隧道防水隔离层及二次衬砌施工技术

隧道防水隔离层及二次衬砌施工技术主讲：王振宇隧道产生渗漏的原因分析（1）隧道开挖对地下水的影响根据水力学和水文地质学原理，地下水的流动，有其固定的流线，从高压水位流向低压水位，但由于隧道的开挖，将引起围岩应力释放和重分布，从而改变围岩的力学特性和泾流路线，使周围水向隧道内汇集和积聚，给衬砌及底部渗漏水留下隐患。隧道开挖影响范围的大小与地层的渗漏系数、水位降深、过水断面大小有关，此外还受隧道周围溶洞、泉眼、水库或湖泊、江河的影响。（2）衬砌混凝土中的泌水管路浇筑混凝土时由于水灰比过大，在混凝土硬化过程中，由于多余的水分（不参与水化作用的游离水分）的蒸发，在混凝土中形成透水的开放性毛细泌水管路。（3）施工中的原因使混凝土中存在空隙①在混凝土拌合时，因拌合物和易性不佳，或因施工作业草率，以致混凝土质地不够均匀；或水泥浆未能与骨料表面很好粘结，如骨料表面被污染，水泥本身的内聚力超过了与集料的附着力，形成透水缝隙；或混凝土拌合物未能很好灌满捣实，从而产生疏松层或留下各种形状的缝隙与孔洞。②衬砌混凝土材料中有杂物，腐烂后形成缝隙或孔洞。特别是在两环混凝土接缝部位，由于挡头板未拆除干净，腐烂后形成缝隙而漏水。③灌筑衬砌混凝土的工作缝未加处理或处理不当，产生接合不严的漏水缝隙。④先拱后墙法施工的拱墙连接部位处理不当而产生漏水。⑤变形缝止水带安设不规范或未安设止水带而漏水。⑥衬砌或混凝土砌块衬砌的灰缝不密实而漏水。（4）衬砌混凝土的化学腐蚀衬砌周围的天然水对衬砌混凝土有腐蚀性。常见有溶出性、碳酸性、一般酸性、硫酸盐性和镁盐性的腐蚀等。这些腐蚀可能造成漏水孔隙，严重时将造成混凝土结构的破坏。（5）内应力作用使衬砌产生裂隙如施工方法不当，或拆模过早，或围岩压力过大超过设计荷载等，都能使衬砌内应力超过破坏强度而导致裂缝。如果隧道不设变形缝，当温差超过7~10℃时，混凝土可能因不能承受温度应力而产生裂缝。防水层隧道防水层是由防水板及其垫层组成，它能将地层中的渗水阻隔于二次衬砌之外，避免水与二次衬砌混凝土接触，防止地下水通过二次衬砌的薄弱环节渗入隧道。垫层的作用是保护防水板，使防水板免遭尖锐物的刺伤，同时充当渗水通道。防水板多为合成高分子卷材，种类繁多，隧道工程上常用的防水板有PVC、EVA、HDPE、LDPE等，一般采用双焊缝，无钉铺设的方式。从围岩中渗流的水，在受到防水层阻隔后，不再沿径向渗向隧道，而只能在重力的作用下沿着喷射混凝土与防水层的间隙下渗。当渗水量较小时，很容易下排；当渗水量较大时，则通过铺设的排水盲管排出。3.8防水板施工作业

在基面处理、排水盲管设置、水平施工缝止水条安装完成后，进行防水板施工作业，一般包括铺设准备、缓冲层铺设、防水板固定、防水板焊接、质量检查等环节。防水板铺设专用台车示意图（1－衬砌内轮廓检测刚架；2－人梯；3－作业平台；4－防水板扇形支撑；5－门架）3.8.1

铺设准备洞外检查、检验缓冲层材料及防水板质量，防水板宜选用高分子材料，幅宽一般为2～4m，其中客货共线隧道防水板厚度不得小于1.2mm，客运专线防水板厚度不得小于1.5mm，耐刺穿性、柔性、耐久性好且应符合设计要求。对检查合格的防水板，用特种铅笔划焊接线及拱顶分中线，并按每循环设计长度截取，对称卷起备用；洞内在铺设基面标出拱顶中线，画出隧道中线第一环及垂直隧道中线的横断面线。防水板主要物理性能项目拉伸强度（MPa）断裂延伸率（％）热处理时变化率（％）低温弯折性抗渗性指标≥12≥200≤2.5－20℃无裂纹0.2MPa,24h不透水3.8.2

缓冲层铺设对于设计为分离式的防水板，先进行缓冲层铺设，缓冲层材料根据设计选用，一般采用射钉固定。土工布，又称土工织物，它是由合成纤维通过针刺或编织而成的透水性土工合成材料。成品为布状，一般宽度为4-6米，长度为50-100米。土工布分为有纺土工布和无纺土工布。土工布具有优秀的过滤、排水、隔离、加筋、防渗、防护作用，具有重量轻、抗拉强度高、渗透性好、耐高温、抗冷冻、耐老化、耐腐蚀

暗钉圈固定缓冲层示意图隧道防水板垫层布设（1）铺设的步骤为：①先在隧道拱部位标出纵向中线。②使缓冲层垫衬基本与洞室轴线直交，留足基面凹凸部位的富有量，由两边墙向拱部铺设。③用带热塑性圆垫圈的射钉将缓冲层平整顺直地固定在基层上，固定点间距：一般拱部0.5~0.8m，边墙0.8~1.0m，底部1~1.5m，呈梅花形排列，并左右上下成行固定。④缓冲层接缝搭接宽度不得小于50mm，一般仅设环向接缝，当长度不够时，设轴向接缝应确保上部（靠近拱部的一张）应由下部（靠近底部的一张）缓冲层压紧，并使缓冲层与喷混凝土表面密贴。（2）缓冲层铺设设质量检查指指标：①缓冲层材料料的各项技术术参数满足设设计要求。②铺设范围及及铺挂方式及及搭接宽度符符合设计要求求。③固定点设置置的数量合理理，间距满足足规定。④铺设面平顺顺，无隆起，，无皱折。3.8.3防水板铺设（1）技术要求①防水板铺设应应超前二次衬衬砌施工1～2衬砌施工段长长度，并设临临时挡板防止止机械损伤和和电火花灼伤伤防水板，同同时与开挖掌掌子面应保持持一定的安全全距离。②对于初期支护护为钢纤维混混凝土的，防防水板铺设前前应补喷一层层水泥沙浆保保护层，以保保护防水板。。③铺设前进行精精确放样，弹弹出标准线进进行试铺后确确定防水板一一环的尺寸，，尽量减少接接头。④防水板采用环环向铺设，从从拱部向两侧侧边墙展铺，，下部防水板板应压住上部部防水板，松松紧应适度并并留有余量（（一般实铺长长度与弧长的的比值为10：8），保证防水水板全部面积积均能抵到围围岩。防水层搭接焊焊示意图⑤分段铺设的卷卷材的边缘部部位预留至少少60cm的搭接余量并并且对预留部部分边缘部位位进行有效的的保护。⑥附属洞室处处铺设防水板板时，先按照照附属洞室的的大小和形状状加工防水板板，并与边墙墙防水板焊接接成一个整体体。⑦三层以上的的塑料防水板板的搭接形式式必须是T形接头。⑧两幅防水板板的搭接宽度度不应小于150mm。排水盲管排水盲管又称称排水盲沟，，主要以合成成纤维、塑料料以及合成橡橡胶等为原料料，经不同的的工艺方法制制成各种类型型、多功能的的土工产品。。其材质憎水水、阻力小，，具有极高的的表面渗水能能力和内部通通水能力；并并具有极好的的抗压能力及及适应形变的的能力；具有有极佳的化学学惰性，在岩岩土工程使用用中能保持长长久的寿命；；重量轻，易易裁剪，施工工安装方便。。应用领域主主要作用是集集排土中渗水水，用以减小小地下水压力力，排除多余余水分，保护护土体和建筑筑物不会因产产生渗透变形形而破坏。广广泛应用于土土木、交通、、水利、工民民建矿工、环环境保护等建建设项目的地地下集排水工工程。（2）防水板固定①对于设计为为分离式的防防水板，可用用热风焊枪或或热合器，使使其防水板融融化与塑料垫垫圈粘结牢固固。②对于设计为为复合式的防防水板，则按按设计要求（（一般拱部0.5~0.8m，边墙0.8~1.0m，底部1~1.5m）在铺设基面面打设膨胀锚锚栓，采用悬悬吊法牢固固固定，膨胀锚锚栓帽宜采用用圆弧形，锚锚栓顶面离喷喷射混凝土面面距离不大于于3mm。③在凹凸较大大的基面上，，在断面变化化处增加固定定点，保证其其与混凝土表表面密贴。（3）防水板铺设、、固定质量检检查①铺设范围及及铺挂方式应应符合设计要要求；②搭接形式和和宽度满足规规定要求；③悬吊固定点点设置的数量量合理，间距距满足规定；；④分段铺设的的预留接头长长度满足规定定要求；⑤防水板的与与基层固定牢牢固，用手将将已固定好的的塑料板上托托或挤压，检检查其与喷射射砼面的密贴贴程度及预留留量，防水板板没有绷紧和和破损现象。。（4）防水板焊接①焊接时，接接缝处必须擦擦洗干净，且且焊缝接头应应平整，不得得有气泡折皱皱及空隙。②防水板之间间的搭接缝应应采用双焊缝缝、调温、调调速热楔式功功能的自动爬爬行式热合机机热熔焊接，，细部处理或或修补采用手手持焊枪。③开始焊接前前，应用小块块塑料片上试试焊，以掌握握焊接温度和和焊接速度。。④单条焊缝的的有效焊接宽宽度不应小于于15mm。防水板搭接焊焊缝示意图国内常用焊接接机防水板焊接试试验⑤在焊缝搭接的的部位焊缝必必须错开，不不允许有三层层以上的接缝缝重叠。焊缝缝搭接处必须须用刀刮成缓缓角后拼接，，使其不出现现错台。⑥防水板纵向向搭接与环向向搭接处，除除按正常施工工外，应再覆覆盖一层同类类材料的防水水板材，用热热焊焊接。⑦焊缝应无漏漏焊、假焊烤烤焦、焊穿、、外露的固定定点等现象，，若有应予补补焊，且用塑塑料片覆盖焊焊接。（5）防水板焊缝施施工质量检查查①目测及尺量量检查：检查查防水板有无无烤焦、焊穿穿、假焊和漏漏焊，焊缝宽宽度是否符合合设计，焊缝缝是否均匀连连续，表面平平整光滑，有有无波形断面面。②充气检查：：检查采取随随机抽样的原原则，环向焊焊缝每衬砌循循环抽试1条，纵向焊缝缝每衬砌循环环抽试2条。具体检查查要求为：将将5号注射针与压压力表相接，，用打气筒进进行充气，当当压力表达到到0.25MPa时停止充气，，保持15min，压力下降在在10%以内，说明焊焊缝合格；如如压力下降过过快，说明焊焊缝不严。用用肥皂水涂在在焊缝上，有有气泡的地方方重新补焊，，直到不漏气气为止。（6）防水板施工作作业控制要点点①防水板应存存放在室内，，库房应整洁洁、干燥、无无火源、自然然通风要好，，并应远离高高温热源及油油脂等污物，，防水板搬运运时严禁在地地面拖拉。②防水板铺设设前，应全部部检查防水板板是否有变色色、波纹(厚薄不均)、斑点、刀痕痕、撕裂、小小孔等缺陷，，如果存在质质量疑虑，要要进行张拉试试验、防水试试验和焊缝抗抗拉强度试验验，如发现防防水板有裂纹纹、针孔等应应立即修补好好。③膨胀螺栓安安装孔位要严严格控制方向向和排列距离离，避免安装装时搭接困难难，并且要尽尽量垂直岩壁壁。④防水板接缝缝应与衬砌施施工缝错开0.5～1m。⑤对于避车洞洞处防水板的的铺设，如成成形不好，须须用浆砌片石石或模筑混凝凝土使其外观观平顺后，方方可铺设防水水板，对于热热合器不易焊焊接的部位用用热风枪手工工焊接。⑥工作台面板板及人员上下下的梯子要稳稳固可靠，不不得有裸露的的尖钉及锋利利器角物。⑦操作时工作人人员严禁吸烟烟，热焊机操操作手必须经经过培训，并并且人员相对对固定。（7）防水层的保护护防水层施工完完成后，必须须严加保护，，否则极易损损坏，导致防防水质量下降降乃至完全失失效，故必须须予以重视。。①任何材料、、工具、在铺铺设时应尽量量远离已铺好好的地段堆放放，不得穿带带钉子的鞋在在防水层上走走动，对现场场施工人员加加强防水层保保护意识教育育，严禁损坏坏。②在没设保护护层处（如拱拱顶、侧墙））进行其他作作业时不得破破坏防水层，，钢筋焊接作作业时，防水水板要用阻燃燃材料进行覆覆盖，避免焊焊火花损伤防防水板。③挡头板的支支撑物在接触触到塑料防水水板处必须加加设橡皮垫层层。④采用钢筋混混凝土衬砌时时，要对钢筋筋头部进行防防护，避免损损伤防水板。。⑤绑扎钢筋和安安装模板及衬衬砌台车就位位时，在钢筋筋保护层垫块块外包土工布布防止碰撞和和刮破塑料板板。⑥在灌注二次次衬砌混凝土土时，振捣棒棒引起的对防防水层的破坏坏不易发现，，故二次衬砌砌模注混凝土土施工时应特特别注意，不不得破坏防水水层，浇筑时时应有专人观观察，发现损损伤应立即修修补。⑦在灌注二次次衬砌混凝土土时，应在混混凝土输送泵泵出口处设置置防护板，防防止混凝土直直接冲击防水水板。⑧二次衬砌模模注混凝土捣捣固时，避免免让捣固器与与防水板接触触；插入式振振动棒需变换换其在混凝土土中的位置时时，应竖向缓缓慢拔出，不不得在混凝土土浇筑仓内平平拖。⑨二次衬砌中中埋设的管料料与防水板间间距不小于5cm，以防止破损损塑料防水板板。概述1二次衬砌施工方法2施工缝及空隙的处理3减少及预防二次衬砌开裂4二次现浇混凝凝土衬砌施工工在公路隧道及及地下工程中中常用的支护护衬砌形式主主要有：整式式衬砌、复合合式衬砌及锚锚喷支护。整整体式衬砌即即为永久性的的隧道模筑混混凝土衬砌（（常用于传统统的矿山法施施工）；复合合式衬砌是由由初期支护和和二次支护所所组成，初期期支护是帮助助围岩达成施施工期间的初初步稳定，二二次支护则是是提供安全储储备或承受后后期围岩压力力。锚喷衬砌砌的设计基本本上同复合式式衬砌中的初初期支护的设设计，只是应应增加一定的的安全储备量量。

一.概述常用的支护衬衬砌形式1整体式衬砌（（传统矿山法）2复合式衬砌（（新奥法）3锚喷衬砌按照现代支护护理论和新奥奥法施工原则则，作为安全全储备的二次次支护是在围围岩或围岩加加初期支护稳稳定后及时施施作的，此时时隧道已成型型，因此二次次支护多采用用顺作法，即即由下向上，，先墙后拱顺顺序连续灌溉溉。在隧道纵纵向需要分段段支护，分段段长度为9m~12m。二.二次衬砌施工方法二次衬砌多采采用模筑混凝凝土作为衬砌砌结构。由于于时间因素影影响很多，二二次衬砌和仰仰拱的施作，，直接关系到到衬砌结构的的安全。过早早施作会使二二次衬砌承受受较大的围岩岩压力，拖后后施作会不利利于初期支护护的稳定。因因此，在施工工中通过监控控量测掌握围围岩与支护结结构的变化规规律，及时调调整支护与衬衬砌设计参数数，并确定二二次衬砌和仰仰拱的施作时时间，使衬砌砌结构安全可可靠。隧道泵送模注注衬砌施工工工艺框图中心水平测量矮边墙基顶修凿衬砌台车轨道辅设脱模松开各丝杆千斤顶用千斤顶将过模脱开用液压千斤顶将过拱模脱开松开轨道卡台车就位紧固下部中间支孔千斤顶紧固轨道卡行走定位水平定位立模用液压千斤顶高速拱部标高拱部中心线定位立模用液压千斤顶高速拱部中线边墙模板预定位拱墙模板固定成型用边墙液村千斤顶高速边墙净空紧固各丝杆千斤顶涂脱模剂灌注混凝土泵送砼经前后灌注口入模分层灌注脱模养生混凝土输送管从拱顶中间灌注口入模前后两端挤压施工准备定位立模灌注砼二次衬砌现场场作业二次支护多采采用模筑混凝凝土作为内衬衬衬砌二次衬砌混混凝土施工工除应遵守守《公路隧道施施工技术》（JTJ042-94）有关规定定外，尚应应符合下列列要求：（1）混凝土土混合料必必须同时输输入搅拌机机；（2）采用混凝凝土拌和楼楼、搅拌车车及泵车送送混凝土时时，要求搅搅拌在输送送混凝土时时不得停拌拌，自进入入拌和机至至卸出的时时间，不得得超过混凝凝土初凝时时间的一半半；（3）初期支护护基本稳定定后，应及及时修筑二二次衬砌，，当混凝土土强度达到到2.5Mpa时即可脱模模。二次衬砌混混凝土施工工主要技术术要求二次衬砌施施作时间确确定二次衬砌的的施作时间间，，应在在围岩和锚锚喷支护变变形基本稳稳定后进行行。主要条条件是：（1）位移速率率有明显减减缓的趋势势；（2）拱脚附近近水平收敛敛小于每天天0.2mm；（3）已产生的的位移占总总位移量的的80%以上。其位移与位位移速率是是以采用机机械式收敛敛计实测数数据为依据据的。水平平位移与拱拱顶下沉速速度，以安安全考虑，，是指至少少7d的平均值，，总位移值值可由回归归分析计算算求得。37自稳性很差差的围岩，，可能在较较长的时间间达不到上上述基本稳稳定的条件件，喷混凝凝土将会出出现大量明明显裂缝，，而支护能能力难以加加强，此时时则应及早早施作仰拱拱，以改变变围岩变形形条件。若若围岩仍不不能稳定，，应提前施施作二次衬衬砌，以提提供支护抗抗力，避免免初期支护护坍塌。如二次衬砌砌仅作为保保护防水层层的不承重重结构，其其厚度小、、自重轻，，无论单、、双车道隧隧道，当混混凝土强度度达到2.5Mpa时，即可拆拆模。典型的位移移时态曲线线泵送混凝土土施工技术术要求1、泵送混凝凝土坍落度度（1）振动时通通常为8cm~12cm；（2）不振捣时时通常为15cm~21cm。2、最小水泥泥用量管径分别为为100mm、125mm和150mm时，其最小小水泥用量量分别为280kg/m3、290kg/m3及300kg/m3。3、石子粒径径管径分别为为100mm、125mm和150mm时，其石子子粒径分别别为小于或或等于20mm、25mm和40mm。4、泵送物含含气量应为为5%左右为宜二次衬砌完完工隧道工程二二次衬砌背背面的防水水混凝土施施工缝与伸伸缩缝、沉沉降缝一样样，对隧道道漏水有重重要影响，，所以均必必需注意处处理。防水水混凝土的的施工缝须须作防排水水处理，一一般可采用用塑料止水水带或橡胶胶止水带，，基本无水水地段可采采用企口式式或台阶式式施工缝。。止水带品品种较多，，可经技术术经济比较较后选用。。如设置止止水带后仍仍有渗漏水水时，则需需进行堵漏漏或设置排排水暗槽进进行处理。。三.施工缝及空隙的处理二次衬砌出出现渗水橡胶止水带带技术性能能指标要求求①硬度60~65邵氏度；②抗拉强强度17.65~19.61Mpa；③伸长率率450%以上；④老化系系数0.85以上；⑤耐寒性性-45°。止水带施工工安设工艺艺止水带的安安设工艺，，应视现场场施工机具具而定。当当采用模板板台车与泵泵送混凝土土时，宜采采用如下的的止水带安安设工艺：：（1）沿设计衬砌轴轴线，每隔不大大于0.5m钻一直径为Φ12mm的钢筋孔；（2）将制成的钢筋筋卡，由待灌混混凝土侧向穿入入，内侧卡紧止止水带一半，另另一半止水带平平靠在挡头板上上（见图3-6所示）；（3）待混凝土凝固固后拆除挡头板板，将止水带靠靠钢筋拉直、拉拉平，然后弯钢钢筋卡套上止水水带（见下图所示））。下环止水带定位位初期支护与二次次衬砌间空隙处处理初期支护内轮廓廓与二次衬砌外外轮廓间应紧密密结合。由于超超挖、坍塌等原原因造成两者之之间可能有空隙隙时，可采用以以下几种办法处处理，以增强初初期支护与二次次衬砌之间的粘粘结。处理方法当空隙不超过允允许超挖量时，，或由于初期支支护施工后洞体体净空收敛未达达到设计预留变变形量时，应根根据实际轮廓选选择增大加宽值值，或以同级混混凝土回填密实实。当超挖较大，用用上述方法不能能满足初期支护护与二次衬砌间间密贴的要求时时，拱脚及墙基基以上1m范围内采用同级级混凝土回填密密实，其余部分分可根据空隙大大小分别选用同同级混凝土、浆浆砌片石或贫混混凝土回填。当为较大空隙或或坍塌处，应加加强初期支护，，使其充分稳定定后方可进行二二次衬砌。此时时，较大的空隙隙或坍塌处所不不宜采用一般填填料，以避免二二次衬砌的局部部承载过大，而而应增设锚杆钢钢筋网喷混凝土土等措施，以加加强初期支护与与二次衬砌间的的支撑接触。采用贫混凝土回回填采用钢支架，钢钢支撑等用同级混凝土回回填密实增设锚杆钢筋网网喷混凝土措施施四.减少及预防二次衬砌开裂防止和减少二次次衬砌开裂主要要措施（1）混凝土加减水水剂、膨胀剂或或用膨胀水泥由由于混凝土收缩缩和水泥水化发发热，使混凝土土灌注后温度上上升，经3d~5d后温度下降等原原因，使衬砌受受拉超过混凝土土极限强度后而而出现裂缝。在在混凝土中加减减水剂、膨胀