隧道二衬中埋式止水带安装工艺的改进及新型加劲止水带的应用

丁少明

(中铁十八局集团隧道工程有限公司,重庆 400700)

中埋式止水带安装是当前隧道二衬施工常见工序,但工程实践中止水带的定位精准性难以保障,同时浇筑混凝土时可能会引发止水带结构变形、降低施工缝防水效果并最终引发渗水漏水等问题[1-2]。结合郑万高铁黄家沟隧道工程实践,介绍中埋式止水带的安装工艺及其改进措施,以期促进工程施工技术水平的进步。

1 工程概况

郑万高铁黄家沟隧道地处湖北襄阳市南漳县与保康县交界位置,长度共计7 827 m,隧道周围地层分布主要包含砂质页岩以及碳质页岩,地质非常复杂,隧道岩层因中～强风化影响,地质非常软弱,节理裂隙比较发育,存在大量破碎岩体,遇水很容易出现软化,围岩自稳性不佳,易塌方。隧道具有较强的富水性,在该区域开展隧道工程施工时,经常出现裂隙水,隧道二次衬砌出现渗水漏水问题概率较高。

2 止水带纵向张拉式安装及其改进

当前铁路隧道施工时通常采用整体仰拱模板,中埋止水带张拉式安装以施作纵向施工缝。安装时首先对止水带施加张拉应力,使得止水带能够沿纵向延伸以确保顺直,完成混凝土浇筑施工后即可保障止水带依旧保持良好的纵向线性特征。

常规工程实践中安装中埋式止水带需额外配置悬吊式止水带安装卡具并通过悬吊设施安装一半止水带,但悬吊系统自身不具备良好稳定性,可能会导致定位不够精准、后续浇筑施工时止水带变形严重等问题,同时止水带通常采用柔软质地材料,悬吊装置所用卡具不能保障止水带竖直性[3-5]。所用安装夹具如图1所示。黄家沟隧道安装纵向止水带实践中尝试对常规工艺进行改进[6]。

图1 止水带卡具

2.1 纵向搭接接头处理

中埋止水带张拉式安装时首先应确保接头能够具有良好抗拉伸力,可使用磨光机将接头磨平不小于30 cm的宽度后涂覆一层强力胶,压实处理,而后取钢筋材料制作U型固定装置(如图2所示)以确保固定稳定性。

图2 支杆配合U型夹安装止水带图3 张拉器安装图4 T 型定位筋结构(单位:cm)

黄家沟隧道中埋式橡胶止水带的接头处理采用热硫化模具接头法,即接头采用与橡胶止水带匹配的止水带热熔焊接机和生胶片进行硫化热接。粘接前,第一步通过切割刀割掉止水带突出的部分。第二步采用锉刀把需要粘接的两块中埋式橡胶止水带的粘结区域锉出新鲜面,接着采用丙酮对粘接面仔细清洁。第三步通过特种黏结胶止水带进行粘接处理,要求搭接长度至少为30 cm。第四步通过吹风机将胶液吹干以后,用专用夹具把搭接部位夹紧,确保使粘接部位全面接触,避免出现空隙,等待30 min以后把夹具卸除。

2.2 纵向托夹安装

止水带主要为橡胶材质,质地柔软,因而使用较长止水带时会引发顺直效果不佳等问题。为解决这个问题,可根据U型夹间距结合仰拱快速判断纵向U型夹数量并安装支杆,形成上纵拉、下依托的结构体系,方法操作简单且张拉力得以降低。

取钢筋材料制作U型夹,其中钢筋直径为∅6.5 mm,U型夹高度中间位置处采用点焊方式焊接螺纹钢支杆,相邻支杆间距为2 m左右,而后设置U型夹并在上方布置止水带,安排工作人员人力拉直止水带结构,同时在U型夹上布置钢丝绑扎以避免止水带上浮。支杆配合U型夹安装止水带现场如图2所示。

2.3 端头张拉器安装

结合纵向张拉止水带设置张拉设备(见图3方框内),过程中应严格控制张拉力使止水带保持正常的延展性,过度张拉可能会导致混凝土浇筑完成后止水带反弹收缩等问题。

3 止水带环向安装工艺改进

工程实践经常发现环向止水带存在纵向竖直性较差且深浅不一、安装错位问题,黄家沟隧道环向止水带安装时对工艺进行改进。

首先准备施工设备及材料,将∅6.5 mm钢筋制作为如图4所示定位筋结构,衬砌台车驶入指定地点后即可将中埋式止水带固定在挡头板中间位置,利用T型定位筋将止水带精准定位后通过点焊焊接至二次衬砌钢筋结构中,即可开展混凝土浇筑,预留一半止水带并浇筑至下一循环衬砌混凝土结构中。施工流程如图5所示。

图5 T型定位筋精准定位止水带

(1)质量控制要点:①止水带接头搭接长度不小于30 cm以上,以确保防水板能够有效阻拦渗水漏水并引流至规定区域。②相邻止水带定位筋之间距离设置为500 mm左右,同时应确保止水带周围保持整洁以确保定位精准性。③应确保每环均能进行5处以上不同位置质量检测。止水带偏离衬砌中心线的幅度应控制在3 cm以内,同时纵向偏位偏差应控制在5 cm以内。

(2)采用T型定位筋固定止水带后封堵挡头模并直接浇筑混凝土,有效避免了止水带变形等问题,确保止水带安装效果,施工过程中操作方便、效率极快,且对材料要求较低,成本较低。

4 新型加劲型中埋止水带的应用

上述措施有效解决了传统安装方式中止水带定位精准度不足的问题,但新型加劲型中埋止水带的应用取得了更好的效果。

4.1 加劲型止水带结构

黄家沟隧道所用加劲型中埋止水带的结构如图6所示,现场实物如图7所示。加劲型止水带在生产车间实现止水带和钢板的连接,出厂即可获得复合结构,不需在施工现场进行二次加工,施工效率进一步提升,且通过工厂标准化生产预制构件,有效避免了人工操作导致的误差,确保了安装精度。

图6 加劲型中埋止水带结构(单位:mm)

图7 加劲型中埋止水带

(1)工厂预制加劲型中埋止水带时依据《高水分防水材料止水带》(GB18173.2-2014)严格把控各项参数指标水平。

(2)内置钢板材质选用Q235普通碳素钢,预制钢板尺寸应契合止水带结构及工程需求,案例工程中所用钢板尺寸为280 mm×100 mm×2 mm,相邻钢板之间保持60 cm左右间距。

4.2 止水带安装步骤

第一步,把加劲型中埋式止水带安装在隧道初期支护和内模板之间位置,见图8。第二步,在施工缝的下方(止水带的左侧底部)安装好下部定位卡具;在施工缝的上方(止水带的左侧顶部)安装好上部定位卡具;接着在加劲型中埋式止水带的右侧中部安装好中部定位卡具。第三步,在内模板和初期支护之间进行混凝土浇筑。

图8 加劲型中埋式止水带安装结构

将多个定位卡具设置在加劲型中埋式止水带的左右两侧,可以有效实现对止水带的精准定位支撑,防止在安装和混凝土浇筑过程中出现偏移情况,不仅方便、快捷,而且确保了隧道的衬砌和防水质量。

4.3 应用效果

试验段施工现场及拆模后施工效果分别如图9和图10所示。

图9 安装效果图10 拆模效果

案例工程针对止水带设置效果开展钻孔检查,钻孔位置情况如图11所示。

图11 加劲型橡胶止水带钻孔检查

检测过程中工作人员结合内窥镜检查止水带弯折、断裂、完整情况,检查结果显示止水带安装完成后未出现错位或弯折等问题,且最终安装效果相较《铁路隧道防水材料》(TBT 3360.2-2014)设计规范要求误差最大值为20 mm、误差平均值在10 mm以内,满足规范要求。

4.4 效益评价

(1)综合成本低:传统止水带安装时需要5名以上工作人员同时参与方可,新型加劲型中埋式止水带安装仅需3名工作人员。普通中埋钢板止水带型号50 mm×8 mm×25 m单价120～130元/m,新型加劲型中埋式止水带同型号单价150～160元/m。虽然新型加劲型中埋式止水带价格略高,但是极大地降低了人工成本。

(2)质量好:二次衬砌施工完成且拆模后检查止水带外观情况,显示止水带安装完成后未出现常规安装方式下常见的下垂或扭曲等问题。为确定检验结果精确性,进一步通过检查槌敲击止水带周围混凝土结构,抽检多处结构均未发现空洞问题。

(3)效率高:新型中埋式止水带安装简便,不需现场临时加工,有效提高工作效率。

5 结束语

郑万高铁黄家沟隧道工程安装中埋式止水带过程中对纵向及环向施工工艺均进行了改进,并尝试使用新型加劲止水带。经现场施工检验,所采用措施安装平滑度及准确性均有显著提升,安装完成后止水带外观优良且未发生扭曲变形,应用效果良好。