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地铁隧道复合式衬砌防水施工技术综述

Answer 1

摘 要： 对地铁区间隧道复合式初砌的防水机理、防水层结构设计、防水材料与缓冲层材料的选用、防水施工工艺、防水层的保护等， 作了系统的介绍。
关键词： 地铁隧道； 复合式衬砌； 防水施工

当前， 多数地铁区间隧道采用了复合式衬砌结构， 防水一般共设三道防线， 第一道是初期支护加背后注浆， 第二道是设置封闭防水板， 第三道是二次衬砌， 并对施工缝、变形缝等作专门处理。大量工程实践表明， 复合式衬砌结构的防水效果基本是可靠的， 但由于防水材料本身和防水施工工艺等方面的问题， 导致第二道防水线时常会出现严重的缺陷。因此， 为提高隧道复合式衬砌防水的可靠性， 选用合适的防水层（缓冲层）材料、适当的防水层结构设计以及严格的防水施工工艺， 是完全有必要的。
1、复合式初砌防水机理及防水层结构设计
1.1 防水机理隧道
复合式初砌是分内外两层先后施作的隧道衬砌结构， 即在隧道开挖后立即施作网喷混凝土作为初期支护， 经监控量测确认围岩及初期支护基本稳定后再铺设防水层， 最后浇筑二次衬砌防水混凝土。
复合式衬砌防水主要依靠全封闭的防水层和二次衬砌混凝土， 两者相辅相成， 缺一不可。二次衬砌防水混凝土在硬化过程中， 内部存在着温度应力和收缩应力， 这些应力的存在会使防水混凝土产生变形； 而初支混凝土表面粗糙、凹凸不平， 必然会对二次衬砌混凝土产生相当大的约束力， 阻止其变形， 于是就产生了拉应力。当拉应力大于二次衬砌混凝土抗拉强度时， 混凝土即被拉裂， 特别是在隧道起拱线应力集中区产生的裂缝最多。如果设法消除或减弱初期支护喷射混凝土对二次衬砌混凝土的约束， 使其自由变形或约束力减小， 所产生的拉应力小于混凝土的抗拉强度， 二次衬砌混凝土就不会产生裂缝。因此封闭的防水层多选用不透水、表面光滑的塑料片材， 它不仅起到防水作用， 而且还能隔离、润滑初支喷射混凝土和二次衬砌混凝土， 减少二次衬砌混凝土的开裂。
1.2 防水层结构设计
地铁隧道要根据工程所处地质、水文条件及不同的使用要求， 采用不同的防水层结构设计。一般大城市地铁隧道多埋置于地面以下， 有水不能自流排出，宜采用全封闭型防水结构。防水层设计主要有两种形式： 一是单层防水板（膜）铺设于初期支护喷射混凝土上， 用于无水地段； 二是双层结构， 先铺设一层较柔软且具有相当强度的片材作缓冲层， 克服初支喷射混凝土基面凹凸不平、易损伤防水板（ 膜） 的弊病， 然后在其上再铺设防水板（膜）， 用于防水要求高的隧道及有水地段。
2、防水材料的选择
目前， 隧道复合式衬砌防水层主要选用 PVC（ 聚氯乙烯）、ECB（ 乙烯- 共聚物沥青）、LDPE（ 低密度聚乙烯）、HDPE（ 高密度聚乙烯） 和 EVA（ 乙烯- 醋酸乙烯共聚物）等防水板（膜）， 应用最多的是 EVA 膜。常用防水材料的主要性能指标见表 1.由表 1 中可看出： EVA、LDPE、HDPE 及 ECB 技术性能皆优于 PVC板； 从价格看 LDPE 膜最低， 其技术性能也较好。因此， 在满足防水要求的前提下， 地铁隧道宜采用LDPE 膜或 EVA 膜作防水层， 厚度 0.8 mm， 这样能做到防水可靠、施工方便及造价适中。

3、缓冲层材料的选择可供选择的缓冲层材料主要有无纺布和聚乙烯泡沫塑料衬垫（以下简称 PE 衬垫）两种。无纺布是用合成纤维材料经热压针刺无纺工艺制成的土木工程用卷材， 厚度 3～5 mm， 幅宽 2 m， 按单位面积质量有300 g/m2、400 g/m2、500 g/m2 及 600 g/m2 几种。PE 衬垫是由化学交联、化学发泡制成的团孔 PE 泡沫塑料材料， 其厚度一般为（4±0.5） mm， 幅宽一般为（1 200±50） mm， 表观密度为（45±5） kg/m3， 拉伸强度≥0.4MPa， 断裂伸长率≥100%.由于 PE 衬垫具有良好的弹性和物理力学性能，易于铺设且价格较低， 所以隧道复合式衬砌结构一般选用其作为缓冲层材料。