張麗霞

(天津泰達建設(shè)集團奧亞工程管理有限公司，天津 300450)

0 引言

山嶺隧道大都具有一定的埋深，在建造及運營過程中，地應(yīng)力重新進行分布，導(dǎo)致隧道在各個方向的變形是不均勻的。山嶺隧道大多在地下水以下，有些隧道圍巖裂隙還有可能與地表水相通，造成季節(jié)性水量變化，如果隧道排水不暢，防水材料如有破損就可能導(dǎo)致滲漏，在較大水壓下有可能造成較大面積的滲漏水，特別是在運營階段進行堵水修補將造成很大的經(jīng)濟損失及社會影響，因而這些動態(tài)特點客觀要求山嶺隧道除了做好系統(tǒng)性的綜合防排水外，動態(tài)防水更能顯示其優(yōu)點。

1 動態(tài)防水特點

動態(tài)防水是充分調(diào)動山嶺隧道所有防水工程措施，根據(jù)圍巖應(yīng)力、地下水具體分布及壓力情況，依靠工程自身的特性及特殊工藝措施，充分利用混凝土的自修復(fù)能力和材料自動調(diào)節(jié)能力做到動態(tài)防水，動態(tài)防水主要分為材料的動態(tài)防水與結(jié)構(gòu)的動態(tài)防水，動態(tài)防水的特性主要有以下特點:

1)防水的自我修復(fù)能力。防水的自我修復(fù)能力主要是混凝土的自我修復(fù)能力與防水膠條的自我修復(fù)能力。混凝土自我修復(fù)能力主要指混凝土進一步水化及混凝土中的鈣礬石、氫氧化鈣、水中雜質(zhì)的作用，對于微小裂紋進行自愈合。防水膠條主要根據(jù)材料的物理性能止水，材料吸水膨脹特性，包括材料與水反應(yīng)結(jié)晶沉淀、吸水生成膠粘體及耐侵蝕性等特性。在安裝的偏差范圍內(nèi)能夠主動適應(yīng)安裝偏差，達到自動防水特性。

2)適應(yīng)結(jié)構(gòu)變形的能力。大多數(shù)的山嶺隧道采用鉆爆法施工，加上圍巖坍塌及巖爆，造成初期支護面凹凸不平，防水材料鋪設(shè)后，在二次襯砌灌注混凝土過程中，混凝土?xí)Ψ浪牧显斐奢^大的拉伸力。同時，地下水壓力也會對防水材料造成較大的張拉作用力，這都要求防水材料具有較大的適應(yīng)變形能力，防水材料自身具有足夠的抗拉強度來抵抗外在荷載，同時需要防水材料具有較高的延伸性能來適應(yīng)較大的結(jié)構(gòu)變形。

3)新型材料、新型工藝的不斷發(fā)展。動態(tài)防水是一個新興的學(xué)科及工藝，對于混凝土結(jié)構(gòu)性裂縫可采用埋入修復(fù)材料灌膠愈合的方法，主要包括內(nèi)置液芯膠囊法、多孔纖維網(wǎng)修復(fù)法、內(nèi)摻有機化合物法等方法;另一種方法是電解沉積法。

2 材料的動態(tài)防水

材料的動態(tài)防水是利用某些物理特性及化學(xué)特性來達到防水的目的，主要有利用材料的遇水膨脹特性，材料水化學(xué)反應(yīng)特性，材料較大的延展特性等來達到防水目的。

2.1 利用材料的水化反應(yīng)特性

結(jié)構(gòu)混凝土或防水材料中某些化學(xué)成分能與水在一定條件下進行成分合成，生成體積較大的新物質(zhì)，沉積或結(jié)晶于結(jié)構(gòu)裂縫處，達到堵塞裂縫的目的。較典型的例子是混凝土裂縫附近的CaO與水化合形成Ca(OH)2，Ca(OH)2溶于水，隨水順著裂縫流到洞壁處同空氣中的CO2發(fā)生化學(xué)反應(yīng)形成體積較大的白色沉淀物CaCO3，隨著沉淀物CaCO3不斷增多聚集從而堵塞裂縫。自愈的條件是裂縫寬度在0.1 mm～0.2 mm左右，水頭壓力不大，水頭小于15 m～20 m才容易發(fā)生，結(jié)構(gòu)滲漏隨時間逐漸減緩直至全部自封。當圍巖內(nèi)水壓過大，裂縫大于0.3 mm則不會發(fā)生自愈合現(xiàn)象。

2.2 利用材料的遇水膨脹特性

材料吸水膨脹特性是指材料含有吸水性物質(zhì)，吸水后體積增大，從而擠壓裂隙，填補裂縫的空間，堵塞滲水的通道，從而達到止水目的。最常用的是遇水膨脹橡膠，在山嶺隧道施工縫中被大量使用。另一種有效而經(jīng)濟的止水材料是利用天然的膨潤土合成的防水板，膨潤土被水浸濕后形成泥漿，自動尋覓裂縫，從而使襯砌混凝土裂縫得到復(fù)合，達到止水目的，這是因為膨潤土顆粒與水結(jié)合，體積迅速增大到原體積的10倍～15倍，并形成一層凝膠狀不透水層。由于隧道在運營過程或地震等作用而造成的膨潤土板移動或斷裂，在裂縫處的膨潤土也會很快形成防水凝膠層，達到永久自愈的防水效果。

圖1為防水層中膨脹材料自封結(jié)構(gòu)裂縫示意圖。

圖1 膨潤土板裂縫自閉示意圖

2.3 利用微細材料滲透特性

微細材料的滲透特征的應(yīng)用是在山嶺隧道常年滲水量過大的襯砌地段，將襯砌混凝土加入特殊有機化合物并充分拌合，形成“生物水泥”。其中有機化合物按要求可以形成鹽度比普通地下水高的溶液，該溶液可以滲透到混凝土中，此種過程既可以逆水壓也可順水壓進行。另一種有機化合物通常是不加固化劑的環(huán)氧樹脂類物質(zhì)，在堿性環(huán)境下環(huán)氧樹脂緩慢硬化，形成自封閉的微膠囊，一旦有裂縫出現(xiàn)，微膠囊便破裂并充滿裂縫與水泥中成分進行水化反應(yīng)，形成不溶于水的物質(zhì)，從而使裂縫進行自動修復(fù)，達到防水的目的。

3 結(jié)構(gòu)工藝動態(tài)防水

結(jié)構(gòu)工藝動態(tài)防水是山嶺隧道動態(tài)防水的基礎(chǔ)，主要是采取結(jié)構(gòu)性防水設(shè)計達到隧道防水。結(jié)構(gòu)性的防水是基礎(chǔ)，是通過系統(tǒng)性的防水設(shè)計及嚴格控制施工質(zhì)量來達到防水的目的。

3.1 結(jié)構(gòu)防排水施工

隧道結(jié)構(gòu)防排水是關(guān)系到工程質(zhì)量、運營安全的重要因素。隧道設(shè)計及施工時，針對不同隧道、不同的圍巖類型、不同的地下水狀態(tài)要采取不同的設(shè)計及施工方法，下面以秦嶺終南山公路隧道設(shè)計及施工中采取的下列有效技術(shù)措施來進行說明:1)開挖采用光面爆破技術(shù)，使開挖面圓順。噴混凝土，打錨桿，對開挖巖面水流進行有效處理，具體做法:大股水流用插管引導(dǎo);較弱裂隙水用塑料網(wǎng)格平無紡布引導(dǎo);大面積嚴重滲水用防水砂漿抹平，將滲水集中，然后開槽引排。2)濕噴混凝土確保噴層設(shè)計厚度。富水段及斷層帶的軟弱圍巖地段，采用小導(dǎo)管進行預(yù)注漿。邊墻設(shè)φ100彈簧半圓排水管盲溝，間距5 m布置一環(huán)，并在隧道噴混凝土與模筑襯砌之間設(shè)復(fù)合式防水板。3)弱富水段、貧水段，邊墻設(shè)φ100彈簧半圓排水管盲溝，間距10 m，初期支護和二次襯砌設(shè)EVA防水板和無紡布。4)EVA防水板的性質(zhì)、性能、規(guī)格應(yīng)符合設(shè)計要求。軟式透水盲管固定在洞壁上，并與下部與仰拱泄水孔相接的PVC管接好，保證暢通。環(huán)式鋪設(shè)無紡布加復(fù)合式防水板，兩環(huán)防水板的搭接寬度應(yīng)大于10 cm，搭接處用電動壓膜機焊接，焊縫寬不小于2 cm，焊縫要求無漏焊、假焊、烤焦等現(xiàn)象。固定防水板的鉚釘外用直徑4 cm圓形塑料板電烙封堵，釘與釘間塑料板有一松緊量，做到防水板面與混凝土面密貼。5)隧道墻腳縱向設(shè)φ100的彈簧半圓排水管盲溝，與腳墻盲溝相通，墻腳泄水孔三通連接。6)對襯砌環(huán)接縫認真處理。在襯砌臺車設(shè)計時，設(shè)計出定型擋頭板，制作安裝嚴密，確保接縫無漏漿，無雜物，同時在施工接縫處設(shè)置橡膠止水帶。7)防水板鋪設(shè)。防水板、土工布錨固細部構(gòu)造見圖2。8)防水板之間粘結(jié)結(jié)合部位采用真空加壓檢測，在0.2 MPa壓力作用下5 min后不得小于0.16 MPa。防水板真空加壓檢測見圖3。

圖2 防水板、土工布錨固細部構(gòu)造

3.2 加強防水薄弱地段的防水

山嶺隧道二次襯砌的“三縫”即施工縫、伸縮縫、沉降縫是防水薄弱地帶，山嶺隧道大多數(shù)漏水是發(fā)生在這“三縫”地帶。在設(shè)計及施工中要充分重視此區(qū)域，一般做法是在此區(qū)域適當加密軟式透水盲管，并設(shè)置遇水膨脹型防水材料，通過排水盲管及排水管道將隧道周邊的地下水順暢排至排水溝，再加上遇水膨脹防水材料自我膨脹擠密裂隙，達到止水目的。

圖3 防水板真空加壓檢測圖

3.3 充分重視排水

山嶺隧道發(fā)生滲漏水主要是因為防水材料后面有水，特別是水壓過大更容易發(fā)生滲漏。因此山嶺隧道防排水要以排為主，防排結(jié)合的綜合防水為目的。針對不同的滲水量及不同的圍巖類別設(shè)計不同管徑及密度的排水管道，保證排水順暢，特別在斷層帶軟弱地層處更應(yīng)加大排水力度，這是因為斷層處多數(shù)與地表水相連，在雨季隧道承受較大水壓，極易發(fā)生滲漏水工程事故。

4 結(jié)語

山嶺隧道動態(tài)防水要遵循以排水為主，防、排結(jié)合的系統(tǒng)性防水，使防水材料與結(jié)構(gòu)工藝密切結(jié)合，共同達到主動性、動態(tài)性防水。同時通過新型材料的開發(fā)與利用、新的防水理念的應(yīng)用來達到動態(tài)防水的目的。具體施作要注意以下幾點:

1)山嶺隧道防排水是一項系統(tǒng)工程，從規(guī)劃、設(shè)計、施工到材料的選用，每一個環(huán)節(jié)都要嚴格控制。好的防水理念要通過規(guī)劃、設(shè)計來具體體現(xiàn)，要通過選用新型材料、施工過程嚴格控制施工質(zhì)量來實現(xiàn)。結(jié)構(gòu)工藝防水是基礎(chǔ)，沒有好的結(jié)構(gòu)或者結(jié)構(gòu)出現(xiàn)問題，動態(tài)防水也就無從談起。

2)嚴格控制初期支護及襯砌施工工程質(zhì)量，控制結(jié)構(gòu)產(chǎn)生較大的變形。動態(tài)防水的基礎(chǔ)是在結(jié)構(gòu)發(fā)生微小變形產(chǎn)生細小裂縫下才產(chǎn)生作用。因此，要嚴格控制初期支護以及襯砌施工質(zhì)量，并且加強運營期間的管理，才能更好地發(fā)揮結(jié)構(gòu)與材料的動態(tài)防水效果。

3)正確使用膨脹型防水材料，減少材料膨脹空間。膨脹型材料在施工過程中嚴格進行防潮，嚴禁與水接觸。在施工過程中，要嚴格控制防水材料粘貼時間與質(zhì)量，減少施工偏差，在膨脹性材料膨脹約束范圍內(nèi)發(fā)揮止水作用。

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［3］呂康成，崔凌秋.隧道防排水工程指南［M］.北京：人民交通出版社，2004.

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