南昌红谷隧道沉管外包防水施工技术

黄学军

(中铁隧道集团二处有限公司, 河北 三河　065201)



南昌红谷隧道沉管外包防水施工技术

黄学军

(中铁隧道集团二处有限公司, 河北 三河065201)

沉管隧道管段结构防水关系到隧道后期运营及使用寿命，一旦渗漏，修复难度非常大。以南昌红谷隧道为例，采用“防水底钢板+顶板、侧墙喷涂聚合物水泥防水涂层”的外包防水施工技术： 防水底钢板采用6 mm厚带锚筋钢板，能够减小管底吸附力，保证管段顺利起浮；顶板、侧墙选用兼有有机和无机防水涂料优点的聚合物水泥防水涂层，采用“一布四涂” 大面积机械喷涂施工工艺，工效快、成本低、质量好。通过错缝焊接底钢板、改善锚筋锚固形式、薄弱部位强化处理、加强试验检测等施工方法和技术措施，有效改善外包防水施工质量，降低管段渗漏水风险，为今后沉管隧道外包防水设计及施工提供参考。

沉管隧道； 外包防水； 防水底钢板； 聚合物水泥防水涂层

0　引言

近年来，随着沉管技术的不断成熟和推广，许多城市开始修建沉管隧道。沉管隧道是一种修建于江河水下的行车通道[1]，虽然钢筋混凝土本体具有一定的自防水能力，但由于水化热产生温度应力和收缩应力的作用，混凝土结构可能存在裂缝。如果没有可靠的外包防水措施，江(河)水会沿裂缝侵入隧道，侵蚀隧道内部结构，降低隧道使用寿命，威胁隧道运营安全[2]。

目前国内已建成的几座沉管隧道均采用全包防水或部分外包防水的形式，如： 上海外环隧道顶板涂刷水泥基渗透结晶防水涂料(部分覆土浅的管段顶板增涂无机水性渗透液涂料)，侧墙及底板不涂刷外防水材料[3]；舟山沈家门港海底隧道顶板及侧墙涂刷水泥基渗透结晶型防水涂料，底板不涂刷外防水材料[4]；广州珠江隧道、仑头—生物岛沉管隧道管段顶板涂刷聚氨酯防水涂料，底板采用6 mm厚防水底钢板[5]；宁波甬江沉管隧道采用刚性与柔性相结合的防水层[6]；佛山东平隧道、天津海河沉管隧道管段顶板及侧墙喷涂1.5 mm厚聚脲防水涂料，底板采用防水底钢板[7]。截至目前，这几座隧道虽然都没有发生严重的渗漏水现象，但在防水材料选用和防水工艺上均存在不同程度的问题： 水泥基渗透结晶防水涂料宜用于结构主体的背水面,用于迎水面受外力时容易开裂和破损；防水卷材在实际施工中防水功能很难达到不渗不漏[8]；聚氨酯对人体及环境有不利影响，且人工涂刷工效低，工期难以保证；聚脲防水涂层效果好，但造价高。

本文以南昌红谷隧道沉管管段外包防水施工为背景，管段底板采用带锚筋钢板，侧墙及顶板采用“一布四涂”机械喷涂聚合物水泥防水涂层，通过改善底钢板锚筋形式、强化薄弱部位涂层处理、及时施工保护层、加强防水检测等施工方法和技术措施，有效改善管段外包防水质量。

1　工程概况

南昌红谷隧道沉管段长1 329 m，是目前国内内河规模最大、最长的城市道路沉管隧道，共12节管段，其中E1—E9管段每节长114.85 m，E10管段长96.5 m，E11管段长107.35 m，E12管段长89.85 m，管段结构横断面采用“两孔一廊道”形式，标准横断面宽30 m，高8.3 m。管段混凝土强度等级为C40，抗渗等级为P10。

南昌红谷隧道防水设计为二级，采用管段结构混凝土自防水为主，外包防水为辅，接头防水是重点，多道防水、综合治理的原则。

2　外包防水设计

管段外包防水施工工艺流程和设计如图1和图2所示。

图1　管段外包防水施工工艺流程

Fig. 1Flowchart of construction process of enclosed waterproofing of tunnel segment

图2　管段外包防水设计(单位： mm)

Fig. 2Design of enclosed waterproofing of tunnel segment(mm)

具体施工步骤如下：

1)底板外包6 mm厚带锚筋钢板，并沿侧墙上折1.75 m；

2)管段侧墙、顶板表面涂刷3.0 mm厚聚合物水泥防水涂料，与侧墙防水底钢板搭接，搭接长度为250 mm。为防止防锚层、管顶回填时破坏防水层，顶板涂层与防锚层之间铺设5 cm厚C20素混凝土保护层，顶板倒角设置20 cm厚护边块，侧墙涂刷5 mm厚聚合物水泥砂浆；

3)施工缝、穿墙管、埋设件等细部节点部位加强防水施工。

3　底板防水施工

防水底钢板作为底模使用，能减小管底吸附力，确保管段顺利起浮，且在管段起浮、拖运、沉放安装时对不利冲击起到保护作用。管段预埋底钢板设计如图3所示。

防水底钢板迎水面涂刷无机富锌漆防腐。焊接施工中，因受热变形经常出现鼓包现象，在钢板拼缝位置用2 m长、0.4 m宽、30 mm厚钢压块压紧，通过间隔跳焊、错缝焊接、回火矫正，最大程度降低钢板的残余应力及变形[9]。

图3　管段预埋底钢板横断面图(单位： mm)

原设计锚筋与底钢板采用点接触，锚筋与底钢板沿钢筋端头接触面围焊1圈，焊缝高8 mm，由于底钢板仅6 mm厚，极易被焊穿，导致个别锚筋锚固失效以及钢板与混凝土拼接能力较差，极易形成钢板空鼓现象，焊接质量难以达到设计要求，且容易对防腐涂层造成破坏[10]。

后期施工中，锚筋改为U型筋，与防水底钢板单面焊接12 cm长，用圆形小锤敲击消除中间焊层应力，焊接时焊条及电流大小要使用得当[11]，锚筋不得与主筋相碰触，以免形成渗水通道。锚筋与底钢板连接方式改善前后对比如图4所示。

防水底钢板与端钢壳、灌砂管、支撑块等连接部位防水的重点在于焊接方式的选择、焊接质量及焊缝检测频次。

(a) 锚筋改善前

(b) 锚筋改善后

Fig. 4Comparison between connection of anchor bar and base steel before and after improvement(mm)

4　顶板、侧墙防水施工

4.1防水材料的选择

本工程采用的聚合物水泥防水涂料是一种由聚丙烯酸酯乳液、乙烯-乙酸乙烯酯共聚乳液等聚合物乳液与各种添加剂组成的有机液料，与水泥、石英砂、轻重质碳酸钙等无机填料及各种添加剂组成的无机粉料，通过合理配比、复合制成的一种双组份、水性防水涂料。

聚合物水泥防水涂料既有聚合物涂膜的柔韧性，能改善水泥砂浆干缩变形的缺陷，又有水泥水硬性材料的刚性，与基层的粘结力强。以水为分散介质，调节其柔韧性及强度，克服了沥青、焦油和溶剂型防水涂料易造成污染的弊端[12]。聚合物水泥防水涂料不仅具有良好的柔韧性、粘结性、耐老化性、抗渗性，而且涂膜干燥快、弹性模量适中、安全环保、大面积机械喷涂效益高、兼有有机和无机防水涂料的优点。

4.2施工工艺流程

顶板、侧墙外包防水施工工艺流程如图5所示。

图5　顶板、侧墙外包防水施工流程

Fig. 5Flowchart of construction process of roof and sidewall waterproofing

4.3基层处理及涂刷底涂

混凝土基层表面应平整、坚实，无尘土、尖锐物、油污、明水等，不得有气孔、凹凸不平、蜂窝麻面、浮浆等缺陷，需修补部位用钢刷、角磨机等打磨处理，油污清除干净，表面气孔、裂缝等采用环氧砂浆修补腻子刮平。

底涂是为了提高涂膜与基层的粘结力，大面积采用喷涂工艺，边角、管口等细部特殊部位采用刷涂施工。底涂干燥后即可机械喷涂涂膜，时间间隔不宜过长，以免表面被水分、灰尘等污染。

4.4细部加强处理

4.4.1外侧墙喷涂层与防水底钢板搭接处及各类施工缝的处理

外侧墙喷涂层与防水底钢板搭接处及各类施工缝的防水设计如图6所示。

(a) 外侧墙喷涂层与底钢板搭接处防水

(b) 各类施工缝处防水

Fig. 6Design of waterproof of connection joints and construction joint(mm)

具体施工步骤如下：

1)搭接处及各类施工缝部位混凝土错台用角磨机打磨平顺，保证胎体增强布粘铺密贴无空洞；

2)底钢板与混凝土搭接处较疏松，极易产生缝隙，需采用环氧砂浆填筑密实后用腻子刮平；

3)各类施工缝处、底钢板与外侧墙喷涂层需进行加强处理，骑缝1环作为加强层，加强层两侧超出接缝处不少于25 cm；

4)交替改变涂层的涂刷方向及玻纤网格布铺贴方向，确保加强处喷涂平顺、饱满。

4.4.2端钢壳翼缘板部位防水

在端钢壳翼缘板和管段混凝土搭接处表面骑缝涂刷1环3.0 mm厚聚合物水泥防水涂料作为加强层防水，加强层两侧超出接缝处不少于25 cm，多遍涂刷完成收头。端钢壳与结构主体混凝土搭接部位防水设计如图7所示。

图7　端钢壳与结构主体混凝土搭接部位防水设计(单位： mm)

Fig. 7Waterproofing design of connection joint of end steel shell and major structure concrete(mm)

4.4.3管顶舾装件部位防水

1)埋设件、穿墙管等与混凝土接茬处是防水的薄弱部位，在前期预埋施工中已加焊止水环，实践证明止水环防水效果明显。

2)埋设件、穿墙管根部周围凿除15 mm左右凹槽，凹槽内嵌填环氧砂浆，用腻子刮平，要密实、连续、饱满、粘结牢固。埋设件、穿墙管等根部防水施工设计如图8所示。

图8　埋设件、穿墙管等根部防水设计(单位： mm)

3)埋设件、穿墙管根部等细部节点应做加强层，3.0 mm厚聚合物水泥防水涂料作为加强层防水，玻纤网格布的宽度不小于25 cm，埋设件、穿墙管根部与加强层必须用毛刷刷严、粘牢。

4.5机械喷涂施工

大面积采用“一布四涂”机械喷涂施工工艺，分4道喷涂达到设计厚度3.0 mm。

1)喷涂准备。按粉料与液料配合比配置涂料，搅拌均匀，静置1～3 min，过滤后方可喷涂，配置好的涂料应在3 h内完成喷涂。

2)喷涂设备。施工机械为无空气喷涂机，压力控制为10～12 MPa，喷涂时，严格控制喷枪与施工基面间的距离，走枪要均匀，避免漏喷。

3)喷涂厚度控制。按设计厚度分次喷涂，第1道按0.6～0.8 mm厚大面积喷涂，喷涂后铺贴1层玻纤网格布，再进行其余涂层的喷涂。喷涂时需注意以下几点： ①各道涂层时间间隔依据环境温度及风力大小确定，现场以手摸不粘手为准； ②每遍喷涂时应交替改变涂层的涂刷方向，同层涂膜的先后搭压宽度宜为30～50 mm； ③先喷涂外侧墙，再喷涂顶板，特别注意侧墙立面喷涂时，要分多遍薄涂，每次薄涂0.3～0.5 mm，以防止流坠堆积影响外观质量；④每层料喷涂不宜过厚，防止涂膜固化较慢及干后开裂；⑤第4道涂层采用加水稀释的涂料喷涂1道，并对感观厚度小的区域补充喷涂(俗称压枪)，以提高涂膜表面的平整度和光洁效果。

4)喷涂施工分区分块连续施工，先喷涂管段顶部，把顶部分成平均宽约6 m，长25.3 m的小块，共19块，施工顺序按照S形顺序施工，管段侧墙同样分成19块，从上往下喷涂。以E1管段顶板为例的喷涂顺序如图9所示。

4.6保护层施工

防水涂层喷涂完毕后，及时施作保护层，防止管段浮运、沉放、回填时对防水涂层的损坏。顶板浇筑5 cm厚C20素混凝土，顶板倒角浇筑20 cm厚C30混凝土护边块，侧墙涂刷5 mm厚聚合物水泥砂浆，保护层施工设计如图10所示。

图9　管段顶板喷涂顺序(单位： cm)

图10　保护层施工设计

此外，应避免在雨天、雾天、大风等恶劣天气及环境温度低于5 ℃、高于35 ℃或烈日暴晒时施工，涂膜固化前如有可能降雨时，要及时做好已完成涂层的保护。

5　防水质量检测

5.1防水底钢板焊缝检测

防水底钢板焊缝等级为二级，采用探伤仪进行焊缝检测，超声波探伤用于全熔透焊接，其探伤比例按每条焊缝长度的百分数计，且不小于200 mm。现场防水底钢板防腐涂层及焊缝检测如图11所示。

(a) 防水钢板防腐涂层检测

(b) 焊缝检测

Fig. 11Site detection of anticorrosion coating on waterproofing base steel plate and welded joint

5.2防水涂层外观检测

防水涂层与基层应粘结牢固，表面光滑平整，厚度均匀，无漏涂、流坠堆积、露胎体、气孔、分层、折皱、翘边等现象[13]。顶板防水涂层施作外观质量如图12所示。

图12　顶板防水涂层施作外观质量

Fig. 12Appearance quality of waterproofing coating on tunnel segment roof

5.3防水涂层试验检测

5.3.1原材检测

防水涂料应具有低温柔性、不透水性以及较高的拉伸强度、断裂伸长率，这几项性能指标是必检性能项目[13]。防水涂料检测结果如表1所示。

表1　防水涂料检测表

5.3.2切片取样检测

涂层裁取切片时，应取厚度均匀处，尽量避开粉料颗粒和空鼓等缺陷部位[13]。防水切片取样如图13所示。

5.3.3厚度检测

采用超声涂层测厚仪或针测法对防水涂层进行厚度检测，平均厚度应符合设计要求，检测的最小厚度应不小于设计的90%[13]。切片厚度检测如图14所示。

图13　防水切片取样

图14　切片厚度检测

5.3.4蓄水试验

涂层施工完毕后，在管段试浮检漏期间，管顶静置48 h后，观测管段内部渗漏水情况[13]。试浮检漏期间蓄水试验如图15所示。

图15　蓄水试验

6　结论与建议

南昌红谷隧道第1批次E1—E6管段于2014年10月开始预制，2015年9月沉放安装完成，管段经过试浮检漏、浮运、系泊、沉放等多道工序，不渗不漏，表明隧道防水设计和施工是成功的，同时可得出以下结论和建议。

1)过江沉管隧道防水设计是一项系统工程，需遵循管段结构混凝土自防水为主，外包防水为辅，接头防水是重点，多道防水、综合治理的原则。

2)防水底钢板是防止管段坐底、承受不利冲击的重要部位，须保证其防腐、平整度等工序的施工质量。采取跳焊、错缝焊、钢块压缝、回火矫正等措施能有效避免底钢板焊接受热所致的鼓包现象；增加锚筋与底钢板焊接长度，增强锚固效果，避免底钢板与混凝土局部脱空形成空鼓。

3)聚合物水泥防水涂料采用“一布四涂”机械喷涂工艺，涂膜形成的关键在于涂料配置、机械喷涂工艺的选择、细部节点加强防水处理及工序过程质量控制等。

4)接缝处、施工缝、埋设件、穿墙管根部和端钢壳翼缘板等细部节点部位是防水的薄弱环节，须加强防水处理。防水涂层施工完成后，极易受损，应及时施作保护层。

5)沉管隧道长期浸水环境对防腐涂层及聚合物水泥防水涂料的使用寿命不利，如何延长防腐涂层及聚合物水泥防水涂料在浸水环境中的使用寿命，有待进一步研究。

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Construction Technology for Enclosed Waterproofing of Honggu Immersed Tunnel in Nanchang

HUANG Xuejun

(ErchuCo.,Ltd.ofChinaRailwayTunnelGroup,Sanhe065201,Hebei,China)

The waterproofing quality of immersed tunnel segment has a significant influence on tunnel operation safety and tunnel service life. The enclosed waterproofing technology of “waterproofing base steel plate + spraying polymer cement on roof and sidewall” is adopted in Honggu Immersed Tunnel in Nanchang. The technologies include: 1) Use steel plate of 6 mm with anchor to reduce adsorption force. 2) Polymer cement spraying on roof and sidewall. The enclosed waterproofing technologies are improved by staggered joints welding of base steel, changing the connection mode of anchor bar, reinforcing of weak points and strengthening test and monitoring.

immersed tunnel; enclosed waterproofing; waterproofing base steel plate; polymer cement waterproofing layer

2016-01-13;

2016-03-10

中铁隧道集团科技创新计划重大课题(隧研合2014-04)

黄学军(1978—)，男，宁夏中宁人，2001年毕业于重庆大学，采矿工程专业，本科，高级工程师，主要从事隧道与地下工程技术管理工作。E-mail： 47115378@qq.com。

10.3973/j.issn.1672-741X.2016.09.015

U 455

B

1672-741X(2016)09-1125-07