全圆隧洞洞壁双向防水施工技术

中建一局集团第五建筑有限公司 北京 100024

1 工程概况

北京市南水北调配套工程东干渠工程第9标段工程，自北京市东五环路化工桥东北段起始，至五方桥东北段终止，全长2.77 km。工程建成后，将作为南水北调进京后的主要输水渠道，为北京中心城区、通州新城和亦庄新城主要水厂提供双水源供水保障。

工程全部为地下管涵，采用盾构法施工。输水隧道为全圆隧洞管线，隧洞结构横截面外径6 000 mm，净空直径4 600 mm，设计为双层衬砌结构。一次衬砌层为盾构普通衬砌环结构，环宽1 200 mm，厚300 mm，采用C50（W10、F150）预制混凝土管片（简称：一衬盾构管片），见图1。二次衬砌层外径5 400 mm，内径4 600 mm，厚度400 mm，采用现浇钢筋自密实混凝土结构（简称：二衬混凝土），见图2，强度等级为C35（W10、F150）。防水层为高密度聚乙烯（HDPE）自粘胶膜防水卷材（简称：HDPE防水卷材），位于结构一衬与二衬之间，见图3。全圆隧洞横截面局部构造见图4[1,2]。

图1 一衬盾构管片

图2 二衬混凝土浇筑后隧洞实景

图3 双层衬砌横截面构造示意

图4 横截面局部结构示意

2 双向防水施工技术

利用HDPE防水卷材多层复合防水材料的优越性能，同时对隧洞进行全圆浇筑，形成无施工缝的一体圆环结构，有效地实现了输水隧洞内外双向防水功效。

2.1 HDPE防水卷材性能及防水机理

HDPE防水卷材是以特制的高密度聚乙烯膜为主防水层的高效防水卷材，其无毒、无味、防霉、耐腐蚀，适宜于饮用水管道的防水施工。主防水层上设置自粘层、抗环境变化保护层和隔离层。自粘层和保护层具有破损自愈功能，可自行修复微创破损，避免日久加重破损情况，使损失变大。直接在防水卷材上浇筑混凝土，凝固后，可形成与混凝土结构无间隙的永久性黏结为一体的防水层，黏结强度随混凝土抗压强度增加而增加，从而杜绝结构内外部水在防水层和结构间的窜流隐患。防水层防水性能不受主体结构沉降影响，极大地提高了隧洞防水系统的可靠性。

将HDPE防水卷材的主防水层直接预铺在隧洞一衬盾构管片上，在搭接部位临时固定卷材。防水卷材施工后，不需铺设保护层，可直接进行绑扎钢筋、支模板、浇筑混凝土等二衬混凝土结构的施工。利用防水卷材上自粘层和保护层与现浇二衬混凝土的接触溶合，产生化学反应，形成连续牢固黏结的一体（图5）。既防范了输水隧洞内部的外渗，又阻止了隧洞外部地下水的侵蚀与渗入，还能避免防水层和隧洞结构间的窜水，保证了全圆隧洞双向防水效果。

图5 HDPE防水卷材与结构间构造示意

2.2 二衬混凝土全圆一体防水施工技术

利用全圆衬砌针梁式台车模板（图6），将隧洞二衬混凝土浇筑成全圆一体，提高二衬混凝土的自防水能力。浇筑时，不留设纵向伸缩缝，只沿隧洞纵向每12 m设置1道伸缩缝（即环向伸缩缝）。缝内止水采用紫铜止水，高压低发泡聚乙烯闭孔板嵌缝，在迎水面嵌高30 mm双组分聚硫密封胶封口。为保证隧洞顶部二衬混凝土无空隙，须进行二次回填注浆，以保证输水隧洞再次防水的功效。

3 双向防水施工工艺流程

一衬盾构管片拼装→清理一衬结构内部表面→铺设HDPE防水卷材→在卷材上绑扎钢筋→安装紫铜止水带、填塞变形缝、撕去卷材隔离膜→全圆衬砌针梁式台车模板安装固定→浇筑二衬混凝土→二次回填注浆→达到强度后，衬砌台车脱模→二衬混凝土养护[3-6]

4 主要施工操作要点

4.1 一衬盾构管片拼装

利用自制施工用操作台车（图7），按照设计要求将一衬C50（W10、F150）预制混凝土盾构管片拼装到位，相邻管片间用高强螺栓连接后，管片缝隙及螺栓凹陷处采用1∶2.5聚合物水泥砂浆填充、压实、抹平。

图7 自制台车简易工作平台示意

4.2 HDPE防水卷材铺设

将一衬盾构管片基面清理干净，保证基面平整、干燥、清洁，可以与防水卷材充分接触。在一衬盾构管片上弹线定位，顺着隧洞的环向方向，在隧洞顶拱部位粘贴双面胶带，铺贴HDPE防水卷材，作临时固定。将防水卷材铺平，紧贴管片，中间不得有气泡产生。

4.2.1 HDPE防水卷材的搭接处理

HDPE防水卷材幅宽1 200～2 400 mm，其中有逾80 mm的搭接宽度。在一衬内表面，沿隧洞环向方向展开HDPE防水卷材，进行松铺铺设。防水卷材长边采用自粘搭接辅以专用胶黏带（宽80 mm）的搭接方式，再用专用盖口条完全盖住搭接边，并用钢辊压紧搭接边，确保卷材黏结得密实完全（图8）；整个一衬环向上，卷材短边的搭接不超过2次。

图8 HDPE防水卷材搭接做法示意

4.2.2 HDPE防水卷材的修补

在后道工序中检查出防水卷材上有破损之处，必须立即用黑色记号笔做出明显标记，以便随后修补。修补破损面必须采用同样型号的卷材打补丁，补丁的尺寸应满足破损周边外有大于100 mm的完整搭接。对于单一破损点可用专用盖口条直接修补。当某一范围内有多个破损点时视同破损面，修补补丁可裁剪成圆形、椭圆形或边角修圆的长方形、正方形等形状，再用专用搭接胶带将修补补丁与卷材完全黏结，最后用专用盖口条完全盖住补丁周边接缝。修补完成后，应对修补质量进行仔细检查，确保卷材的修补质量。

4.3 二衬混凝土施工

4.3.1 安装二衬钢筋及预埋件

利用自制台车简易工作平台，先安装隧洞环向钢筋，环向钢筋为2段半圆弧钢筋，两端采用直螺纹机械连接，接头等级达到Ⅱ级，形成整圆钢筋圈。钢筋接头位置宜放在隧洞中心高程45°内并错开布置，不得放在拱顶和拱底。再安装隧洞纵向钢筋，并在适当的位置布置绑扎钢筋马凳（图9），以保证第2层钢筋的位置正确。环向内、外侧钢筋采用HRB400φ25 mm@125 mm，纵向内、外侧钢筋采用HRB400φ14 mm@200 mm。二衬钢筋布设2道，其配筋示意见图10。

图9 二衬钢筋绑扎

图10 二衬钢筋配筋示意

4.3.2 变形缝处止水带安装

浇筑二衬混凝土时，只沿隧洞纵向每12 m设置1道伸缩缝（即环向伸缩缝）。12 m为1仓，不足12 m时，适当调整相邻段分缝位置，控制分缝长度在6～12 m；伸缩缝宽度为20 mm，缝内止水采用紫铜止水带（厚度1.2 mm，见图11），高压低发泡聚乙烯闭孔板嵌缝；在迎水面嵌高30 mm双组分聚硫密封胶封口。

紫铜止水带须按设计位置跨缝对中安装，并用全圆衬砌针梁式台车封堵模板进行定位固定，下端头模板一端插入到变形缝U形槽内80 mm，一端用φ16 mm螺栓固定在台车模板上。上端头模板用木楔进行挤压固定，确保在混凝土浇筑过程中不产生变形或位移。不允许有拉筋、钢筋或其他钢结构与止水带相接。

图11 已焊接的紫铜止水带

4.3.3 衬砌台车定位，浇筑二衬混凝土

安装好紫铜止水带，将台车模板运至现场安装固定好，保证台车模板与一衬、防水卷材、紫铜止水带间的密封不漏浆（图12），并留好混凝土浇筑口。采用C35（W10、F150）混凝土分层、水平、对称浇筑；先底拱（底板），后边拱（边墙）和顶拱。使隧洞全断面衬砌一次成型，不留设纵向伸缩缝，提高隧洞二衬混凝土自防水能力。

图12 台车模板合模

4.3.4 变形缝填塞

1）待二衬混凝土结构变形稳定后，开始填充变形缝内防水构造材料。

2）紫铜止水带铜鼻子内先放置1根在沥青里煮透的麻丝，再浇沥青。采取多次、多层浇筑的方法，使沥青浇得比较密实，严格保证凹槽部位与变形缝位置一致，齐缝布置。

3）低发泡聚乙烯闭孔泡沫板先加工成需要的尺寸，铺设时，先在闭孔泡沫板表面粘贴双面胶，采用全圆闭合方式粘贴于已浇筑混凝土表面，并与紫铜止水带U形槽对齐，并充分压实，用钢钉固定。防止在浇筑混凝土时，泡沫板发生移位。

4）使用双组分聚硫密封胶嵌缝，施工前在缝隙的两边50 mm处贴上宽50 mm的防护胶带，以防施工中多余的聚硫胶把表面弄脏。

4.3.5 二次回填注浆

隧洞二衬施工完成后，为保证隧道顶部二衬混凝土无空隙，在一衬与二衬之间进行二次回填注浆。二衬混凝土结构施工时，注意预埋回填注浆管及注浆导管，全断面内共布置5根注浆管，二次回填注浆管采用φ25 mm钢管，壁厚3 mm。

4.3.6 二衬混凝土拆模

当二衬混凝土强度大于5 MPa时，先拆除所有边模和底模定位销、螺栓和丝杆。确认无其他阻碍时，发令启动泵站，先脱边模至适当位置，随后脱底模至适当高度，再用针梁主油缸脱下顶模至适当高度。

4.3.7 二衬混凝土养护

根据防水混凝土有关要求，对现浇的二衬混凝土采取保温、保湿养护。可采用隧洞内喷雾，增加洞内空气的湿度，达到养护混凝土条件，养护时间不可少于14 d。在冬季施工时，在隧洞两头用棉被门帘封堵，并在隧洞内增加暖气设备，提高隧洞内温度，严禁洒水养护，以保证二衬混凝土养护效果。全圆隧洞完工后实景见图13。

图13 完工后全圆隧洞实景

5 质量控制措施

5.1 一衬内表面处理

在隧洞一衬管片内表面铺设HDPE防水卷材前，需对一衬内表面进行处理。

1）要求一衬内表面平整、密实，无凸起尖锐物、蜂窝、麻面、缺口或孔洞现象。若有凸起钢筋、管件等尖锐物，必须进行切割、打磨处理，并在该部位用聚合物水泥砂浆抹成圆弧面，避免损坏防水卷材。

2）一衬内表面不得有水渍、油污，隧洞仰拱部位不得有积水、杂物。若管片内壁有渗漏水现象时，应采取堵漏止水措施。当仰拱处有非渗漏水原因产生的明水时，应由总承包商配合查明水源并进行排水作业，在防水层施工期间保持工作面无明水，表面有水会影响粘贴效果，可能会导致防水卷材掉落。

3）一衬管片间缝隙填充应压实抹平，以保证防水卷材与管片粘贴密实无空隙。

5.2 HDPE防水卷材的铺设

1）HDPE防水卷材大面卷材铺贴前应进行弹线定位，根据现场结构施工情况，选择合适的铺贴顺序。宜从一端沿同一方向、逐步向前推进铺设。

2）用专用胶带在一衬管片内壁黏结固定防水卷材，以保证卷材铺贴的平整度、不位移，适当松铺。

3）卷材搭接边与隧洞二衬结构施工缝距离不小于300 mm，卷材搭接处不允许出现十字缝。

5.3 HDPE防水卷材的临时保护

1）防水卷材铺贴完毕后，进行钢筋绑扎等后续工序前应保持卷材涂硅隔离膜覆盖状态。

2）隧洞工程的仰拱部分为了有效保护防水卷材免受交通、钢筋捆扎等后道工序损伤，尽可能分段推进施工。即铺设一段防水卷材、随后紧跟绑扎钢筋、浇筑混凝土二次衬砌，减少防水卷材的外露时间。

3）当施工作业环境特别复杂、各种工序必须交叉作业时，可在防水卷材铺设完毕后，采用300 g/m2的土工织物或厚1.5 mm的黑色土工膜覆盖其上，作为临时保护，以待后续工序的开展。

4）进行钢筋焊接等动火作业时，应采取遮挡措施，以减少焊渣落至防水卷材的机率。

5）隧洞防水层分段施工时，每段防水层甩槎必须做临时防护，保持卷材表面干净及良好的铺贴状态[7,8]。

6 结语

在南水北调输水隧洞工程中，采取HDPE防水卷材与隧洞二衬现浇混凝土形成一体化防水，同时将隧洞二衬混凝土现浇成一体化结构，保证了隧洞结构的完整性，达到了全圆隧洞洞壁内外防水、阻止渗水的工程效果，实现了工程预期质量目标，取得了良好的社会效益和经济效益，为今后类似隧洞、地下结构工程提供了有价值的借鉴，值得推广应用。