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公路隧道防水问题几点思考

[12-01 19:55:48]   来源:http://www.jianzhu518.com  建筑施工   阅读:9749

【摘 要】对称中直墙连拱隧道中墙顶部防水设施,施工困难,质量难以保证,几乎难免渗漏现象。改变连拱隧道结构形式,采用曲中墙形式。用膨胀水泥配制混凝土,使二次衬砌成为刚性自防层,有较高的技术经济效果。
    【关键词】曲中墙连拱隧道 膨胀水泥衬砌 自防水
   
    1 公路隧道目前通用防水结构
    公路隧道,已普遍按新奥法设计施工。洞内防水,采用在初护与二次衬砌层间铺设防水板,防水板与初护面间铺设缓冲层无纺土工布。出厂时,土工布与防水板已胶合成双层结构。二次衬砌之混凝土,添加防水剂,要求防水混凝土的抗渗性能达到S6。通过纵向、横向弹簧软管、塑料管将二衬背后积水引至排水沟。
    这种多保险的防水结构,有较好的防水功能。从理论上讲,洞内防水问题已解决了。但从实际看,已建成通车的众多隧道中,漏水的不多,但渗水现象却不少。要完全防止隧道渗水,仍是设计、施工的一道难题。
    2 隧道防水层施工存在问题
    2.1防水层施工及质量
    防水板种类繁多,为塑料、橡胶制品,主要的品牌有PVC、EVA、LDPF、PB等,厚度1.2~2mm,质量0.3~0.4kg/m2。土工布对防水板有保护作用,减少防水板因磨擦、张拉而破裂的可能性。防水板单幅宽2.0m,沿隧道环向铺设,每环防水板、土工布重约30余公斤。初护之后拱顶至拱脚高度9m左右。为铺设防水板,需制作一个可纵向移动的工作台架。要把防水板钉在初护面上,有两种方法:一是用钢钉将防水板钉在初护面上,钉孔处要用防水板胶贴密封,防钉孔漏水。二是防水板与土工布在工厂已胶合的防水卷材,在土工布上已穿有绳带,绳带间距约0.8m×1.0m。对此类防水卷才,则先用冲击钻在拱墙上打眼,在眼内打钉,将防水卷材之绳带系在钉上。此种方法目前使用较多。铺设防水板的要求是:喷混凝土表面不得有锚杆头或凸凹不平部位应修凿或喷补,两固定点间防水板不得绷紧,浇混凝土时使防水卷材要紧贴岩面或初护喷混凝土面,相邻两环连接,搭接宽度不少于10cm,采用电热焊接或防水板厂家提供的防水板专用的胶剂胶接。接头要连接紧密,不渗水,且有一定的抗拉强度。影响防水板铺设质量因素有:a.开挖面或初护面凸凹不平,防不板背面有空洞空隙。b.开挖面或初护面有突起棱角刺破防水板。c.由于防水卷材自重拉断挂绳,拉裂接头。d.后道工序钢筋拱架施工时,防水板被钢筋刺破,被电焊烧破。e.二衬安装端头模板及端模加固件时,防水板被拉裂。防水板铺设均在简易的脚手台架上进行,承包人自检、监理复检都得攀杆爬高,可能出现漏检。因而虽从理论上设计解决了隧道防水问题,而实际渗漏现象常有发生。
    2.2复合衬砌的存在问题
    公路隧道的复合衬砌,由内、外两层复合而成。内层为二次衬砌,一般采用现浇素混凝土或钢筋混凝土,外层为初期柔性支护,一般采用锚杆 钢筋网 喷混凝土。I、II类围岩初护时一般安工字钢拱架或钢格栅拱架。内、外两层间铺设防水层。外层表面难免有凸凹不平,防水层背面有可能出现空洞。由于内、外两层间防水层的分隔,局部有空隙,内、外两层不能整体地受力。首先受力是外层,外层受荷载产生一定的变形后,内层才开始受力。这种不均匀的分离受力,外层强度相对较弱,容易先单独破坏。这是复合衬砌存在一个受力状态不良的问题,减少了复合衬砌结构总体联合承载的能力。
    3 高速公路隧道上、下行分离的方式、防排水条件与工程投资
    3.1两座独立隧道
    《公路隧道设计规范》(以下简称《隧规》要求:“高速公路、一级公路一般应设计为上、下行分离的两座独立的隧道。”两座独立的隧道,洞内防排水条件好,设计、施工经验较成熟。但项目总投资大,因为:山区、丘陵区是隧道密布地区。由于地面起伏大、沟谷狭窄,线位受山河约束。在困难的地形条件下,将上、下行设计为分离的两座独立的隧道,将明显增加工程投资。《隧规》规定两隧道的最少净距如下表:
    公路隧道防水问题几点思考
    注:B为隧道开挖断面宽度(m)
    以II类围岩为例,双车道单洞开挖断面宽度约14m,则最小净距为42m~70m。间距拉开之后,上、下行线位将遇到新的困难,将有连锁反应,引起新的桥、隧工程或重大支挡防护工程。 3.2小净距隧道
    两隧道间的净距,最小净距为3m~1.5B,此类隧道防排水条件与独立单洞完全一样,仍以II类围双车道为例,占地宽度与双洞相比,减少39m~49m,则相应的洞外桥、路工程投资也明显减少。小净距隧道已被设计部门注视,在重庆、宁波、福建等地都有小净距隧道的修建。
    3.3连拱隧道
    上、下行两座隧道,只以中墙隔开,左、右相邻两拱同支承于中墙顶部,习惯上称为连拱隧道。我国现行铁路、公路隧道设计规范中尚无此名目。是近十余年我国高速公路建设中隧道结构的新创造。洞内防排水条件差,施工困难,但项目总投资最低。
    4 连拱隧道主要特性
    4.1连拱隧道的类型
    4.1.1直中墙对称连拱隧道
    此类隧道出现最早,在各省首批修建的连拱隧道多是这种形式。是我国连拱隧道修建的第一阶段。
    4.1.2直中墙不对称连拱隧道
    此类连拱隧道本世纪初才出现,它的直中墙与一个连拱构成整体。是对直中墙对称连拱隧道防水缺陷的改进。贵州省玉屏~凯里(沪瑞国道的一段)高速公路推荐方案中有25座直中墙不对称连拱隧道。
    4.1.3曲中墙对称连拱隧道
    此类隧道亦本世纪初才出现,它与直中墙连拱隧道的区别是将直中墙改为曲中墙,也是对直中墙对称连拱隧道防水缺点的重大改进。在福建省三明至福州高速公路的连拱隧道多采用曲中墙形式。
    4.2中直墙对称连拱隧道的主要优、缺点
    中直墙对称连拱隧道的主要优点:线路带状宽度最少,占用土地最小,洞外桥路工程少,项目总投资最少,这些突出的优点,受到设计部门,建设单位(业主)的普遍欢迎。在短短的十余年间蓬勃发展。到目前为止,已建成或在建的连拱隧道都大多是这种中直墙对称连拱隧道。
    中直墙对称连拱隧道的主要缺点:中直墙顶与两侧拱相连,呈W形,墙顶两侧低谷处,是防水板纵向接缝处,先施工的中墙顶两侧予留的防水板接头,经多次下道工序如浇筑中墙,预埋钢筋,两侧主洞爆破开挖,预留防水板接头多被污染、破坏。两侧拱部后道工序铺设的防水板与中墙预留防水板连接操作困难,很难接好,对已破损缺口修补也操作困难。此处又是环向集水点,防水板搭接处任何一个微孔,便会出现渗水、漏水。连拱隧道中墙顶防水板连接是难中之难。中墙顶部参水、漏水较为普遍,已引起设计、施工部门十分关注。
    5 曲中墙对称连拱隧道是防水结构设计的最优形式
    曲中墙对称连拱隧道,中墙两侧的隧洞,其轮廓、防水卷材铺设、洞内排水管线,二次衬砌台车均与一般独立的隧道相同。从而避免了中墙顶部的两个集水低俗。也避免防水板在中墙处两条纵向接缝。施工难度少,质量控制较易。衬砌台身可与普通公路隧道通用。洞门两洞对称、美观艺术。其他连拱隧道的优点它都有,它的某些优点却是独具的。
    曲中墙对称连拱隧道,在中墙防水方面,在结构轮廓方面,技术合理性好,开挖跨度也相对少些。这种结构形式,将会受到设计、施工、业主各方的欢迎。
    6 尝试用膨胀水泥混凝土防水
    隧道防水,目前普遍采用防水卷材,虽行之有效,但存在弊病,据卢坚、刘克忠等《AEC膨胀水泥特性和隧道衬砌》一文介绍,AEC膨胀水泥有良好的抗渗性能,经试验,AEC膨胀水泥砂浆总孔隙率比硅酸盐水泥砂浆降低了10%左右。用标准方法测定的AEC膨胀水泥混凝土渗透高为0cm~5cm。由结果表明:AEC膨胀水泥混凝土具有很好致密性和抗渗能力。二次衬砌采用AEC膨胀水泥混凝土浇筑。可以达到刚性自防水的目的。从而省去卷材防水层、减少了有关防水设施的工序,也有利于提高复合衬砌的结构受荷强度。
    经试验,AEC膨胀水泥混凝土的抗裂性能、抗耐蚀性能均优于普通水泥,后期强度也高于普通硅酸盐水泥。
    7 结束语
    公路连拱隧道是近十余年蓬勃发展起来的。隧道防水问题也是有高速公路隧道之后才被重视。在发展过程中不断改进完善。这是事物发展的必由之路。
    在各种形式的连拱隧道中,曲中墙连拱隧道优点较突出,在比选中会受到重视。
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