李兵兵，趙貞欣，劉志磊

(中國電建集團河北省電力勘測設(shè)計研究院有限公司，河北 石家莊 050031)

0 引言

隨著我國城市化進程的推進與發(fā)展，城區(qū)電力管線采用電纜隧道的形式越來越多。受設(shè)計水平、施工質(zhì)量以及工作環(huán)境多方面的影響，隧道往往會出現(xiàn)開裂、漏水導(dǎo)致鋼筋生銹，電纜和其他設(shè)備工作環(huán)境受潮的情況，嚴重時甚至?xí)绊懰淼澜Y(jié)構(gòu)的耐久性和安全性。因此，防水質(zhì)量是影響隧道工程質(zhì)量的重要因素。

1 隧道滲水類型和原因

隧道滲漏的類型主要有三大方面：各種出入口的雨水、地表水倒灌；混凝土本體滲漏；變形縫、施工縫、預(yù)埋穿墻管的滲漏。

1)各種出入口倒灌的原因

逃生口位置設(shè)計未考慮周圍地形，位于低點；

井蓋密封性受到人為破壞。

2)混凝土本體滲漏的原因

因各種原因引起的結(jié)構(gòu)裂縫而導(dǎo)致滲漏，如圖1所示。

圖1 隧道裂縫滲水

在結(jié)構(gòu)鋼筋密集部位，因施工振搗不到位導(dǎo)致結(jié)構(gòu)內(nèi)部空洞而引起的滲漏；

混凝土蜂窩部位出現(xiàn)滲漏，如圖2所示。

圖2 蜂窩麻面滲水

因電纜規(guī)模變化而現(xiàn)鑿的穿洞位置出現(xiàn)滲漏。

3)變形縫、施工縫、預(yù)埋穿墻管滲漏原因

變形縫止水帶固定不牢靠，澆筑混凝土跑偏；結(jié)構(gòu)伸縮變形超過止水帶極限造成撕裂變形；施工中止水帶未采取保護措施被破壞；橡膠止水帶采用再生橡膠，耐老化性能差，過早失效。

施工縫部位的混凝土接合不密實，留有孔隙；混凝土基面不達標；采用的防水措施欠妥當，不能起到止水或阻水作用。

群管未采用套管；管與結(jié)構(gòu)之間未采取防水加強措施；防水層在管根部位未采用密封收頭；管周圍混凝土振搗不密實，如圖3和圖4所示。

圖3 隧道電纜孔滲水

圖4 隧道穿墻孔滲水

2 工程概況

雄安新區(qū)某電纜隧道工程起于雄東500 kV變電站，止于昝西220 kV變電站，為雄安新區(qū)首條雙倉敷設(shè)的高壓電力下送通道。新建隧道路徑長度為11.766 km，大部分地段采用明挖法，穿河流、公路等處采用頂管法施工。本工程電力隧道屬于一級電纜通道，肩負著電力穩(wěn)定重任，容納電纜多，發(fā)生事故容易造成變電站停運，因此防水設(shè)計針對以上三個方面的滲漏類型進行重點防范，保證隧道本體在運營期間不能發(fā)生滲漏，保證隧道功能的正常運行和結(jié)構(gòu)的安全耐久。

擬建線路位于華北平原，沿線地層巖性主要為黃土狀土、粉土、黏性土及砂類土。地下水對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)及鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋具有微腐蝕性；地基土對混凝土結(jié)構(gòu)及鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋均具微腐蝕性。地下水埋深大于22 m，抗浮水位按照地表以下2 m設(shè)計。由于上部地層中存在不透水的粘性土層，在雨洪、積雪融化及灌溉季節(jié)，上部粉土、粉砂中會存在部分上層滯水，因此做好本工程的防水設(shè)計對隧道的正常運維是非常重要的。

3 防水設(shè)計原則

防水設(shè)計遵循“剛性為主，柔性為輔，防、排、截、堵相結(jié)合，剛?cè)嵯酀?，因地制宜，綜合治理”的原則。

1)防水體系以結(jié)構(gòu)剛性自防水為根本，采取措施控制混凝土裂縫的開展，提高混凝土的抗?jié)B性能；

2)以施工縫、變形縫、穿墻管(盒)、預(yù)埋件、預(yù)留通道接頭等細部構(gòu)造的防水為重點；

3)輔以優(yōu)質(zhì)合適的柔性外包防水層。

通過合理的防水設(shè)計、精心的施工、定期的維護，獲得長期可靠的防水效果，實現(xiàn)電力隧道防水的目標。

4 混凝土結(jié)構(gòu)自身抗?jié)B防水

4.1 混凝土自防水方案

混凝土自防水有三大要素：

1)混凝土抗?jié)B性能滿足工程要求；

2)混凝土具有良好的抗開裂或微裂縫自愈功能；

3)通過設(shè)置變形縫等方法劃分結(jié)構(gòu)單元或其他施工手段，增加結(jié)構(gòu)抗變形剛度，減小因沉降差、溫差等因素造成的結(jié)構(gòu)裂縫。

本工程環(huán)境作用等級為I-B的情況，混凝土等級采用C35滿足100 a設(shè)計使用年限的耐久性要求。通過選用優(yōu)質(zhì)的原材料、合理的配合比、可靠的施工過程質(zhì)量控制、摻加礦物摻合料和化學(xué)外加劑等措施提升混凝土耐久性指標。對試塊抗?jié)B性、電通量等耐久性相關(guān)指標測試[1]，確?；炷聊途眯赃_到設(shè)計要求[2]。

4.2 混凝土自防水提升

1)有效預(yù)防和控制混凝土裂縫的產(chǎn)生

① 嚴格控制混凝土配合比；

② 合理選擇防水混凝土原材料、施工及工藝控制、養(yǎng)護要求；

③ 設(shè)計控制鋼筋間距以及裂縫寬度；

④ 選擇優(yōu)質(zhì)的外加劑。

本工程在埋深較大、坡度較大、含水較多、施工質(zhì)量難保證的區(qū)段采用新型混凝土外加劑，提升這些區(qū)段隧道的防水性能，確保達到不滲漏的效果。

2) 合理設(shè)置變形縫和施工縫

變形縫的設(shè)置主要是考慮地質(zhì)變化、結(jié)構(gòu)體量相差較大、溫度變化等因素。根據(jù)本工程所在地區(qū)的溫度變化及電纜隧道的最高工作溫度和土質(zhì)條件，并計算區(qū)間段的混凝土伸縮量，變形縫縫距由規(guī)范規(guī)定不宜超過30 m優(yōu)化為30～60 m之間。此方案變形縫數(shù)量較規(guī)范規(guī)定的常規(guī)數(shù)量減少40% ，從而降低潛在的漏水風(fēng)險點，提高隧道防水效果。

環(huán)向施工縫間距由15 m調(diào)整為30 m，縱向施工縫只設(shè)置于底板以上300 mm處，極大的減少了滲漏風(fēng)險點，加快了施工進度。

3)變形縫處設(shè)置枕梁防止沉降

坡度較大及地層變化較大區(qū)段底板變形縫處設(shè)置枕梁，有效防止因不均勻沉降引起防水措施的破壞。

4) 預(yù)留通道接口優(yōu)化

為遠期規(guī)劃預(yù)留好接口，避免后期破壞主體結(jié)構(gòu)產(chǎn)生大的滲漏點，實現(xiàn)工程不同建設(shè)時序的協(xié)調(diào)統(tǒng)一。交叉口預(yù)留接口處采用鋼筋混凝土墻封堵，接口處預(yù)留鋼筋接駁器。后澆混凝土施工前應(yīng)將先澆結(jié)構(gòu)混凝土鑿毛，露出預(yù)埋的接駁器鋼板，與后澆混凝土內(nèi)的鋼筋連接牢固后再進行澆筑。

5 外包柔性防水設(shè)計

每種防水材料都有其特定的施工工藝，如基層處理、安裝鋪設(shè)方法、成品驗收、成品保護要求等。防水材料的選用一般應(yīng)考慮以下三個方面的要求：一是選用的防水材料的性價比(耐久性、環(huán)保)；二是選用材料的防水施工工藝不能過于復(fù)雜；三是選用的材料種類不宜過多，避免多種材料的搭接過多。

本工程放坡開挖段和有支護段選相同的方案：

底板：3.0 mm厚自粘聚合物改性瀝青防水卷材+2.0 mm厚非固化橡膠瀝青防水涂料。

側(cè)墻：3.0 mm厚自粘聚合物改性瀝青防水卷材+2.0 mm厚非固化橡膠瀝青防水涂料(立面專用型)。

頂板：4.0 mm厚SBS改性瀝青耐根穿刺防水卷材+2.0 mm厚非固化橡膠瀝青防水涂料，如圖5所示。

圖5 非固化橡膠瀝青防水涂料

外加“柔性防水”實質(zhì)是要解決“柔性防水材料”與混凝土結(jié)構(gòu)剛性體之間既要緊密附著防竄水，又要避免柔性防水層被拉裂或剝離的問題。本工程采用涂料+卷材的復(fù)合方式[2-3]，充分利用涂料類防水材料內(nèi)聚力低，與卷材類防水材料抗拉強度高、延伸率較大、耐撕裂性和耐磕碰性強，對基層伸縮和開裂變形適用性強的優(yōu)點，克服單純涂料防水和卷材防水的缺點。隧道防水措施從二級提升為一級，達到隧道不漏水、結(jié)構(gòu)表面無濕漬。

6 特殊部位防水設(shè)計優(yōu)化提升

本工程對明挖段變形縫、施工縫、穿墻管、陰陽角、對穿螺栓和結(jié)構(gòu)出地面6種，頂管段的管片接縫、頂管進出洞口、頂管與明挖接口4種，共計11種特殊節(jié)點部位的防水進行了專項設(shè)計。

6.1 變形縫的防水構(gòu)造優(yōu)化提升

變形縫整環(huán)設(shè)置中孔型中埋式鋼邊橡膠止水帶，再用外貼式橡膠止水帶，變形縫背水面縫內(nèi)整環(huán)采用聚氨酯密封膠進行嵌縫密封，嵌縫深度與縫同寬，變形縫內(nèi)填充丁晴軟木橡膠嵌縫，變形縫迎水面增設(shè)防水加強層。4道措施設(shè)防，達到一級設(shè)防要求，防止變形縫部位出現(xiàn)漏水。

6.2 施工縫的防水構(gòu)造優(yōu)化提升

施工縫按照設(shè)防等級要求可在中埋式止水帶、鍍鋅鋼板止水帶、外貼式止水帶、遇水膨脹止水條、密封膠嵌縫、外貼防水卷材、外涂防水涂料、水泥基滲透結(jié)晶型防水涂料、預(yù)埋注漿管等措施中選擇。本工程采用鋼板止水帶+膩子緩膨型遇水膨脹止水條+水泥基滲透結(jié)晶型防水涂料+外涂涂料加強層，4道防線，提升防水質(zhì)量和性能。

6.3 穿墻管防水設(shè)計優(yōu)化

外墻穿墻管采用柔性套管，套管(或主管)均設(shè)置止水環(huán)，并要求做閉水實驗，杜絕洞口滲水。

群管采用套管型式，設(shè)置防水加強層，遇水膨脹止水條，用防火堵料堵實電纜與預(yù)留管之間縫隙,封堵深度為30 mm，采用軟膩子將電纜與管道之間及電纜管周圍縫隙封堵嚴密，防止?jié)B水。

6.4 陰陽角防水設(shè)計優(yōu)化

加強措施：陰陽角防水設(shè)計采用加強層

抗裂措施：陰陽角處500 mm范圍內(nèi)混凝土保護層內(nèi)鋪規(guī)格φ6@200 mm×200 mm鋼筋網(wǎng)片。

6.5 對穿螺栓防水設(shè)計優(yōu)化

按照CECS 370：2014《隧道工程防水技術(shù)規(guī)范》。固定模板不宜使用對穿螺栓，如固定模板的螺栓必須穿過混凝土結(jié)構(gòu)時，可采用工具式螺栓或螺栓加堵頭，螺栓上應(yīng)加焊止水環(huán)。拆模后應(yīng)采取加強防水措施，將留下的凹槽封堵密實，并在迎水面增設(shè)防水加強層。

6.6 通風(fēng)口和逃生口防水設(shè)計優(yōu)化

通風(fēng)口頂板設(shè)置找坡層排水，出地面收口采用聚合物水泥砂漿作為保護層。逃生口采用雙層防水井蓋，井口距離地面不小于300 mm。

6.7 頂管接縫防水設(shè)計優(yōu)化

頂管采用承插口連接，前管設(shè)置止水條，接口處設(shè)置密封膏，后管設(shè)置兩道橡膠止圈，采用楔形密封橡膠圈。管節(jié)接口處設(shè)置復(fù)合襯墊，接口附近埋設(shè)注漿管，施工完成后采用外方管封堵。

6.8 頂管進出洞口防水設(shè)計優(yōu)化

頂管進出洞口設(shè)置簾布橡膠圈，防止泥沙及水的滲入，簾布橡膠由模具分塊壓制然后連成一整環(huán)。頂管管節(jié)與洞口處預(yù)埋鋼板連接，封堵頂管與井壁的空隙。

6.9 頂管井改造隧道與頂管、明挖隧道接口防水設(shè)計

頂管與明挖隧道采用在頂管井內(nèi)改造的明挖隧道過渡。頂管井改造隧道與頂管、明挖隧道接口處設(shè)置注漿管進行封堵，防水層收口采用密封膠封堵，如圖6、圖7所示。

圖6 頂管井改造隧道與頂管接口防水

圖7 頂管井改造隧道與明挖隧道接口防水

7 排水設(shè)計

本工程處于雄安外圍區(qū)域，屬郊野單元，目前無市政管網(wǎng)規(guī)劃。根據(jù)實際情況集中收集隧道內(nèi)污水，經(jīng)過處理后，排入沿線規(guī)定的排水點處。根據(jù)本工程地質(zhì)、水文及沿線的地質(zhì)情況設(shè)計，形成匯集、流徑和排出等完整的排水系統(tǒng)并滿足周圍環(huán)境保護要求。

排水管道通過風(fēng)機房的側(cè)墻或隧道側(cè)墻穿出隧道，減少開孔數(shù)量，降低隧道本體開孔處漏水風(fēng)險。集水坑設(shè)置兩臺水泵，一用一備，潛污泵均采用水位自動控制、就地手動控制及控制室遠程監(jiān)視相結(jié)合的控制方式。水泵的啟、停、故障狀態(tài)信號，水池內(nèi)的低報警水位、停泵水位、及高水位報警，均應(yīng)能在控制室內(nèi)顯示。

圖8 步道下設(shè)置的排水管線

圖9 通風(fēng)口處排水系統(tǒng)

8 結(jié)論

根據(jù)本文對地下電纜工程防水設(shè)計的分析，并結(jié)合雄安工程對地下電纜工程防水優(yōu)化設(shè)計，得出以下結(jié)論：

1)隧道結(jié)構(gòu)主體采用防水抗?jié)B混凝體澆筑，抗?jié)B等級不小于P8，局部區(qū)段選擇優(yōu)質(zhì)的外加劑，保證防水效果。

2)本工程外包防水方案采用涂料+卷材的復(fù)合方式，充分利用了涂料類防水材料與基層能有效結(jié)合和卷材類防水材料抗拉強度高、延伸率較大、耐撕裂性和耐磕碰性強的優(yōu)點，使隧道防水性能達到一級。

3)對變形縫、施工縫、后澆帶、穿墻管、預(yù)埋件、孔口等細部構(gòu)造進行了防水優(yōu)化設(shè)計，保證整個隧道防水的整體性。

4)對隧道排水系統(tǒng)進行了優(yōu)化，在保證安全可靠的前提下，選擇最經(jīng)濟合理的排水方案。