太兴铁路隧道防排水施工技术

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摘要：介绍太兴铁路隧道防排水施工工艺、施工方法、质量控制要点

关键词：隧道防排水盲管防水板止水带 施工工艺

中图分类号：U45文献标识码：A 文章编号：

一、概况

太原至兴县铁路镇城底至静游段全长 34.95 公里，其中隧道 14 座计 25.377 公里，占线路全长的 72.61%。隧道防排水是隧道施工的一项重要内容，防排水施工质量对隧道工程的总体施工质量、衬砌结构的耐久性、运营安全等都有着重要影响。为了确保隧道防排水施工质量，山西太兴铁路有限公司在大面积展开防排水施工前，按照“防、排、堵、截相结合，因地制宜，综合治理”的原则，结合太兴铁路太原至兴县段各隧道所处的岩层属性，组织各参建单位对隧道防排水工艺进行专项研究。通过现场试验、样板评估和验收总结，经评估合格后用以系统地指导现场施工。

1、太兴铁路隧道防排水标准

隧道防水等级必须达到国家标准《地下工程防水技术规范》（GB50108）规定的一级防水等级标准，二次衬砌结构不允许渗水，二次衬砌结构表面无湿渍。检测手段以目测方式为主，要求衬砌密实且表面观察不到湿渍为准。

2、隧道结构防排水主要采取的措施

①在隧道内设双侧排水沟，进出口500米范围内加保温材料，出口设检查井连接洞内水沟和洞外保温暗管，保温水沟和保温暗管每隔30米设一处检查井，保温暗管采用端墙式保温出水口，设于线路右侧，并做好防冻措施；②衬砌拱墙背后设EVA防水板（厚度不小于1.5mm），背衬无纺布（大于350g/㎡），拱墙环向、墙角纵向设盲管（沟）。环向排水盲管（φ50HDPE单壁打孔波纹管）间距按8米考虑，环向盲管通过三通管直接与角墙下的纵向盲管连接，纵向排水盲管（φ80HDPE双壁打孔波纹管）每隔5-10米左右通过边墙进水孔引入侧沟；③环向施工缝采用中埋橡胶止水带加外贴止水带的复合防水构造，纵向施工缝采用遇水膨胀止水条加外贴止水带的复合防水构造；环向变形缝采用中埋橡胶止水带、嵌缝材料构成的复合防水构造；④附属洞室拱墙背后设置防水板及φ50mm纵向透水盲管。施工缝设中埋式止水条及中埋式止水带；⑤隧道衬砌施工变形完成后，进行衬砌背后回填注浆。

二、隧道防排水施工方法

1、防排水施工工艺流程图

说明：流程中每一道工序施工完毕后都要进行施工质量检验，合格后方可进行下一工序的施工；上一工序未检验或检验不合格时，不得进行下一工序的施作。

2、矮边墙浇筑及控制要点

矮边墙的作用主要是放置和固定纵向透水管，控制纵向透水管的排水坡度，所以，施工中可以采用两种方法施作：（一）在施作完仰拱及填充后，在边墙脚结构钢筋外侧单独浇筑，矮边墙宽度为纵向透水管的直径，高度为填充顶面以上60cm；（二）浇筑仰拱时按照设计将仰拱两侧浇筑至纵向透水管地面高度，在两侧仰拱顶面放置纵向透水管。

采用第（一）中方法施作时,矮边墙浇筑前要将相应部位的喷射砼表面及仰拱填充砼表面用风水冲洗干净；浇筑矮边墙所用砼标号与二衬砼标号一致；采用第（二）中方法施作时，要加工专用仰拱内模板，模板的弧度要严格按照仰拱内表面设计弧度加工以确保与拱墙部弧形顺接。

控制要点：矮边墙的顶面坡度要与隧道设计纵坡相一致，浇筑前每间隔5m做出标高控制标记；拆模后要立即对分次浇筑的混凝土界面进行凿毛处理。

3、排水盲管施工

1）排水盲管施工工艺流程

钻孔定位 安装锚栓捆绑盲管盲管纵向环向连接。

2）环向排水盲管施作方法

隧道衬砌防水板背后环向设置直径φ50mmHDPE单壁打孔波纹管，环向盲管纵向间距按８m 1环，施工时应根据洞内渗、漏水的实际情况，在地下水发育的地段应加密设置排水盲管；并采用三通接盲管与角墙下的纵向盲管相连。

3）纵向排水盲管施作方法

在隧道两侧边墙墙脚外侧泄水孔标高处两道环向盲沟之间设置纵向直径φ80mmHDPE双壁打孔波纹管，纵向排水盲管每隔5-10米左右通过边墙进水孔引入侧沟。纵向盲管应与环向盲管、泄水管用变径三通连为一体，形成完整的排水系统。

纵向排水盲管按设计规定划线，以使盲管位置准确合理，盲管安设的坡度与线路坡度一致。

排水盲管采用钻孔定位，定位孔间距在30cm～50cm。将膨胀锚栓打入定位孔或采用锚固剂将钢筋头预埋在定位孔中，固定钉安在盲管的两端。用无纺布包住盲管，采用铆钉加压条固定住盲管，然后再固定在膨胀螺栓上。盲沟透水体采用粒径16～32mm级配卵石，坡度不小于45度，也可采用16～32mm的无砂混凝土。为统一施工，各隧道尽量都按无砂混凝土施工。包裹纵向盲管的防水板压住上部防水板。排水系统见下图：

4)墙泄水管施作方法

模板架立后开始施作边墙泄水管，在模板对应于泄水管的位置开一个同泄水管直径相同的孔。泄水管一端安在模板的预留孔上，另一端安装在纵向排水管上，泄水管与纵向排水管用三通连接时必须有固定措施。在隧道电缆槽底部均应设置φ50mmPVC管泄水孔连至侧沟，泄水孔纵向间距3～5m。

5) 排水盲管施工控制要点

①纵向贯通排水盲管安装应按设计规定划线，以使盲管位置准确合理，划线时注意盲管尽可能走基面的低凹处和有出水点的地方。

②排水盲管应紧贴渗水岩壁安设，尽量减少地下水由围岩进入盲管的阻力；排水盲管布置应平顺，不得起伏不平。

③排水盲管应固定牢固，并采取适当的保护措施，盲管上接头用无纺布的渗水材料包裹，防止水泥浆或杂物窜入、堵塞排水盲管。

④排水管路的连接应牢固、通畅，纵向排水盲管安装坡度必须符合设计要求，通向水沟的泄水管应有足够的泄水坡。

⑤集中出水点沿水源方向钻孔，然后将单根集中引水盲管插入其中，并用速凝砂浆将周围封堵，以使地下水从管中集中引出。

⑥盲管与支护的间距不得大于5cm。

4、防水板的施工

1） 施工准备

⑴洞外准备：检验防水板质量，用铅笔划焊接线及拱顶分中线，按每循环设计长度截取，对称卷起备用。

⑵洞内准备：铺设台架行走轨道；施工时采用两个作业台架，一个用于基面处理，一个用于挂设防水板，基面处理和挂设超前防水板两个循环。

⑶断面量测：测量断面，对隧道净空进行量测检查，对个别欠挖部位进行凿除处理，以满足净空要求；同时准确测放拱顶分中线。

⑷基面处理

防水层铺设前，应先对隧道初期支护喷射的混凝土表面进行处理，切除锚杆头和钢筋外露头，如图1，并用细石混凝土抹平覆盖。初期支护应无空鼓、裂缝、松酥，表面应平顺，凹坑深宽比应控制在1：10以内；深宽比大于1：10的凹坑应用细石混凝土填平，凹坑太大处要抹平补喷混凝土，确保混凝土表面平整，无尖锐棱角。有凸出的管道时，用砂浆抹平（如图2）；锚杆有凸出部位时，螺头顶预留5mm切断后，用塑料帽处理（如图3）。

图1混凝土表面钢筋头处理示意图

图2 管道处理示意图

图3 锚杆头处理示意图

2 ）铺设防水板

（1）土工布的铺设

隧道初期支护的表面处理完成后，应根据施工要求先铺设（大于350g/m2）的无纺土工布，首先采用简易作业台车将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。专用热熔衬垫及射钉按梅花型布置，拱部间距0.5～0.7m，边墙1.0～1.2m。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，无纺布褶皱堆积形成人为蓄水点。无纺布搭接宽度大于10cm。

（2）防水板的铺设

防水板超前二次衬砌10～20m施工，用自动爬行热焊机进行焊接，铺设采用专用台车进行。

①铺设前进行精确放样，弹出标准线进行试铺后确定防水板一环的尺寸，尽量减少接头。

②防水板铺设应采用无钉铺设工艺，应采用从下向上的顺序铺设，松紧应适度并留有余量（实铺长度与弧长的比值为10：8），使之能与无纺布充分接合并紧贴在混凝土表面，检查时要保证防水板全部面积均能抵到围岩。

③铺设防水板前应先把土工布铺设好，然后用手动热容器加热，使防水板焊接在固定无纺布的专用热熔衬垫上。

④焊接前应先除尽防水板表面的灰尘再焊接，两幅防水板的搭接宽度不应小于15cm。

⑤环向铺设时，先拱后墙，下部防水板应压住上部防水板。防水板铺设见下图：

⑥防水板间自动热熔焊接用自动双缝热熔焊机按照预定的温度、速度焊接，细部处理或修补采用手持焊枪，单条焊缝的有效焊接宽度不应小于15mm，焊接严密，不得焊焦焊穿。

⑦防水板的搭接缝焊接质量检查应按充气法检查，将5号注射针与压力表相接，用打气筒进行充气，当压力表达到0.25MPa时停止充气，保持5min，压力不小于0.16MPa，说明有未焊好处。用肥皂水涂在焊缝上，有气泡的地方重新补焊，直到不漏气为止。试验部位用红笔标明试验情况和结果。

⑧防水板纵向搭接与环向搭接处，除按正常施工外，应再覆盖一层同类材料的防水板材，用热焊焊接。

⑨分段铺设的卷材的边缘部位预留至少100cm的搭接余量（即满足防水板间搭接缝与变形缝、施工缝等防水薄弱环节错开1m以上的要求），并且对预留部分边缘部位进行有效的保护。

⑩绑扎或焊接钢筋时，采取措施应避免对卷材造成破坏。

⑾混凝土振捣时，振捣棒不得接触防水板，以防防水板受到损伤。

⑿防水板破损处修理：如发现防水板有破损，必须及时修补。先取一小块防水板，除尽两防水板上的灰尘后，将其置于破损处，然后用手动电热熔器焊接。小补丁上必须再焊接上大补丁。

⒀施工要点控制

①防水板表面平顺，无褶皱、无气泡、无破损等现象。

②当基面轮廓凸凹不平时，要预留足够的松散系数，使其留有余地，并在断面变化出增加悬挂点，保证缓冲面与混凝土表面密贴。

③防水板搭接用热焊器进行焊接，接缝为双焊缝，焊接温度应控制在200～270度为宜，并保持适当的温度即控制在0.1～0.15m/min范围内。太快焊缝不牢固，太慢焊缝易焊穿、烤焦。

④焊缝若有漏焊、假焊应予补焊；若有烤焦、焊穿处以及外露的固定点，必须用塑料片焊接覆盖。

⑤焊接钢筋时在其周围用石棉水泥板进行遮挡，以免溅出火花烧坏防水层；灌注二衬砼时输送泵管不得直接对着防水板，避免混凝土冲击防水板引起防水板滑脱、下滑。

3、止水带及止水条施工

1）止水带施工

（1）施作方法:沿衬砌轴线每隔不大于0.5m钻一φ12的钢筋孔。将制成的钢筋卡，由待灌混凝土侧向另一侧穿过挡头模板，内侧卡进止水带一半。挡头模板采用箱形模板，另一半止水带应用箱形模板保护，待混凝土凝固后拆除挡头板，然后用钢筋卡紧止水带。

（2）施工控制要点：

①检查待处理的施工缝附近1m范围内围岩表面不得有明显的渗漏水，如有则采取必要的挡堵(防水板隔离)和引排措施。

②止水带埋设位置应准确，其中间空心圆环应与变形缝重合。

③止水带定位时，应使其在界面部位保持平展，不得有翻滚、扭结。

④每个施工缝所用止水带要尽量减少接头，当采用热硫化连接的方法，搭接长度不得小于10cm,焊缝宽度不小于5 cm；当采用冷接法时应采用专用粘接剂，其搭接长度不得小于20 cm。且要将搭接位置尽量避开容易形成壁厚积水的部位，宜留设在起拱线以下边墙位置。严禁采用不加处理的“搭接”。

⑤止水带对称安装，伸入模内和外露部分宽度必须相等，沿环向每0.5m设钢筋夹住，以保证止水带在整个施工过程中位置的正确。止水带处砼表面质量应达到宽度均匀、缝身竖直，环向贯通，填塞密实，外表光洁。

⑥浇注混凝土时，注意在止水带附近振捣密实，但不得碰止水带，防止止水带走位。止水带施工中用泡沫塑料对止水带进行定位，避免其在混凝土浇筑中发生移位。

⑦环向施工缝采用中埋橡胶止水带加外贴止水带的复合防水构造，纵向施工缝采用遇水膨胀止水条加外贴止水带的复合防水构造；环向变形缝采用中埋橡胶止水带、嵌缝材料构成的复合防水构造。

⑧止水带安设前避免被污物或水泥砂浆等污损，浇筑砼前对止水带表面进行去污处理。止水带的接头连接采用热焊或挫面后用厂家配备的专用胶粘接，要确保接缝平整、牢固，不得有裂口和脱胶现象。安设时不得出现翻转、扭曲。

⑨止水带中心线要与施工缝中心线重合；止水带的固定要牢固；止水带要在衬砌厚度的中心处；由于止水带破损后难修补，施工中要注意对已安设的止水带采取有效的保护措施，尤其仰拱施工缝处的止水带，开挖仰拱基坑时，靠近仰拱施工缝的部位应采用人工配合机械开挖以避免大型挖掘机械损伤已安设的止水带，如需要爆破开挖，则必须采用弱爆破，并用竹排、木板等对止水带进行遮盖。

2）止水条施工

（1）施作方法：

水平施工缝先浇筑混凝土在初凝后、终凝前根据止水条的规格在混凝土端面中间压磨出一条平直、光滑槽。环向或竖向施工缝采用在端头模板中间固定木条或金属构件等，混凝土浇筑后形成凹槽。槽的深度为止水条厚度的一半，宽度为止水条宽度。清洗后，在灌注下循环混凝土之前，将止水条粘贴在槽中。

（2)施工控制要点：

①混凝土初凝后，拆除端头模板，将凹槽压平、抹光，凹槽的宽度略大于止水条的宽度。

②止水条安放前，先将已浇筑混凝土端部充分凿毛、清洗干净。

③止水条在衬砌台车移动前4h左右安装，安装前最好先在凹槽内涂抹一层氯丁胶粘剂，止水条顺凹槽拉紧嵌入，确保止水条与槽底密贴，并用水泥钉固定牢固，同时在端部混凝土面上涂抹一层界面剂。

④止水条若有搭接，则可将止水条切成对口三角形，用氯丁胶水粘结。接口处不得有空隙。

（3）施工缝及变形缝

①隧道的变形缝必须根据图纸要求的里程进行设置，隧道的施工缝可根据施工需要设置，但应满足外观、衬砌台车结构、预留槽道设置的要求。

②隧道的变形缝设置幅宽30cm的中埋式遇水膨胀橡胶止水带，内缘3cm范围内以聚硫密封胶封堵，其余缝隙采用填缝料填塞密实。变形缝宽度为2cm, 仰拱部分在止水带上下1/6仰拱厚度的位置设置Φ50双层抗剪钢筋，环向间距50cm。拱墙部分靠止水带内侧设置镀锌接水盒，内侧采用聚硫密封胶封堵密实平整。

③环向施工缝采用中埋遇水膨胀橡胶止水带，砼接头面人工凿毛，去除浮浆后刷混凝土界面剂，保证先后施工的砼整体性。隧道墙部分接头位置止水带背后设置Φ50外包土工布的环向波纹管，接至隧道两侧水沟。仰拱环向施工缝采用中埋遇水膨胀橡胶止水带。

④隧道纵向施工缝处混凝土接触面涂以混凝土界面剂。其技术指标为：白色乳液，黏度0.025～0.06pa.s，PH值为7～8.5，固体含量5.6～7％，抗拉粘结强度≥0.2MPa，剪切强度≥0.4MPa，干燥时间≥2小时。其他各项检验指标必须满足设计、技术指南及验标的要求。

⑤包裹波纹管的土工布规格为：长丝，规格型号不小于350g/㎡,最大延伸率65％，CBR顶破强度≥2.0KN，刺破强度及撕裂强度0.4 KN，幅宽≮5.0m，垂直渗透系数不小于1×10-2cm/s；等效孔径O95≤0.2mm。

5、防水混凝土及衬砌背后回填注浆

1）防水混凝土的配合比

（1）水泥用量不得少于320kg/m3，当掺有活性掺和料时，水泥用量不得少于280kg/m3；砂率宜为35～40％，泵送时可增至45％；灰砂宜为1∶1.5～1∶2.5；水灰比不得大于0.55。

（2）普通防水混凝土坍落度不宜大于50 mm。防水混凝土采用泵送方式灌注混凝土时，入泵坍落度宜控制在120±20mm，入泵前坍落度每小时损失值不应大于30mm，坍落度总损失值不应大于60mm。

（3）掺加引气剂或引气型减水剂时，混凝土含气量应控制在3％～5％。

（4）防水混凝土采用预拌混凝土时，缓凝时间宜为6～8h。

2） 防水混凝土施工

（1）防水混凝土拌和物必须按配合比准确计量，计量允许偏差：水泥、水、外加剂、掺合料为±1％；砂、石为±2％。搅拌时间不应小于2min。掺外加剂时，应根据外加剂的技术要求确定搅拌时间。

（2）每环混凝土浇注时间不宜大于2小时，脱模时间不应早于浇注完成后24小时。仰拱填充必须与仰拱分批浇注，并严禁半幅施工。

（3）二次衬砌所用模板，要求接缝严密、不漏浆液，内外模板之间不得用螺栓拉杆或铁丝穿透固定，以免留下透水通道。

（4）防水混凝土应采用高频机械振捣密实，振捣时间宜为10～30s，以混凝土泛浆和不冒气泡为准，应避免漏振、欠振和超振，当掺加引气剂或引气型减水剂时，应采用高频插入式振捣器振捣，振捣棒不得直接接触防水板。

（5） 防水混凝土拌合物在运输后如出现离析，必须进行二次搅拌。当坍落度损失后不能满足施工要求时，应加入原水灰比的水泥浆或二次掺加减水剂进行搅拌，严禁直接加水。

3) 二次衬砌回填灌浆

（1）隧道衬砌施工完成并达到70%强度后，应进行衬砌背后回填注浆。纵向注浆管设在拱顶模筑衬砌外缘，防水板内侧。纵向注浆管采用直径20毫米的聚乙稀管。在防水板敷设完成后，纵向注浆管采用胶粘于防水板内侧，结合施工缝布置，注浆管8至10米一段，两端分别与预埋镀锌钢管注浆口连接，镀锌钢管注浆口应突出衬砌内缘3至5厘米，以便于连接。注浆材料采用纯水泥浆，其配合比根据现场试验确定，回填注浆压力：初压0.05～0.08MPa，终压0.1MPa。回填灌浆时应防止浆液堵塞排水系统。

结语：

隧道工程是太兴铁路镇城底至静游段的重要组成部分，其防排水质量的好坏直接关系到日后的运营安全和太兴铁路的建设形象。经过试验、探索、总结的防排水施工工艺，对于指导太兴铁路镇城底至静游段隧道工程的防排水大面积施工，起到了很好的作用。