軌道交通工程防水技術(shù)綜述

1、軌道交通工程防水技術(shù)綜述摘要：對(duì)在建和已建城市軌道交通采用明挖結(jié)構(gòu)和礦山法結(jié)構(gòu)施工的地下工程所選用的柔性防水材料及細(xì)部構(gòu)造防水技術(shù)進(jìn)行了綜合論述。關(guān)鍵詞：城市軌道交通；防水工程；明挖法；礦山法；柔性防水材料；細(xì)部構(gòu)造 軌道交通地下工程土建工法較多，施工工藝比較復(fù)雜。在制定防水方案時(shí)，根據(jù)土建工法確定防水材料的種類和細(xì)部構(gòu)造防水措施，選擇更易于施工、安全環(huán)保、適合本地氣候條件及地下水文地質(zhì)的柔性防水層材料，是防水設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容。1、軌道交通地下防水工程的基本特點(diǎn) 城市軌道交通地下防水工程不同于其他地下工程，主要有以下幾個(gè)基本特點(diǎn)： 1）防水材料應(yīng)具有優(yōu)異的耐久性 軌道交通工程主要受力構(gòu)件的使用年

2、限應(yīng)達(dá)到100年以上，因此選用的柔性防水材料應(yīng)具有與結(jié)構(gòu)使用年限相匹配的耐久性。 2）防水設(shè)防等級(jí)較高 軌道交通地下工程屬人員密集場(chǎng)所，機(jī)電設(shè)備較多。對(duì)車站、人行通道和機(jī)電設(shè)備集中區(qū)段，要求達(dá)到一級(jí)防水標(biāo)準(zhǔn)，其他區(qū)間隧道等附屬結(jié)構(gòu)要求達(dá)到二級(jí)防水標(biāo)準(zhǔn)。 3）柔性防水層工作環(huán)境復(fù)雜 軌道交通地下工程長(zhǎng)期受列車振動(dòng)荷載的作用，同時(shí)，地下水的水位、酸堿度、微生物以及凍融環(huán)境等均對(duì)防水層的質(zhì)量和耐久性帶來(lái)不利影響。 4）地下工程土建工法復(fù)雜 城市軌道交通地下工程的土建工法包括了明挖順筑、蓋挖順筑、蓋挖逆筑、礦山法（包括暗挖逆筑、暗挖順筑）、盾構(gòu)法、頂管法等多種工法，有時(shí)一個(gè)地下車站采用了3種以上的土建

3、工法，這就決定了地下工程防水的復(fù)雜性。 5）柔性防水層施工要求高 城市軌道交通工程施工場(chǎng)地有限，基坑多采用圍護(hù)樁或地下連續(xù)墻支護(hù)，決定了側(cè)墻柔性防水層大多采用“外防內(nèi)貼”法施工，成品保護(hù)困難，對(duì)防水層的完整性和不竄水性要求較高。 6）施工周期長(zhǎng) 城市軌道交通地下防水工程一般最少需要1年的時(shí)間，因此要求選用的防水材料應(yīng)同時(shí)具有較好的高、低溫施工性能，防水層耐雨水、耐凍融、耐粉塵等性能要好。2、明挖法結(jié)構(gòu)柔性外包防水2.1柔性防水方案城市軌道交通地下工程明挖結(jié)構(gòu)土建工法包括明挖順筑、蓋挖順筑、蓋挖逆筑等。在進(jìn)行防水方案討論時(shí)，結(jié)構(gòu)頂板必須設(shè)置柔性防水層已經(jīng)得到了廣泛的認(rèn)可，但對(duì)于底板和側(cè)墻是否需要

4、設(shè)置柔性防水層，每條新建軌道交通的防水方案在確定前都要進(jìn)行一番爭(zhēng)論，爭(zhēng)論的焦點(diǎn)是選用柔性半包防水方案還是選用全包防水方案。這兩種方案的對(duì)比見(jiàn)表1。 半包防水方案和全包防水方案到底哪個(gè)更好，滲漏量和堵漏維修費(fèi)用每年投入多少，目前尚無(wú)具體量化指標(biāo)比較。國(guó)內(nèi)目前在建和已建地鐵工程大多采用柔性全包防水方案，僅個(gè)別城市以及個(gè)別地下車站由于結(jié)構(gòu)型式等原因采用了半包防水方案，見(jiàn)表2。2.2柔性防水材料選擇 選用柔性防水材料時(shí)，一般遵循“材料品種不宜過(guò)多，應(yīng)具備環(huán)保、經(jīng)濟(jì)、施工簡(jiǎn)便及與土建工法匹配的特性，適應(yīng)當(dāng)?shù)氐奶鞖?、環(huán)境條件，具有成品保護(hù)簡(jiǎn)單等優(yōu)勢(shì)，優(yōu)先選用不易竄水的防水材料或防水系統(tǒng)”的原則。 由于軌道

5、交通地下工程大多采用圍護(hù)樁或地下連續(xù)墻支護(hù)的結(jié)構(gòu)型式，其鋪設(shè)防水層時(shí)，結(jié)構(gòu)底板均采用“外防內(nèi)貼”法，頂板均采用“外防外貼”法，側(cè)墻大多采用“外防內(nèi)貼”法，僅局部采用放坡施工的側(cè)墻采用“外防外貼”法。因此在選用防水材料時(shí)，一般根據(jù)防水層設(shè)置部位的不同選用不同種類的防水材料。 國(guó)內(nèi)目前在建和已建地鐵工程中，明挖結(jié)構(gòu)采用的防水層材料種類見(jiàn)表3。根據(jù)表3的匯總結(jié)果，目前國(guó)內(nèi)新建地鐵工程中，結(jié)構(gòu)頂板多采用涂料類防水材料，其防水質(zhì)量經(jīng)過(guò)實(shí)踐檢驗(yàn)是能夠滿足設(shè)計(jì)要求的。而側(cè)墻和底板柔性防水材料中，由于預(yù)鋪防水卷材和膨潤(rùn)土防水材料具有不易竄水和施工簡(jiǎn)便的特點(diǎn)，在地鐵工程中也得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。2.3常用柔性

6、防水材料的施工性能比較 每種防水材料都有其特定的施工工藝，如基層處理、安裝鋪設(shè)方法、成品保護(hù)要求等，其施工難度不同，影響防水質(zhì)量的因素也不同，如施工人員的熟練程度、鋪設(shè)質(zhì)量、各種環(huán)境條件對(duì)鋪設(shè)質(zhì)量的影響、成品保護(hù)和澆搗混凝土等。 防水材料的選用應(yīng)重點(diǎn)考慮以下3個(gè)方面的因素：一是選用的防水材料的性價(jià)比；二是所選用防水材料的施工工藝不能過(guò)于復(fù)雜，應(yīng)盡量符合目前國(guó)內(nèi)現(xiàn)場(chǎng)施工人員的素質(zhì)；三是應(yīng)符合當(dāng)?shù)氐臍夂驐l件和水文地質(zhì)條件及土建施工工法。 國(guó)內(nèi)地鐵工程中常用的柔性防水材料施工性能見(jiàn)表4。2.4柔性防水層施工工藝概述 1）當(dāng)防水層采用“外防內(nèi)貼”法鋪設(shè)時(shí)，防水卷材應(yīng)采用空鋪、點(diǎn)粘、條粘或機(jī)械固定法鋪設(shè)

7、，避免內(nèi)部結(jié)構(gòu)與圍護(hù)結(jié)構(gòu)之間出現(xiàn)差異沉降時(shí)對(duì)防水層造成破壞。當(dāng)防水層采用“外防外貼”法鋪設(shè)時(shí)，防水層與結(jié)構(gòu)表面應(yīng)滿粘，不得出現(xiàn)空鼓部位。明挖車站的基本構(gòu)造設(shè)計(jì)見(jiàn)圖1。 2）側(cè)墻防水層之間的過(guò)渡構(gòu)造，包括直接過(guò)渡和間接過(guò)渡兩種做法，見(jiàn)圖2 3）防水加強(qiáng)層做法根據(jù)細(xì)部構(gòu)造部位及防水材料的材質(zhì)有所不同，具體做法如下： 陰陽(yáng)角加強(qiáng)層一般先于防水層鋪設(shè)，但當(dāng)采用“外防內(nèi)貼”法鋪設(shè)自粘防水卷材時(shí)，宜先鋪防水層，再鋪防水加強(qiáng)層。 施工縫防水加強(qiáng)層應(yīng)位于結(jié)構(gòu)迎水面和防水層之間，見(jiàn)圖3。 變形縫防水加強(qiáng)層材料應(yīng)具有不小于300的延伸率，并且防水加強(qiáng)層應(yīng)采用可與現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)粘貼的防水材料。“外防內(nèi)貼”法鋪設(shè)防水

8、層時(shí)，多采用合成高分子預(yù)鋪防水卷材“；外防外貼”法鋪設(shè)防水層時(shí)，多采用丁基橡膠防水密封膠粘帶。防水加強(qiáng)層在變形縫兩側(cè)一定范圍內(nèi)應(yīng)空鋪，以適應(yīng)變形要求，見(jiàn)圖4。3、礦山法結(jié)構(gòu)柔性外包防水3.1柔性防水方案 礦山法結(jié)構(gòu)包括采用礦山法施工車站以及區(qū)間隧道、人行通道、區(qū)間聯(lián)絡(luò)通道等，國(guó)內(nèi)目前多采用全包防水方案，僅個(gè)別城市礦山法隧道采用防排結(jié)合的防水做法，如南京地鐵1號(hào)線的山嶺隧道采用全包排水方案，重慶地鐵1號(hào)線圍巖條件較好、埋深較大的礦山法隧道采用半包排水方案，中梁山隧道采用全包排水方案等。 國(guó)內(nèi)目前礦山法施工結(jié)構(gòu)多采用EVA、PVC、ECB塑料防水板等作為復(fù)合式襯砌夾層防水層，如北京、南京、杭州、寧

9、波、深圳、廣州、沈陽(yáng)等地鐵。也有采用其他防水材料，如重慶地鐵淺埋礦山法隧道采用合成高分子預(yù)鋪防水卷材，西安地鐵礦山法隧道采用瀝青基聚酯胎預(yù)鋪防水卷材，北京地鐵5號(hào)線天壇東門站磁器口站左線區(qū)間隧道以及9號(hào)線六里橋站六里橋西站左線隧道采用膨潤(rùn)土防水毯。從目前已經(jīng)投入運(yùn)營(yíng)的北京地鐵5號(hào)線的防水效果來(lái)看，膨潤(rùn)土防水毯與塑料防水板的防水效果基本相同，但都需要進(jìn)行后期注漿處理才能滿足二級(jí)設(shè)防要求。3.2柔性防水層施工工藝 礦山法結(jié)構(gòu)采用塑料防水板做復(fù)合式襯砌夾層防水層時(shí)，均采用無(wú)釘孔鋪設(shè)雙焊縫施工工藝。少數(shù)城市地鐵如西安地鐵采用的瀝青基聚酯胎預(yù)鋪防水卷材，采用水泥釘直接固定在噴射混凝土表面，然后在釘孔部位

10、再粘貼自粘層進(jìn)行修補(bǔ)。重慶地鐵礦山法隧道采用合成高分子預(yù)鋪防水卷材時(shí)，也有個(gè)別隧道采用吊帶法固定防水卷材。 礦山法隧道采用塑料防水板時(shí)，竄水問(wèn)題比較嚴(yán)重，給后期堵漏維修工作帶來(lái)很大困難，這也是很多城市軌道交通工程在礦山法隧道中不斷采用新材料、新工藝進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，以便找到一種施工簡(jiǎn)便、防水性能好、不竄水的防水材料或防水系統(tǒng)的主要目的。而塑料防水板除具有適應(yīng)基層能力較好、延伸率較高、無(wú)污染等特點(diǎn)外，還兼做隔離層，能有效降低二次襯砌收縮時(shí)受到初襯的約束，減少二次襯砌混凝土開(kāi)裂的幾率，目前在國(guó)內(nèi)軌道交通工程礦山法結(jié)構(gòu)中屬于首選防水材料。為解決其竄水問(wèn)題，應(yīng)在防水板表面設(shè)置防水板注漿系統(tǒng)（見(jiàn)圖5），隧道封閉

11、后，利用預(yù)埋注漿系統(tǒng)進(jìn)行填充注漿。這種做法在南京地鐵一號(hào)線珠江路站鼓樓站玄武門站礦山法區(qū)間隧道中得到成功應(yīng)用，在北京地鐵所有礦山法結(jié)構(gòu)中也得到了大量應(yīng)用。實(shí)踐證明這種防水系統(tǒng)無(wú)論在大斷面礦山法車站還是在普通區(qū)間隧道中，都能夠滿足防水設(shè)計(jì)要求。4、細(xì)部構(gòu)造防水 地鐵工程中的細(xì)部構(gòu)造，包括樁頭、施工縫、變形縫（包括誘導(dǎo)縫）等部位的滲漏水占所有滲漏部位的90以上；這些細(xì)部構(gòu)造一旦出現(xiàn)滲漏水，后期堵漏維修就比較困難，且容易出現(xiàn)反復(fù)滲漏問(wèn)題，因此要特別重視。4.1樁頭 樁頭部位由于無(wú)法形成柔性全包防水層，因此大多采取剛?cè)徇^(guò)渡并在過(guò)渡部位用密封膠密封處理的方法加強(qiáng)防水。由于樁身與現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)底板之間的差

12、異沉降較小，因此應(yīng)重點(diǎn)做好樁頭的剛性防水處理以及剛性防水層與柔性防水層之間的過(guò)渡密封處理。剛性防水包括在樁身及樁頭涂刷水泥基滲透結(jié)晶型防水材料，然后在樁身四周及底板墊層表面一定范圍內(nèi)抹壓1020 mm厚的防水砂漿。柔性防水層與墊層表面的剛性防水層進(jìn)行過(guò)渡，最后在樁根部用密封膠進(jìn)行密封處理。目前也有采用高滲透改性環(huán)氧涂料代替水泥基滲透結(jié)晶型防水材料的做法，防水效果均能夠滿足防水要求。4.2施工縫 目前國(guó)內(nèi)軌道交通地下工程中，施工縫防水措施主要包括中埋式鋼邊橡膠止水帶、中埋式鋼板止水帶、遇水膨脹膩?zhàn)訔l、遇水膨脹止水橡膠、預(yù)埋注漿管、水泥基滲透結(jié)晶型材料等防水材料。按照工程部位或防水等級(jí)的要求，采取

13、單道設(shè)防或組合雙道或三道設(shè)防（見(jiàn)圖6）。制定施工縫防水措施時(shí)，應(yīng)綜合考慮土建工法和施工縫設(shè)置部位，否則會(huì)增加施工難度，并難以保證防水質(zhì)量。例如，對(duì)復(fù)雜的礦山法結(jié)構(gòu)施工縫，如果采用中埋式或外貼式止水帶，則安裝和接頭施工比較困難，也會(huì)給后道工序帶來(lái)不利影響，此時(shí)應(yīng)盡量選擇遇水膨脹止水橡膠、預(yù)埋注漿管等材料；在水平施工縫部位安裝中埋式或外貼式止水帶，施工操作也比較困難，止水帶容易跑位，同時(shí)與變形縫、誘導(dǎo)縫交叉部位較難處理，也容易導(dǎo)致該部位出現(xiàn)滲漏現(xiàn)象。實(shí)踐證明，施工縫部位單獨(dú)采用遇水膨脹止水條或外貼式橡膠止水帶的方法不易保證防水質(zhì)量，應(yīng)慎重選用。4.3變形縫和誘導(dǎo)縫 變形縫和誘導(dǎo)縫的防水方案比較統(tǒng)一，也無(wú)太多的方案可供選用。目前多選用中孔型中埋式鋼邊橡膠止水帶、外貼式橡膠止水帶、密封膠、防水加強(qiáng)層等材料進(jìn)行組合加強(qiáng)防水（見(jiàn)圖7），也有采用中孔型中埋式注漿止水帶代替鋼邊橡膠止水帶的。實(shí)踐證明，變形縫和誘導(dǎo)縫部位的防水效果主要依靠柔性防水加強(qiáng)層和中埋式止水帶，而外貼式止水帶和密封膠嵌縫的防水效果較差，有些城市軌道交通地下防水工程的變形縫和誘導(dǎo)縫部位已經(jīng)取消了外貼式止水帶做法。另外，具有