摘 要： 對地鐵區(qū)間隧道復(fù)合式初砌的防水機理、防水層結(jié)構(gòu)設(shè)計、防水材料與緩沖層材料的選用、防水施工工藝、防水層的保護(hù)等， 作了系統(tǒng)的介紹。
關(guān)鍵詞： 地鐵隧道； 復(fù)合式襯砌； 防水施工
當(dāng)前， 多數(shù)地鐵區(qū)間隧道采用了復(fù)合式襯砌結(jié)構(gòu)， 防水一般共設(shè)三道防線， 第一道是初期支護(hù)加背后注漿， 第二道是設(shè)置封閉防水板， 第三道是二次襯砌， 并對施工縫、變形縫等作專門處理。大量工程實踐表明， 復(fù)合式襯砌結(jié)構(gòu)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藝等方面的問題， 導(dǎo)致第二道防水線時常會出現(xiàn)嚴(yán)重的缺陷。因此， 為提高隧道復(fù)合式襯砌防水的可靠性， 選用合適的防水層（緩沖層）材料、適當(dāng)?shù)姆浪畬咏Y(jié)構(gòu)設(shè)計以及嚴(yán)格的防水施工工藝， 是完全有必要的。
1、復(fù)合式初砌防水機理及防水層結(jié)構(gòu)設(shè)計
1.1 防水機理隧道
復(fù)合式初砌是分內(nèi)外兩層先后施作的隧道襯砌結(jié)構(gòu)， 即在隧道開挖后立即施作網(wǎng)噴混凝土作為初期支護(hù)， 經(jīng)監(jiān)控量測確認(rèn)圍巖及初期支護(hù)基本穩(wěn)定后再鋪設(shè)防水層， 最后澆筑二次襯砌防水混凝土。
復(fù)合式襯砌防水主要依靠全封閉的防水層和二次襯砌混凝土， 兩者相輔相成， 缺一不可。二次襯砌防水混凝土在硬化過程中， 內(nèi)部存在著溫度應(yīng)力和收縮應(yīng)力， 這些應(yīng)力的存在會使防水混凝土產(chǎn)生變形； 而初支混凝土表面粗糙、凹凸不平， 必然會對二次襯砌混凝土產(chǎn)生相當(dāng)大的約束力， 阻止其變形， 于是就產(chǎn)生了拉應(yīng)力。當(dāng)拉應(yīng)力大于二次襯砌混凝土抗拉強度時， 混凝土即被拉裂， 特別是在隧道起拱線應(yīng)力集中區(qū)產(chǎn)生的裂縫最多。如果設(shè)法消除或減弱初期支護(hù)噴射混凝土對二次襯砌混凝土的約束， 使其自由變形或約束力減小， 所產(chǎn)生的拉應(yīng)力小于混凝土的抗拉強度， 二次襯砌混凝土就不會產(chǎn)生裂縫。因此封閉的防水層多選用不透水、表面光滑的塑料片材， 它不僅起到防水作用， 而且還能隔離、潤滑初支噴射混凝土和二次襯砌混凝土， 減少二次襯砌混凝土的開裂。
1.2 防水層結(jié)構(gòu)設(shè)計
地鐵隧道要根據(jù)工程所處地質(zhì)、水文條件及不同的使用要求， 采用不同的防水層結(jié)構(gòu)設(shè)計。一般大城市地鐵隧道多埋置于地面以下， 有水不能自流排出，宜采用全封閉型防水結(jié)構(gòu)。防水層設(shè)計主要有兩種形式： 一是單層防水板（膜）鋪設(shè)于初期支護(hù)噴射混凝土上， 用于無水地段； 二是雙層結(jié)構(gòu)， 先鋪設(shè)一層較柔軟且具有相當(dāng)強度的片材作緩沖層， 克服初支噴射混凝土基面凹凸不平、易損傷防水板（ 膜） 的弊病， 然后在其上再鋪設(shè)防水板（膜）， 用于防水要求高的隧道及有水地段。
2、防水材料的選擇
目前， 隧道復(fù)合式襯砌防水層主要選用 PVC（ 聚氯乙烯）、ECB（ 乙烯- 共聚物瀝青）、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）， 應(yīng)用最多的是 EVA 膜。常用防水材料的主要性能指標(biāo)見表 1.由表 1 中可看出： EVA、LDPE、HDPE 及 ECB 技術(shù)性能皆優(yōu)于 PVC板； 從價格看 LDPE 膜最低， 其技術(shù)性能也較好。因此， 在滿足防水要求的前提下， 地鐵隧道宜采用LDPE 膜或 EVA 膜作防水層， 厚度 0.8 mm， 這樣能做到防水可靠、施工方便及造價適中。
3、緩沖層材料的選擇可供選擇的緩沖層材料主要有無紡布和聚乙烯泡沫塑料襯墊（以下簡稱 PE 襯墊）兩種。無紡布是用合成纖維材料經(jīng)熱壓針刺無紡工藝制成的土木工程用卷材， 厚度 3～5 mm， 幅寬 2 m， 按單位面積質(zhì)量有300 g/m2、400 g/m2、500 g/m2 及 600 g/m2 幾種。PE 襯墊是由化學(xué)交聯(lián)、化學(xué)發(fā)泡制成的團(tuán)孔 PE 泡沫塑料材料， 其厚度一般為（4±0.5） mm， 幅寬一般為（1 200±50） mm， 表觀密度為（45±5） kg/m3， 拉伸強度≥0.4MPa， 斷裂伸長率≥100%.由于 PE 襯墊具有良好的彈性和物理力學(xué)性能，易于鋪設(shè)且價格較低， 所以隧道復(fù)合式襯砌結(jié)構(gòu)一般選用其作為緩沖層材料。
4、防水施工工藝要點
隧道復(fù)合式襯砌防水除選擇合適的材料外， 采取嚴(yán)格的防水施工工藝也至關(guān)重要。
4.1 噴射混凝土基面處理
由于噴射混凝土基面粗糙、凹凸不平， 表面可能存在錨桿頭外露等現(xiàn)象， 會對鋪設(shè)的防水層帶來很大的損害， 因此必須先對混凝土基面突出物進(jìn)行處理。當(dāng)噴射混凝土基面有突出的鋼筋、鐵絲時，按圖1所示進(jìn)行施工處理； 當(dāng)噴射混凝土基面有鋼管突出時，則按圖 2 所示進(jìn)行處理； 當(dāng)錨桿端部外露較長時， 則在末端切斷時預(yù)留 5 mm， 并在割除部位用砂漿抹成圓曲面， 以免防水層被扎破， 見圖 3 所示。
同時， 噴射混凝土基面平整度需滿足 D/L≤1/6、拱頂 D/L≤1/8 （L——噴混凝土相鄰兩凸面間的距離； D——噴混凝土相鄰兩凸面與凹面之差），方可鋪設(shè)防水層。隧道遇斷面變化或轉(zhuǎn)彎時的陰角應(yīng)抹成R≥5 cm 的圓弧。防水層施工時基面不得有明水， 如有明水應(yīng)采取措施封堵或引排。
4.2 緩沖層處理
先在噴射混凝土隧道拱頂部位正確標(biāo)出隧道縱向的中心線， 將 PE 襯墊的橫向中心線與隧道縱向中心線相重合， 從拱頂部開始向兩側(cè)下垂鋪設(shè)； 再用塑料脹管、木螺絲和熱塑性塑料圓墊片將 PE 襯墊固定在噴射混凝土上， 有時也可用熱風(fēng)塑料焊槍將 PE 襯墊熱粘在基面上， 翹凸處及其它必要點可進(jìn)行加強固定； 布設(shè)熱塑性塑料圓墊片時， 按照拱頂每隔 50cm、邊墻每隔 100 cm、底板每隔 150 cm 的梅花形布置。緩沖層 PE 襯墊和塑料墊片的施工見圖 4 所示。
4.3 防水板的鋪設(shè)與焊接
首先裁剪卷材， 要考慮搭接接頭的預(yù)留部分； 然后在隧道拱頂部位 PE 泡沫塑料墊襯上標(biāo)出隧道縱向中心線， 再使防水板的橫向中心線與該中心線相重合，從拱頂開始向兩側(cè)下垂鋪設(shè)， 邊鋪邊與塑料圓墊片熱熔焊接； 鋪設(shè)時要注意與噴混凝土表面凹凸不平相密貼，并不得拉得太緊，一定要留出搭接余量。用塑料熱合機進(jìn)行焊接材質(zhì)較薄的防水膜時， 還可采用反彎法進(jìn)行施工。即首先將兩層膜對接，然后熱合焊接，當(dāng)雙焊縫經(jīng)檢查合格后，將其彎向一側(cè)點焊在卷材上，這樣可避免焊縫180°剝離，具體做法見圖5。
目前，常用的 EVA、LDPE、ECB 等防水板幅寬一般為 2.1 m， 接縫焊接是否嚴(yán)密直接關(guān)系到防水效果的可靠性。施工過程中，一般選用國產(chǎn)自動爬行熱合機。兩層膜搭接100mm， 焊成雙焊縫，每條焊縫寬10 mm， 中間留有空腔供充氣檢查焊縫之用， 見圖6所示。對熱合的雙焊縫進(jìn)行嚴(yán)密性檢驗時，一般采用充氣法， 所用設(shè)備包括空心針、空壓機、壓力表和連接管等，它的工作原理是利用充氣設(shè)備向焊縫空腔里加壓，在氣壓達(dá)到 0.1￣0.15 MPa 后停止充氣。壓力表讀數(shù)保持 5 min 左右不下降或下降不超過 10%， 說明焊縫質(zhì)量合格； 如壓力下降較多， 說明有未焊好之處，可用肥皂水涂在焊接縫上， 產(chǎn)生氣泡的地方用熱風(fēng)焊槍和電烙鐵等補焊， 直到不漏氣為止。焊縫檢驗時一般焊接1 000 延米抽檢1處焊縫。
5、防水層的防護(hù)
防水層施工完后， 必須注意嚴(yán)加防護(hù)， 否則極易被人為破壞， 導(dǎo)致防水質(zhì)量下降乃至完全失效。在沒有保護(hù)層部位（如拱頂、側(cè)墻）綁扎鋼筋時， 必須注意不得破壞防水層； 焊接鋼筋時必須在此周圍用石棉水泥板進(jìn)行遮擋， 以免濺出火花燒壞防水層； 在澆筑二襯混凝土?xí)r， 振搗棒要特別注意不得接觸防水層， 因為由振搗棒引起的對防水層的破壞不易被發(fā)現(xiàn)、也不易修補。
