衬砌防排水施工工艺工法

衬砌防排水施工工艺工法QB/ZTYJGYGF-SD-0311-第五工程有限公司孙博1前言1.1工艺工法概况过去修建的隧道由于在防排水理念、防水材料、防水工艺设备等方面比较落后，发生渗漏水是必然的。近十年来，防排水设计、施工也在明显的发展变化，从起初的有规定无设计现象，发展到现在采用高分子防水板材，防排水设计趋于完善，防排水施工工艺趋于成熟、检查愈来愈严格，同时隧道在交付运行前对渗漏部位有了全方面的解决，防水效果较过去有了很大改善。1.2工艺原理防排水施工遵照“防、排、截、堵结合，因地制宜，综合治理”的原则，重要内容涉及渗漏水较大地段的注浆堵水（帷幕注浆和裂隙围岩注浆），普通渗水设立排水盲沟（管），复合式衬砌的防水层（防水材料、缓冲材料的选择，铺挂和连接），衬砌混凝土本身的防水（规定混凝土含有一定的抗渗等级），细部构造防水（施工缝、沉降缝防水）等。2工艺工法特点2.1隧道防排水是一项系统工程，是多个手段的综合应用。2.2防排水技术成熟，操作方便。3合用范畴本工艺工法合用于公路隧道、铁路隧道、市政隧道等防排水施工。4重要引用原则《公路隧道施工技术规范》（JTGF60)；《地下工程防水施工技术规范》(GB50108)；《铁路隧道工程施工技术指南》(TZ204)；《铁路隧道防排水施工技术指南》（TZ331）。5施工办法对隧道早期支护喷射混凝土表面进行解决，确保喷射混凝土表面平整，无锋利棱角，防水层施工时基面不得有明水；土工布采用水泥钉和塑料圆垫片固定于已达成规定的喷射混凝土基面上；防水板固定到预定位置，然后用手动电热熔接器加热，使防水板焊接在固定无纺布的专用热熔衬垫上；施工缝按有关规定凿毛、清理后，布设止水条、止水带（背贴式、中埋式、可卸式）、止水胶等。采用抗渗防水砼施工二次衬砌，随着二次衬砌砼的完毕，增强衬砌构造自防水能力，达成增强防水功效的效果。6工艺流程及操作要点6.1工艺流程准备工作：1、防水板质量检查2、检查初支净空准备工作：1、防水板质量检查2、检查初支净空3、基面解决4、防水板按拱中线对称卷好5、拱部定出隧道中线防水板等原材料实验防水板台车就位铺挂土工布，定出固定点挂防水板连接防水板质量检查移动台架，开始下一循环图1隧道防水工艺流程图6.2操作要点6.2.1施工准备1在进行防水施工前应具体检查早期支护后净空断面，凡侵入衬砌超出5cm且范畴不不大于0.1㎡/㎡，必须进行解决，以满足设计二次衬砌厚度的规定。2作业台车就位后，将早期支护外露的锚杆头、钢筋网头等铁件齐根切除，以防刺破防水板。切割面规定平整，不得有不不大于3mm的毛刺、尖棱。对于表面严重凹凸不平的部位须用砂浆加速凝剂进行找平修整。3防水板焊接施工必须进行焊接实验，该实验需在洞外宽敞平整的场地上进行，采集防水板焊接施工的各项施工技术指标，以确保焊接质量。6.2.2施工环节1注浆防水在隧道早期支护完毕后，若初支渗漏水较大，则可根据地质状况及隧道允许排水量选择径向注浆、局部注浆、回填注浆等注浆防水方案。隧道注浆堵水注浆孔普通按浆液扩散半径R=2.0m计算布设，梅花型布置，孔口环向间距约200cm，纵向间距200cm，单孔注浆深度2.0m。注浆孔采用风钻钻孔，方向为隧道断面径向，孔径为45mm。钻孔孔位最大允许偏差为50mm，钻孔偏斜率最大允许偏差为0.5%。注浆管普通采用φ42mm（外径），壁厚3.5mm的热轧无缝钢花管，钢管长200cm。小导管安设在孔口，在锚固剂锚牢固，外露10cm方便于注浆操作。小导管孔口处焊接闸阀式止浆阀。隧道局部注浆时注浆终压普通为1～2MPa，早期支护后出现大面积渗漏水，应进行径向注浆或初支背后回填注浆，注浆终压普通为0.5～1.0MPa，注浆应根据注浆中的具体状况再加以修正，选择适宜的注浆压力。注浆普通采用水泥浆或水泥-水玻璃双液浆。水泥浆：水泥浆要有充足的可溶性和一定的结石强度,根据地层裂隙状况,由实验室拟定合理的配合比，水泥浆水灰比普通为0.5:1～1:1，采用水泥浆时搅拌时间：不不大于5min，放置时间不适宜超出30min水泥水玻璃双液浆：水玻璃出厂浓度普通为50-60Be＇而注浆使用的浓度为35Be＇，因此须稀释后方能使用：稀释加水量：V水=V原×（ρ原-ρ配）/(ρ配-ρ水)稀释后的水玻璃体积:V配=V原+V水水泥浆:水玻璃浆(体积比)=1:0.8注浆次序：沿隧道轴线由低到高、由下往上、先注边墙，后注隧道拱部，最后注底板孔；由少水处到多水孔，先注无水孔，后注有水孔；在股水处或流量大的地方，先四周后中间。单孔注浆结束原则：达成终压后并稳定10min，且进浆速度不大于初始进浆速度的25%，或注浆量不不大于设计注浆量的80%。注浆过程中要随时观察注浆压力及注浆泵排浆量的变化状况，分析注浆状况，避免堵管、跑浆、漏浆。做好注浆统计，涉及孔位、孔径、孔深、浆液配比、注浆压力、注浆量等，方便于分析注浆效果。注浆过程中发生异常时，可采用减少注浆压力、采用间歇注浆，变化注浆材料、工艺、参数，调节注浆方案等方法。注浆结束后，宜采用钻孔取芯法对注浆效果进行检查，并测定钻孔出水量，检查孔的数量不少于注浆孔总数的5%且不少于3个。当检查孔出水量不不不大于1.0L/(min)时，注浆效果满足规定，否则应补充注浆和重新检查。注浆钻孔及检查孔应封填密实。注浆结束后，及时将注浆孔和检查孔封堵密实。2初支基面解决将早期支护外露的锚杆头、钢筋网头等铁件齐根切除，以防刺破防水板。切割面规定平整，不得有大的毛刺、尖棱。对于表面严重凹凸不平的部位须用砂浆加速凝剂进行找平修整，避免刺破防水板。3矮边墙防排水施工隧道衬砌施工普通先施工矮边墙，矮边墙防水施工为隧道拱（边墙）部防水施工搭接做好准备，初支基面清理完毕后，在边墙两侧处沿纵向布置防水板及背贴式止水带。铺挂土工布前沿小边墙处纵向设立φ11cm盲管（透水管），设立高度为纵向背贴式止水带标高低约40cm，每隔8～12m设立拱部盲管（透水管）预留接头，每隔10米预埋φ5cmPVC横向泄水孔，PVC管长度以能够接入侧水沟为宜，横坡为2%。排水盲管接头采用三通接头连接牢固（以下图所示）图2矮边墙防水防水板横铺在两侧边墙，在边墙处预留搭接长度，搭接长度普通不不大于1.5m，焊缝宽度不得不大于10cm。边墙顶标高处（沿纵向）规定先将普通背贴式止水带与防水板焊接牢固后，再铺设于早期支护上。边墙处纵向止水带的1/2部分预埋于边墙衬砌中（见下图）。图3纵向施工缝防水防水板挂设前，规定先挂设400g/m2土工布再挂设防水板。防水板采用无钉孔挂设法进行施工，先用射钉枪及膨胀螺钉将防水板垫片固定在喷射混凝土表面上形成固定点，然后再将防水板焊接在各个固定点上，边墙固定点相距1.0～1.2m，根据现场实际状况进行调节，预留一定的富裕量，确保防水板能紧贴早期支护。防水板施工完毕后进行钢筋的绑扎及模板的安装，安装模板后进行施工缝和沉降缝防水解决。沉降缝环向防水为先在防水板表面设立背贴式止水带，然后在衬砌中部安设中埋式橡胶止水带（采用钢筋定位卡定位）。并安设2cm浸沥青木丝板，木丝板应将沉降缝填满。环向施工缝在早期支护和二次衬砌之间设立背贴式止水带，中间设立中埋式膨胀橡胶止水条或橡胶止水带。小边墙和拱墙结合部位纵向设立背贴式止水带（在早期支护与二次衬砌之间）。浇筑砼前可根据设计规定在纵向和环向施工缝交叉处设立止水胶（以下图）。图4止水胶施工4拱墙防排水施工仰拱及小边墙施工完毕后进行拱部二次衬砌施工，在拱部二次衬砌施工前先进行拱部防水解决。在净空断面符合设计及规范规定并将外露的铁件解决完毕后进行拱部φ5cm环向盲管（透水管）及土工布和防水板的挂设，环向盲管设立间隔8～12m，并接入矮边墙纵向排水盲管（透水管）；防水板采用无钉孔挂设，先用射钉枪及膨胀螺钉将垫片和土工布固定在喷射混凝土表面上形成固定点，然后再将防水板焊接在各个固定点上，其固定点的间距，拱部应为0.5～0.7m，侧墙为1.0～1.2m，可根据现场实际状况进行调节，以确保防水板在挂设过程中不脱落。防水板铺设按环进行，根据防水板幅面大小，将防水板托起贴着喷射混凝土表面由拱顶向两侧墙部铺设，预留一定的富裕量，确保防水板和早期支护能够密贴。防水板搭接用双焊缝温控热熔爬焊机进行焊接，焊接为双焊缝，中间留出空隙方便充气检查，防水板搭接宽度不得不大于100mm，单焊缝宽度不不大于12.5mm。焊接选择4m/min的焊接速度，温度为350℃防水板环向焊缝和纵向焊缝结合部位采用手持温控热熔焊枪进行焊接，根据实际效果能够采用防水专用胶打设圆形补丁，补丁不得不大于20cm直径。防水板一次铺设长度根据二衬循环灌筑长度拟定，并领先衬砌施工2～3个循环，并应与掌子面保持一定距离。爬焊机规定工作电压为220±5V，应基本稳定。焊缝间做气密性实验时，气压不得低于0.25Mpa。防水板宜采用高分子材料，幅宽2～4m，厚度不适宜不大于1.5mm，且须符合设计及规范规定。在环向施工缝、沉降缝处全断面设立背贴式止水带，沉降缝处设立中埋式止水带（采用钢筋定位卡定位），施工缝在二次衬砌中部设立中埋式止水条或止水带，并在沉降缝处安设2cm浸沥青木丝板，木丝板应将沉降缝填满。背贴止水带要与防水板焊接牢固。止水带（条）必须埋于衬砌中厚度1/2，在浇捣混凝土时，应注意浇捣压力，以避免止水带偏移，并充足震捣，使止水带和混凝土较好密贴。拱部环向止水条施工时，应在上一模端模中间预留宽2cm×深1.5cm的槽，采用在端模上（宽2cm×深1.5cm）的橡胶条的方法预留。将止水条用水泥钉固定在槽中，避免混凝土浇筑时出现止水条松动及掉落的现象。5分区防水分区防水是在防水层与二次衬砌之间进行分区，用分舱的办法将整个隧道的防水分成社区。采用外贴式止水带与防水板热风密实焊接进行分区，并在中间设立防渗肋条，将防水面积控制在150㎡内。背贴式止水带安装在施工缝（或伸缩缝）的位置上，既可分区防水，又能可保护施工缝处的防水板。这样，一旦某个区域发生防水板破坏而漏水，不会“窜水”而影响其它区域，也就是说防水层一点的渗漏不致引发多处衬砌单薄部位的渗漏。同时在每个区域内预先设立注浆管，可针对漏水的区域进行注浆修补，效果好，修补费用低。预埋注浆嘴施工：注浆嘴点焊在ECB防水板上，并同时用胶粘带将圆盘四周临时封住，以防浇砼时砂浆堵塞注浆管和将注浆嘴和管移位或破坏。将注浆管引出到边墙处，用配套的注浆管控制盘将其固定在二次衬砌混凝土表面。防渗肋条安装在防水板施工完毕后进行，防渗肋条每10m一组，安装在每模二次衬砌的中部，规定防渗肋条必须和防水板粘结牢固。图5隧道剖面分区防水注浆构造图6分区防水平面示意图6二衬混凝土构造自防水首先要确保进场原材料必须符合设计及规范规定。另首先是施工配合比规定计量必须精确。混凝土采用强制式拌合机拌和，自动配料机进行配料以确保混凝土施工配合比的精确性和混凝土拌和的均匀性。二次衬砌混凝土应采用混凝土罐车运输，模板台车+混凝土输送泵进行浇筑，浇筑时应对称浇筑。采用插入式振动器和附着式振捣器相结合的振捣模式，确保混凝土施工的密实度。混凝土施工应严格控制混凝土拆模时间，拆模后应及时洒水养护，养护时间不不大于14天。混凝土施工过程中应严格控制钢筋保护层厚度和预埋件部位混凝土施工振捣问题，规定必须派专人施工，专人检查。封顶混凝土浇筑应确保混凝土浇筑饱满、密实不留空洞。混凝土进料窗口高度应不不不大于3m，以防混凝土离析。6.3质量控制原则检查频率及办法质量控制原则检查频率及办法参考《公路工程质量检查评定原则》（JTGF80/1)6.3.1防水层1基本规定防水材料的质量、规格、性能等必须符合设计和规范规定。防水卷材铺设前要对喷射混凝土基面进行认真地检查，不得有钢筋、凸出的管件等锋利突出物；割除锋利突出物后，割除部位用砂浆抹平顺。隧道断面变化处或转弯处的阴角应抹成半径不不大于50mm的圆弧。防水层施工时，基面不得有明水；如有明水，应采用方法封堵或引排。2实测项目见表1。表1防水层实测项目项次检查项目规定值或允许偏差检查办法和频率1搭接宽度(mm)≥100尺量：全部搭接均要检查，每个搭接检查3处22缝宽(mm)焊接两侧焊缝宽≥25尺量：每个搭接检查5处2粘接粘缝宽≥503固定点间距(m)符合设计规定尺量：检查总数的10%13外观鉴定防水层表面平顺，无折皱、无气泡、无破损等现象，与洞壁密贴，松紧适度，无紧绷现象。不符合规定时每处减1～3分。接缝、补眼粘贴密实饱满，不得有气泡、空隙。不符合规定时每处减1～3分。6.3.2止水带1基本规定止水带的材质、规格等应满足设计和规范规定。止水带与衬砌端头模板应正交。2实测项目见表2。表2止水带实测项目项次检查项目规定值或允许偏差检查办法和频率1纵向偏离(mm)±50尺量：每环3处12偏离衬砌中心线(mm)≤30尺量：每环3处13外观鉴定发现破裂应及时修补。不符合规定时减1～3分。衬砌脱模后，若发现因走模致使止水带过分偏离中心，应适宜凿除或弥补部分混凝土，对止水带进行纠偏。不符合规定时减1～3分。6.3.3防水层气密性检测防水板焊接效果检查采用充气检查，用焊缝充气检测仪或将5号注射针与压力表相连接，用打气筒进行充气，当压力体现到0.25MPa时停止充气，保持15分钟，压力下降在10%以内，为焊接质量合格。7劳动力组织根据防水施工组织设计，安排下列施工人员（参考使用）。表3防水施工人员配备表序号工作项目作业内容人数1注浆钻孔打设小导管6注浆4运料司机12防水板挂设土工布及固定点打设5防水板铺挂及焊接5止水带、条焊接安装3材料运输司机13混凝土构造自防水模板工3混凝土工2混凝土罐车运输司机44测量及其它技术员2测工25其它现场负责人1技术负责人1质检工程师1专职安全员1实验工程师2电工2修理工2累计488重要机具设备防水施工根据不同工序可流水施工，施工时合理安排不仅能够加紧施工进度同时还能够节省施工成本。根据机械工作能力和实际工作量，重要设备配备如表2。表4机械设备配备表(参考)名称单位数量备注注浆平台台车台1挂设平台台车台1二衬模板台车台1自动爬焊机台3电烙铁把5射钉枪把5自卸汽车台2发电机台1注浆机台1搅拌机台1混凝土罐车辆49质量控制9.1易出现的质量问题9.2.1防水材料质量但是关。9.2.2防水板焊接过程假焊、漏焊、焊焦、焊穿等现象。9.2.3后续施工中钢筋的焊接，混凝土浇筑等造成防水板破损。9.2.4止水带、条固定不牢固，后续施工中脱落。止水带、条布设不顺直，扭曲等，未起到应有防水效果。9.2确保方法9.3.1防水材料进场前必须检查合格，不合格材料严禁进场。9.3.2防水板焊接完毕后进行充气检查，不合格焊缝及时采用焊贴覆盖等补救方法。9.3.3衬砌钢筋焊接时，与防水板间设立挡板，避免烧伤损坏防水板，衬砌混凝土施工时振捣棒严禁碰触防水板。9.3.4止水带、条安装必须采用对应方法固定牢固，安装顺直。9.3.5提高操作人员的技术水平，加强工作责任心，严格按照技术规程操作，严格控制焊接温度，避免塑料防水板在暗钉圈处出现烤焦、烤坏现象。10安全方法10.1重要安全风险分析防水板施工应严格防止火灾发生，防水材料属于易燃物品，一旦发生火灾，防水板瞬间可全部烧毁，并产生有毒气体，隧道内易造成人员窒息伤亡。10.2确保方法10.2.1进入施工场地必须规范佩带安全帽。10.2.2运输车辆及施工机械严加管理，经常检查制动和运转部分状况，避免意外事故发生。在运输繁忙的道口，设立安全监督岗，指挥行人和车辆，确保汽车运输及行人安全。10.2.3严禁酒后进入施工场地进行施工作业，严禁带病坚持作业。10.2.4司机、焊工、电工等特殊工种必须持证上岗。10.2.5非专职电工严禁进行接线操作，并严格执行“一机一箱、一闸一漏”的用电操作制度，且洞内照明电压不得高于36V。10.2.6高空作业必须佩带安全绳。10.2.7施工现场必须有专人统一协调指挥。10.2.8作业人员要戴好安全帽，穿胶鞋10.2.9高空作业要设防护栏，防人员坠落，防落物伤人。台车上临时增设脚手架必须牢固可靠。10.2.10作业面严禁烟火。10.2.11电焊枪、电钻以及洞内工作面照明用的插座，必须有接地线，电工人员要经常检修。10.2.12加强洞口通风、照明、减少洞内粉尘及有害气体的含量。10.2.13加强作业人员的安全意识教育，规范操作环节，每个施工现场设专职安全员一名。10.2.14合理布置现场，确保运输材料的简易通道稳固，不在通道下堆放材料和工具。10.2.15作业台车下部挂设防护网，下部人员通过时要提示上部作业人员，避免物体打击。。11环保方法11.1认真贯彻执行各级政府的有关水土保护、环保方针政策和法令，结合设计文献和工程特点，及时提报有关环保设计，切实按同意的文献组织实施。11.2组织职工学习环保知识，强化环保意识，使大家认识到环保工作的重要性。11.3施工废水，生活废水不得污染水源、耕地、农田、浇灌渠道，工地垃圾及时运到指定地点深埋，使生态环境受损减少到最低程度。11.4施工中多个建筑垃圾、施工弃渣均需按设计指定的地点堆弃，严禁将废弃物随意堆弃。12应用实例12.1工程介绍由中铁一局集团有限公司承建的厦门海底隧道位于厦门岛东北侧，地貌单元属闽东南沿海低山丘陵——滨海平原区。该隧道是连接厦门市本岛和翔安区陆地的重要通道，隧道全长6.051km，跨越海域总长约4.2km，设双向六车道，设计行车速度80km/h，兼具高速公路和都市道路双重功效，采用钻爆暗挖法修建，暗挖最大断面17.04m×12.56m（宽×高）。海域段除穿越四道断层破碎带风化深槽外，围岩基本为弱微风化花岗岩，围岩级别基本为Ⅰ～Ⅱ级。潮间带和陆域段需穿越全、强风化花岗岩岩层及富水砂层，围岩级别为Ⅴ级。12.2施工状况厦门海底隧道采用多个防水方法相结合，进行多道防水，最后达成隧道施工运行不渗不漏。12.2.1注浆堵水重要采用隧道开挖之前预注浆（超前小管棚、超前小导管、帷幕注浆等）、隧道开挖径向注浆，在施做防水板前对早期支护渗漏处进行补充注浆解决，规定早期支护达成不渗不漏，以及二次衬砌施工完毕后运用预埋的止水带中的注浆花管对施工缝渗漏水处进行注浆解决。12.2.2分区防水通过背贴止水带将衬砌夹层防水分成若干区域，避免可能出现的因漏水发生窜流现象的办法。设计采用外贴式止水带与防水板热风密实焊接进行分区，并在中间设立防渗肋条，将防水面积控制在150㎡内。同时在每个区域内预先设立注浆管，可针对漏水的区域进行注浆修补。12.2.3防水层设计设计为复合式防水层，由无纺土工布（400g/m2）和2mm厚的ECB或PVC防水板构成。运用土工布做缓冲层ECB防水板防水,纵向安设HPDE排水管,每10m安设横向排水孔泄水与洞内排水沟相接。施工防水层的前提条件有两点：一是通过赔偿注浆使早期支护达成不渗不漏；二是基面必须清理干净，达成表面圆顺，无突出物。采用无钉铺设在铺设防水板时，应注意防水板平面的纵向与隧道的纵向相垂直，铺设时保持一定松弛度，防水板，使用双焊缝自动热合焊接焊接，搭接100mm。施工完毕后用检漏器进行焊缝气压检测修补。12.2.4背贴止水带、防渗肋条、注浆盘和注浆管的安装背贴止水带与防水板必须是采用同材质材料，注浆花管采用φ8㎜塑料空气管,用封口胶带固定在止水带齿间内，每条止水带放两条。填充注浆是将注浆盘和注浆管固定于防水板上，二次衬砌完毕后，通过注浆管对顶拱和侧拱进行填充注浆，以使二衬构造达成饱满。先将注浆盘以120°平分三点固定在防水板上。注浆盘边沿应与防水板贴实，再将注浆管与注浆盘进行连接，然后将注浆管另一端固定在注浆盒内。防渗肋条每10m一组，安装在每模二次衬砌的中部，防渗肋条底板两侧边沿与防水板进行焊接。在进行二次衬砌混凝土浇筑前，应对防水板、隔水肋条和背贴止水带进行全方面、认真、严格的检查。12.2.5施工缝和沉降缝的构造细部防水解决方法施工缝防水：主隧道每10m一种环向施工缝，服务洞则每12m设一种环向施工缝。主隧道和服务隧道纵向左右边墙与仰拱衔接处各一条纵向施工缝，施工缝在防水板侧设背贴式止水带与防水板焊接，在断面中部设橡胶遇水膨胀止水条。环向施工缝在防水板侧设带注浆管的背贴式止水带与防水板焊接，在二衬混凝土断面中部设带注浆管的橡胶遇水膨胀止水条，在二衬混凝土表面设3.8cm，深2.5cm宽水泥基渗入结晶型防水涂料，见图3。在纵向施工缝和环向相交处是容易出现渗漏水的地方（重要用于砂层地段和风化槽地段），各在四个方向1.2～1.5m范畴内涂设日产P201遇水膨胀液型密封剂。沉降缝防水：在土石分界处、构造变化处设立沉降缝。在靠