黃學(xué)軍

(中鐵隧道集團(tuán)二處有限公司, 河北 三河　065201)

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南昌紅谷隧道沉管外包防水施工技術(shù)

黃學(xué)軍

(中鐵隧道集團(tuán)二處有限公司, 河北 三河065201)

沉管隧道管段結(jié)構(gòu)防水關(guān)系到隧道后期運(yùn)營及使用壽命，一旦滲漏，修復(fù)難度非常大。以南昌紅谷隧道為例，采用“防水底鋼板+頂板、側(cè)墻噴涂聚合物水泥防水涂層”的外包防水施工技術(shù)： 防水底鋼板采用6 mm厚帶錨筋鋼板，能夠減小管底吸附力，保證管段順利起??；頂板、側(cè)墻選用兼有有機(jī)和無機(jī)防水涂料優(yōu)點(diǎn)的聚合物水泥防水涂層，采用“一布四涂” 大面積機(jī)械噴涂施工工藝，工效快、成本低、質(zhì)量好。通過錯(cuò)縫焊接底鋼板、改善錨筋錨固形式、薄弱部位強(qiáng)化處理、加強(qiáng)試驗(yàn)檢測等施工方法和技術(shù)措施，有效改善外包防水施工質(zhì)量，降低管段滲漏水風(fēng)險(xiǎn)，為今后沉管隧道外包防水設(shè)計(jì)及施工提供參考。

沉管隧道； 外包防水； 防水底鋼板； 聚合物水泥防水涂層

0　引言

近年來，隨著沉管技術(shù)的不斷成熟和推廣，許多城市開始修建沉管隧道。沉管隧道是一種修建于江河水下的行車通道[1]，雖然鋼筋混凝土本體具有一定的自防水能力，但由于水化熱產(chǎn)生溫度應(yīng)力和收縮應(yīng)力的作用，混凝土結(jié)構(gòu)可能存在裂縫。如果沒有可靠的外包防水措施，江(河)水會沿裂縫侵入隧道，侵蝕隧道內(nèi)部結(jié)構(gòu)，降低隧道使用壽命，威脅隧道運(yùn)營安全[2]。

目前國內(nèi)已建成的幾座沉管隧道均采用全包防水或部分外包防水的形式，如： 上海外環(huán)隧道頂板涂刷水泥基滲透結(jié)晶防水涂料(部分覆土淺的管段頂板增涂無機(jī)水性滲透液涂料)，側(cè)墻及底板不涂刷外防水材料[3]；舟山沈家門港海底隧道頂板及側(cè)墻涂刷水泥基滲透結(jié)晶型防水涂料，底板不涂刷外防水材料[4]；廣州珠江隧道、侖頭—生物島沉管隧道管段頂板涂刷聚氨酯防水涂料，底板采用6 mm厚防水底鋼板[5]；寧波甬江沉管隧道采用剛性與柔性相結(jié)合的防水層[6]；佛山東平隧道、天津海河沉管隧道管段頂板及側(cè)墻噴涂1.5 mm厚聚脲防水涂料，底板采用防水底鋼板[7]。截至目前，這幾座隧道雖然都沒有發(fā)生嚴(yán)重的滲漏水現(xiàn)象，但在防水材料選用和防水工藝上均存在不同程度的問題： 水泥基滲透結(jié)晶防水涂料宜用于結(jié)構(gòu)主體的背水面,用于迎水面受外力時(shí)容易開裂和破損；防水卷材在實(shí)際施工中防水功能很難達(dá)到不滲不漏[8]；聚氨酯對人體及環(huán)境有不利影響，且人工涂刷工效低，工期難以保證；聚脲防水涂層效果好，但造價(jià)高。

本文以南昌紅谷隧道沉管管段外包防水施工為背景，管段底板采用帶錨筋鋼板，側(cè)墻及頂板采用“一布四涂”機(jī)械噴涂聚合物水泥防水涂層，通過改善底鋼板錨筋形式、強(qiáng)化薄弱部位涂層處理、及時(shí)施工保護(hù)層、加強(qiáng)防水檢測等施工方法和技術(shù)措施，有效改善管段外包防水質(zhì)量。

1　工程概況

南昌紅谷隧道沉管段長1 329 m，是目前國內(nèi)內(nèi)河規(guī)模最大、最長的城市道路沉管隧道，共12節(jié)管段，其中E1—E9管段每節(jié)長114.85 m，E10管段長96.5 m，E11管段長107.35 m，E12管段長89.85 m，管段結(jié)構(gòu)橫斷面采用“兩孔一廊道”形式，標(biāo)準(zhǔn)橫斷面寬30 m，高8.3 m。管段混凝土強(qiáng)度等級為C40，抗?jié)B等級為P10。

南昌紅谷隧道防水設(shè)計(jì)為二級，采用管段結(jié)構(gòu)混凝土自防水為主，外包防水為輔，接頭防水是重點(diǎn)，多道防水、綜合治理的原則。

2　外包防水設(shè)計(jì)

管段外包防水施工工藝流程和設(shè)計(jì)如圖1和圖2所示。

圖1　管段外包防水施工工藝流程

Fig. 1Flowchart of construction process of enclosed waterproofing of tunnel segment

圖2　管段外包防水設(shè)計(jì)(單位： mm)

Fig. 2Design of enclosed waterproofing of tunnel segment(mm)

具體施工步驟如下：

1)底板外包6 mm厚帶錨筋鋼板，并沿側(cè)墻上折1.75 m；

2)管段側(cè)墻、頂板表面涂刷3.0 mm厚聚合物水泥防水涂料，與側(cè)墻防水底鋼板搭接，搭接長度為250 mm。為防止防錨層、管頂回填時(shí)破壞防水層，頂板涂層與防錨層之間鋪設(shè)5 cm厚C20素混凝土保護(hù)層，頂板倒角設(shè)置20 cm厚護(hù)邊塊，側(cè)墻涂刷5 mm厚聚合物水泥砂漿；

3)施工縫、穿墻管、埋設(shè)件等細(xì)部節(jié)點(diǎn)部位加強(qiáng)防水施工。

3　底板防水施工

防水底鋼板作為底模使用，能減小管底吸附力，確保管段順利起浮，且在管段起浮、拖運(yùn)、沉放安裝時(shí)對不利沖擊起到保護(hù)作用。管段預(yù)埋底鋼板設(shè)計(jì)如圖3所示。

防水底鋼板迎水面涂刷無機(jī)富鋅漆防腐。焊接施工中，因受熱變形經(jīng)常出現(xiàn)鼓包現(xiàn)象，在鋼板拼縫位置用2 m長、0.4 m寬、30 mm厚鋼壓塊壓緊，通過間隔跳焊、錯(cuò)縫焊接、回火矯正，最大程度降低鋼板的殘余應(yīng)力及變形[9]。

圖3　管段預(yù)埋底鋼板橫斷面圖(單位： mm)

原設(shè)計(jì)錨筋與底鋼板采用點(diǎn)接觸，錨筋與底鋼板沿鋼筋端頭接觸面圍焊1圈，焊縫高8 mm，由于底鋼板僅6 mm厚，極易被焊穿，導(dǎo)致個(gè)別錨筋錨固失效以及鋼板與混凝土拼接能力較差，極易形成鋼板空鼓現(xiàn)象，焊接質(zhì)量難以達(dá)到設(shè)計(jì)要求，且容易對防腐涂層造成破壞[10]。

后期施工中，錨筋改為U型筋，與防水底鋼板單面焊接12 cm長，用圓形小錘敲擊消除中間焊層應(yīng)力，焊接時(shí)焊條及電流大小要使用得當(dāng)[11]，錨筋不得與主筋相碰觸，以免形成滲水通道。錨筋與底鋼板連接方式改善前后對比如圖4所示。

防水底鋼板與端鋼殼、灌砂管、支撐塊等連接部位防水的重點(diǎn)在于焊接方式的選擇、焊接質(zhì)量及焊縫檢測頻次。

(a) 錨筋改善前

(b) 錨筋改善后

Fig. 4Comparison between connection of anchor bar and base steel before and after improvement(mm)

4　頂板、側(cè)墻防水施工

4.1防水材料的選擇

本工程采用的聚合物水泥防水涂料是一種由聚丙烯酸酯乳液、乙烯-乙酸乙烯酯共聚乳液等聚合物乳液與各種添加劑組成的有機(jī)液料，與水泥、石英砂、輕重質(zhì)碳酸鈣等無機(jī)填料及各種添加劑組成的無機(jī)粉料，通過合理配比、復(fù)合制成的一種雙組份、水性防水涂料。

聚合物水泥防水涂料既有聚合物涂膜的柔韌性，能改善水泥砂漿干縮變形的缺陷，又有水泥水硬性材料的剛性，與基層的粘結(jié)力強(qiáng)。以水為分散介質(zhì)，調(diào)節(jié)其柔韌性及強(qiáng)度，克服了瀝青、焦油和溶劑型防水涂料易造成污染的弊端[12]。聚合物水泥防水涂料不僅具有良好的柔韌性、粘結(jié)性、耐老化性、抗?jié)B性，而且涂膜干燥快、彈性模量適中、安全環(huán)保、大面積機(jī)械噴涂效益高、兼有有機(jī)和無機(jī)防水涂料的優(yōu)點(diǎn)。

4.2施工工藝流程

頂板、側(cè)墻外包防水施工工藝流程如圖5所示。

圖5　頂板、側(cè)墻外包防水施工流程

Fig. 5Flowchart of construction process of roof and sidewall waterproofing

4.3基層處理及涂刷底涂

混凝土基層表面應(yīng)平整、堅(jiān)實(shí)，無塵土、尖銳物、油污、明水等，不得有氣孔、凹凸不平、蜂窩麻面、浮漿等缺陷，需修補(bǔ)部位用鋼刷、角磨機(jī)等打磨處理，油污清除干凈，表面氣孔、裂縫等采用環(huán)氧砂漿修補(bǔ)膩?zhàn)庸纹健?/p>

底涂是為了提高涂膜與基層的粘結(jié)力，大面積采用噴涂工藝，邊角、管口等細(xì)部特殊部位采用刷涂施工。底涂干燥后即可機(jī)械噴涂涂膜，時(shí)間間隔不宜過長，以免表面被水分、灰塵等污染。

4.4細(xì)部加強(qiáng)處理

4.4.1外側(cè)墻噴涂層與防水底鋼板搭接處及各類施工縫的處理

外側(cè)墻噴涂層與防水底鋼板搭接處及各類施工縫的防水設(shè)計(jì)如圖6所示。

(a) 外側(cè)墻噴涂層與底鋼板搭接處防水

(b) 各類施工縫處防水

Fig. 6Design of waterproof of connection joints and construction joint(mm)

具體施工步驟如下：

1)搭接處及各類施工縫部位混凝土錯(cuò)臺用角磨機(jī)打磨平順，保證胎體增強(qiáng)布粘鋪密貼無空洞；

2)底鋼板與混凝土搭接處較疏松，極易產(chǎn)生縫隙，需采用環(huán)氧砂漿填筑密實(shí)后用膩?zhàn)庸纹剑?/p>

3)各類施工縫處、底鋼板與外側(cè)墻噴涂層需進(jìn)行加強(qiáng)處理，騎縫1環(huán)作為加強(qiáng)層，加強(qiáng)層兩側(cè)超出接縫處不少于25 cm；

4)交替改變涂層的涂刷方向及玻纖網(wǎng)格布鋪貼方向，確保加強(qiáng)處噴涂平順、飽滿。

4.4.2端鋼殼翼緣板部位防水

在端鋼殼翼緣板和管段混凝土搭接處表面騎縫涂刷1環(huán)3.0 mm厚聚合物水泥防水涂料作為加強(qiáng)層防水，加強(qiáng)層兩側(cè)超出接縫處不少于25 cm，多遍涂刷完成收頭。端鋼殼與結(jié)構(gòu)主體混凝土搭接部位防水設(shè)計(jì)如圖7所示。

圖7　端鋼殼與結(jié)構(gòu)主體混凝土搭接部位防水設(shè)計(jì)(單位： mm)

Fig. 7Waterproofing design of connection joint of end steel shell and major structure concrete(mm)

4.4.3管頂舾裝件部位防水

1)埋設(shè)件、穿墻管等與混凝土接茬處是防水的薄弱部位，在前期預(yù)埋施工中已加焊止水環(huán)，實(shí)踐證明止水環(huán)防水效果明顯。

2)埋設(shè)件、穿墻管根部周圍鑿除15 mm左右凹槽，凹槽內(nèi)嵌填環(huán)氧砂漿，用膩?zhàn)庸纹?，要密?shí)、連續(xù)、飽滿、粘結(jié)牢固。埋設(shè)件、穿墻管等根部防水施工設(shè)計(jì)如圖8所示。

圖8　埋設(shè)件、穿墻管等根部防水設(shè)計(jì)(單位： mm)

3)埋設(shè)件、穿墻管根部等細(xì)部節(jié)點(diǎn)應(yīng)做加強(qiáng)層，3.0 mm厚聚合物水泥防水涂料作為加強(qiáng)層防水，玻纖網(wǎng)格布的寬度不小于25 cm，埋設(shè)件、穿墻管根部與加強(qiáng)層必須用毛刷刷嚴(yán)、粘牢。

4.5機(jī)械噴涂施工

大面積采用“一布四涂”機(jī)械噴涂施工工藝，分4道噴涂達(dá)到設(shè)計(jì)厚度3.0 mm。

1)噴涂準(zhǔn)備。按粉料與液料配合比配置涂料，攪拌均勻，靜置1～3 min，過濾后方可噴涂，配置好的涂料應(yīng)在3 h內(nèi)完成噴涂。

2)噴涂設(shè)備。施工機(jī)械為無空氣噴涂機(jī)，壓力控制為10～12 MPa，噴涂時(shí)，嚴(yán)格控制噴槍與施工基面間的距離，走槍要均勻，避免漏噴。

3)噴涂厚度控制。按設(shè)計(jì)厚度分次噴涂，第1道按0.6～0.8 mm厚大面積噴涂，噴涂后鋪貼1層玻纖網(wǎng)格布，再進(jìn)行其余涂層的噴涂。噴涂時(shí)需注意以下幾點(diǎn)： ①各道涂層時(shí)間間隔依據(jù)環(huán)境溫度及風(fēng)力大小確定，現(xiàn)場以手摸不粘手為準(zhǔn)； ②每遍噴涂時(shí)應(yīng)交替改變涂層的涂刷方向，同層涂膜的先后搭壓寬度宜為30～50 mm； ③先噴涂外側(cè)墻，再噴涂頂板，特別注意側(cè)墻立面噴涂時(shí)，要分多遍薄涂，每次薄涂0.3～0.5 mm，以防止流墜堆積影響外觀質(zhì)量；④每層料噴涂不宜過厚，防止涂膜固化較慢及干后開裂；⑤第4道涂層采用加水稀釋的涂料噴涂1道，并對感觀厚度小的區(qū)域補(bǔ)充噴涂(俗稱壓槍)，以提高涂膜表面的平整度和光潔效果。

4)噴涂施工分區(qū)分塊連續(xù)施工，先噴涂管段頂部，把頂部分成平均寬約6 m，長25.3 m的小塊，共19塊，施工順序按照S形順序施工，管段側(cè)墻同樣分成19塊，從上往下噴涂。以E1管段頂板為例的噴涂順序如圖9所示。

4.6保護(hù)層施工

防水涂層噴涂完畢后，及時(shí)施作保護(hù)層，防止管段浮運(yùn)、沉放、回填時(shí)對防水涂層的損壞。頂板澆筑5 cm厚C20素混凝土，頂板倒角澆筑20 cm厚C30混凝土護(hù)邊塊，側(cè)墻涂刷5 mm厚聚合物水泥砂漿，保護(hù)層施工設(shè)計(jì)如圖10所示。

圖9　管段頂板噴涂順序(單位： cm)

圖10　保護(hù)層施工設(shè)計(jì)

此外，應(yīng)避免在雨天、霧天、大風(fēng)等惡劣天氣及環(huán)境溫度低于5 ℃、高于35 ℃或烈日暴曬時(shí)施工，涂膜固化前如有可能降雨時(shí)，要及時(shí)做好已完成涂層的保護(hù)。

5　防水質(zhì)量檢測

5.1防水底鋼板焊縫檢測

防水底鋼板焊縫等級為二級，采用探傷儀進(jìn)行焊縫檢測，超聲波探傷用于全熔透焊接，其探傷比例按每條焊縫長度的百分?jǐn)?shù)計(jì)，且不小于200 mm?，F(xiàn)場防水底鋼板防腐涂層及焊縫檢測如圖11所示。

(a) 防水鋼板防腐涂層檢測

(b) 焊縫檢測

Fig. 11Site detection of anticorrosion coating on waterproofing base steel plate and welded joint

5.2防水涂層外觀檢測

防水涂層與基層應(yīng)粘結(jié)牢固，表面光滑平整，厚度均勻，無漏涂、流墜堆積、露胎體、氣孔、分層、折皺、翹邊等現(xiàn)象[13]。頂板防水涂層施作外觀質(zhì)量如圖12所示。

圖12　頂板防水涂層施作外觀質(zhì)量

Fig. 12Appearance quality of waterproofing coating on tunnel segment roof

5.3防水涂層試驗(yàn)檢測

5.3.1原材檢測

防水涂料應(yīng)具有低溫柔性、不透水性以及較高的拉伸強(qiáng)度、斷裂伸長率，這幾項(xiàng)性能指標(biāo)是必檢性能項(xiàng)目[13]。防水涂料檢測結(jié)果如表1所示。

表1　防水涂料檢測表

5.3.2切片取樣檢測

涂層裁取切片時(shí)，應(yīng)取厚度均勻處，盡量避開粉料顆粒和空鼓等缺陷部位[13]。防水切片取樣如圖13所示。

5.3.3厚度檢測

采用超聲涂層測厚儀或針測法對防水涂層進(jìn)行厚度檢測，平均厚度應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求，檢測的最小厚度應(yīng)不小于設(shè)計(jì)的90%[13]。切片厚度檢測如圖14所示。

圖13　防水切片取樣

圖14　切片厚度檢測

5.3.4蓄水試驗(yàn)

涂層施工完畢后，在管段試浮檢漏期間，管頂靜置48 h后，觀測管段內(nèi)部滲漏水情況[13]。試浮檢漏期間蓄水試驗(yàn)如圖15所示。

圖15　蓄水試驗(yàn)

6　結(jié)論與建議

南昌紅谷隧道第1批次E1—E6管段于2014年10月開始預(yù)制，2015年9月沉放安裝完成，管段經(jīng)過試浮檢漏、浮運(yùn)、系泊、沉放等多道工序，不滲不漏，表明隧道防水設(shè)計(jì)和施工是成功的，同時(shí)可得出以下結(jié)論和建議。

1)過江沉管隧道防水設(shè)計(jì)是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，需遵循管段結(jié)構(gòu)混凝土自防水為主，外包防水為輔，接頭防水是重點(diǎn)，多道防水、綜合治理的原則。

2)防水底鋼板是防止管段坐底、承受不利沖擊的重要部位，須保證其防腐、平整度等工序的施工質(zhì)量。采取跳焊、錯(cuò)縫焊、鋼塊壓縫、回火矯正等措施能有效避免底鋼板焊接受熱所致的鼓包現(xiàn)象；增加錨筋與底鋼板焊接長度，增強(qiáng)錨固效果，避免底鋼板與混凝土局部脫空形成空鼓。

3)聚合物水泥防水涂料采用“一布四涂”機(jī)械噴涂工藝，涂膜形成的關(guān)鍵在于涂料配置、機(jī)械噴涂工藝的選擇、細(xì)部節(jié)點(diǎn)加強(qiáng)防水處理及工序過程質(zhì)量控制等。

4)接縫處、施工縫、埋設(shè)件、穿墻管根部和端鋼殼翼緣板等細(xì)部節(jié)點(diǎn)部位是防水的薄弱環(huán)節(jié)，須加強(qiáng)防水處理。防水涂層施工完成后，極易受損，應(yīng)及時(shí)施作保護(hù)層。

5)沉管隧道長期浸水環(huán)境對防腐涂層及聚合物水泥防水涂料的使用壽命不利，如何延長防腐涂層及聚合物水泥防水涂料在浸水環(huán)境中的使用壽命，有待進(jìn)一步研究。

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Construction Technology for Enclosed Waterproofing of Honggu Immersed Tunnel in Nanchang

HUANG Xuejun

(ErchuCo.,Ltd.ofChinaRailwayTunnelGroup,Sanhe065201,Hebei,China)

The waterproofing quality of immersed tunnel segment has a significant influence on tunnel operation safety and tunnel service life. The enclosed waterproofing technology of “waterproofing base steel plate + spraying polymer cement on roof and sidewall” is adopted in Honggu Immersed Tunnel in Nanchang. The technologies include: 1) Use steel plate of 6 mm with anchor to reduce adsorption force. 2) Polymer cement spraying on roof and sidewall. The enclosed waterproofing technologies are improved by staggered joints welding of base steel, changing the connection mode of anchor bar, reinforcing of weak points and strengthening test and monitoring.

immersed tunnel; enclosed waterproofing; waterproofing base steel plate; polymer cement waterproofing layer

2016-01-13;

2016-03-10

中鐵隧道集團(tuán)科技創(chuàng)新計(jì)劃重大課題(隧研合2014-04)

黃學(xué)軍(1978—)，男，寧夏中寧人，2001年畢業(yè)于重慶大學(xué)，采礦工程專業(yè)，本科，高級工程師，主要從事隧道與地下工程技術(shù)管理工作。E-mail： 47115378@qq.com。

10.3973/j.issn.1672-741X.2016.09.015

U 455

B

1672-741X(2016)09-1125-07