。
  4.3.3中埋式止水带在转弯处应做成圆弧形,橡胶止水带的转角半径不应小于200mm,钢片橡胶止水带不应小于300mm,且转角半径应随止水带的宽度增大而相应加大。
  4.3.4中埋式止水带应固定在挡头模板上,中埋式止水带先施工一侧混凝土时,其端模应支撑牢固,严防漏浆‘固定止水带时不能在止水带上穿孔打洞,不得损坏止水带本体部分,应防止止水带偏移,以免单侧缩短,影响止水效果。安装止水带时,沿衬砌环线每隔0.5~1.0m,在端头模板上钻一个φ12mm的钢筋孔,将预制的钢筋卡穿过挡头模板,内侧卡紧止水带的一半,另一半止水带平靠在挡头板上,待混凝土凝固后拆除挡头板,将止水带拉直,然后弯钢筋卡卡紧止水带。浇筑另一端混凝土时应箱形模板保护。
  4.3.5止水带定位时,应使其在界面部位保持平展,不得使其翻滚、扭结,如发现有扭结不展现象应及时进行调正。
  4.3.6固定中埋式止水带的方法见下图3、4、5:
  
  
  
  4.4外(背)贴式止水带的施工
  4.4.1外贴式止水带安装必须紧贴基面,浇注仰拱砼时止水带应埋入露出各一半。
  4.4.2外贴式止水带必须保证在一条直线上,保持平顺。
  4.4.3 止水带搭接时应削除一方的棱角,粘接可采用热硫化连接或胶结的方法,采用胶结时搭接长度不得小于20cm,粘结缝宽不小于10cm。设置止水带接头时,应尽量避开容易形成壁后积水的部位,宜留设在起拱线上下。接头强度检查不合格时重新焊接。
  4.4.4严禁在止水带上打钉子,可采用一环铁丝兜住止水带的方法进行悬挂。
  4.5遇水膨胀止水胶的施工
  4.5.1.基面处理:事先用钢丝刷清除敷设范围内施工缝面的砂砾及混凝土浮碴,然后用高压水和抹布将基面清洗干净。基面既可是粗糙的,也可是平整的,既可是干的,也可是潮湿的。
  4.5.2.止水胶采用专用标准注胶器挤出,挤出宽度(15mm)及高度(8mm)应满足设计要求,挤出应连续、均匀、饱满、无气泡或孔洞。
  4.5.3.枪嘴切口:应根据设计遇水膨胀止水胶的断面宽度和高度,用切刀把枪嘴前端相应部位切断,用细铁丝捅破时面的薄膜,并左右晃动扩孔。
  4.5.4.止水胶挤出及修补
  (1)把遇水膨胀止水胶管装到注胶枪上,边扣动扳机边挤出遇害水膨胀止水胶,为傅挤出的止水胶良好地附着在混凝土表面,将出口前端压向混凝土 表面,施工后需确认混凝土基面和遇害膨胀止水胶之间无缝隙,且挤出的止水胶体须连续均匀地敷设在基面上;
  (2)施工时用打胶枪挤出断面按照设计要求,挤出胶体宽度为15mm,高度为8mm,如需分次挤出时,其搭接长度≮20mm;如果二衬混凝土有钢筋时,应先钢筋施工定位好后才能挤出膨胀止水胶以防止钢筋施工时将敷设的遇水膨胀止水胶体破坏掉;
  修补:如遇挤出遇水膨胀止水胶时出现不连续或不均匀,可以采用补挤,也可以用填缝刮刀适当刮匀或修整。修补时,要将迎水面一侧遇水膨胀止水胶胶体侧面与基面的连接线进行细致的修整,使止水膠与基面切实密贴,不留缝隙。其修补做法如下图7所示:
  
  
  
  5.排水盲(管)沟设置
  5.1 隧道二次衬砌防水板背后设置环向φ50排水盲管,渗漏水较大地段应适当加密。纵向设置φ80排水盲管,纵向每10m设置一环,两侧边墙脚设纵向盲管,每隔8~12m将地下水引入洞内侧沟(见下图)。
  
  
  
  
  5.2 排水盲管应采用管卡固定牢固,按规定划线,确保盲管间距符合设计要求,盲管布设位置能有效汇水。用土工布包裹盲管,用扎丝捆好。纵向排水盲管安装坡度应符合设计要求,通向水沟的泄水管应有足够的泄水坡度,禁止形成“朝天孔”。纵向排水盲管应保证其弯曲角度。
  5.3施工中心水沟时,必须认真检查位于仰拱填充中的每30m一道的横向排水管,确保其排水畅通,使衬砌背后的积水通过此管道流入中心水沟内排出隧道外。
  6、结束语
  二次衬砌的薄弱部位均为防排水的关键部位,因此采取以上诸多的防排水措施。在施工中须注重每一个施工环节,严格控制施工质量,使所有的防排水措施形成一个全方位防护体系,同时还需加强二衬混凝土的抗渗设计,在施工时加强振捣,并加强养护,提高混凝土自身的防水能力,才能确保达到高铁隧道内施工防排水的要求。
  参考文献:
  [1] 胡昌庆 廖凯,浅谈铁路隧道防排水施工措施和建议.《科技传播》 2011年08期
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