1、轨交及其他隧道工程防水设计与施工概述,上海隧道工程轨道交通设计研究院朱祖熹教授级高工,1 国内外的地下工程防水等级分级标准及渗漏水检测方法,1.1我国的地下工程防水等级标准及 相应的工程类型,1.1.1 地下工程防水等级标准的规定,地下工程防水技术规范中的地下工程防水等级标准,1.1.2 地下工程防水等级的适用范围,1.1.3 我国分级标准的特点,1.一级标准：不允许渗水，结构表面无湿渍 2. 二级标准：提出隧道工程总湿面积不应大于总防水面积的2/1000，与任意100 m2内防水面积的湿渍不超过3处，单个湿渍最大面积不大于0.2 m2的说法，基本是合理的。“整体”与“任意”的关系，同样分别为
2、2倍4倍，考虑到隧道的总内表面积通常较大，故定为3倍。 3. 设计人员可提出比国标规定要求高的规定量。,1.2. 国外的分级标准,1.2.1德国的防水等级标准 1). 渗漏量与湿渍的关系 2). 整体渗漏与局部渗漏的关系,德国铁路隧道及地下工程防水等级,1.2.2 国外分级标准的特点,国际常例，隧道工程即使12级防水都应提出L/m2.d的渗漏量指标，隧道工程中的渗漏量应等于湿渍对应的渗水量加上底部测到的积水量之和 湿渍与漏量的关系应结合空气湿度、风速，最终来建立这种关系,1.3 防水等级分级检测法,介绍两种主要的渗漏水量的检测法 (1) 集水井积水量测 (2) 有流动水的隧道内设定水堰,1.3
3、.1隧道内设集水井积水量检测法,(以某道路隧道江中段为例),隧道内设贮水堰积水量检测示意图 检测每天.每m2的出水量为Q1,1.3.2 有流动水的隧道内设定水堰,1.3.3漏水量为貯水检测量与蒸发量之和,邻近貯水堰处，放设一个面积为1 m2的混凝土盛水储盘，同样，经24小时，测得储盘蒸发的水量Q2。 由于，储盘与贮水堰所处的工况条件几乎一致，故可将此蒸发量看作貯水堰中贮水蒸发量。该范围内的实际漏水量Q3 (L/ M2 d) ：Q3= Q1，+ Q2,a洒水造湿的地点，应在湿迹的附近，湿度、温度、风速相近。 b. 洒水涂抹形成湿迹的潮湿程度与渗入湿迹接近,1.3.4湿迹用洒水造湿方法检测与近似换
4、算,A. 点漏的检测最为简单。点漏以有刻度的玻璃量杯、 量筒为容器，量测漏点每分钟滴水。 B. 难以用容器测的，也可以6滴/ml计。,1.3.4 点滴的检测,1.4 防水设防要求 1.4.1-1 明挖法地下工程防水设防要求,续,表1.4.1-2暗挖法地下工程防水设防要求,2.地铁地下车站、区间隧道构造防水,2.1 地下明挖暗埋车站防水构造 2.2 地下区间隧道防水构造 同类构造的其它功能隧道也可参考,2.1.1 叠合墙车站防水构造,2.1.2复(重)合墙车站防水构造,2.1.3 分离墙车站防水构造(一),2.1.3 分离墙车站防水构造(二) 设压顶梁(牛腿)抗浮的分离墙,2.1.3 分离墙车站
5、防水构造(三) 设下设牛腿抗浮的分离墙,2.1.4 单墙车站防水构造,2.1.4-1奥地利地铁单层墙结构,2.2. 盾构区间隧道防水,江中盾构隧道衬砌结构 采用钢筋混凝土通用管 片错缝拼装，衬砌外径 为15m。,管片厚度为650mm， 环宽为2000mm， 混凝土强度为C60。,2.2.1. 盾构隧道的衬砌防水措施,不同防水等级盾构隧道的衬砌防水措施,2.2.2 盾构隧道接缝及其密封垫防水构造,2.2 .2-1盾构隧道两种接缝密封垫的特长及耐久性的评价,弹性橡胶密封垫是以弹性压密(压缩反力止水； 遇水膨胀橡胶密封垫是以膨胀树脂的膨胀应力止水。 注意这“材料”与“胶料”的差别正在于前者指成品加工
6、制成试样检测的性能，后者指由胶料硫化后直接做试样检测的性能，因此两者差值大，要求有一定的比例关系。 多孔型弹性橡胶密封垫长期压缩下的应力松弛是影响耐久性的关键 遇水膨胀橡胶密封垫长期压缩下的膨胀树脂的析出与老化是影响耐久性的关键,2.2 .2-2盾构隧道接缝橡胶密封垫试验,1.应进行模拟一字缝或十字缝水密性的试验检测,2.2.2-3盾构隧道接缝密封垫截面要求,密封垫沟槽的截面积 大于或等于密封垫的截面积， 其关系宜符合下式规定： A=11.15A0 因国外设计一些超多孔（称“蜂窝状”）的三元乙丙橡胶弹性密封垫的允许压缩率就已近50 %，由于硬度大，其回弹功效仍然良好，耐久性也不差,2.2.3盾
7、构隧道接缝其它防水构造 2.2.3-1接缝传力衬垫与螺孔密封,2.2.3-2盾构隧道管片接缝嵌缝防水,随着盾构隧道防水技术的发展和隧道渗漏水量的减少，嵌缝功能弱化， 目前国内外越来越少进行管片整体嵌缝(国外近年几乎没有管片嵌缝了)。目前的嵌缝更多是起堵水与引排水功效。,2.2.4预制衬砌与耐侵蚀措施,1.盾构隧道开挖掘进中用现浇混凝土成为隧道衬砌的方式，虽然还存在，但国内工程中极少使用，绝大部份都采用预制衬砌。 2.当隧道处于侵蚀性介质的地层时，首先应考虑耐侵蚀混凝土措施；也可采用外防水涂层来抵御侵蚀性离子侵入的措施。对于严重腐蚀地层,两项耐侵蚀措施一起采用更为可靠。,2.2.4-1外防水涂料
8、与内衬,1. 外防水涂料的使用范围。外防水涂料的品种，包括了水泥基渗透结晶型、硅氧烷类渗透型材料与环氧类封闭型材料。 2.盾构隧道设计与施工内衬的做法，总体上在不断减少。盾构隧道如果施作内衬，则主要根据使用功能的需要，设计全内衬砌或局部内衬,2.2.4-2管片混凝土防水与耐久性要求,1.混凝土试块的抗渗等级都大于P8，通常达到P12； 2.管片宜进行混凝土氯离子扩散系数或混凝土渗透系数的检测及单块抗渗检漏，满足设计要求后方可使用 3.如检测Cl-扩散系数的自然扩散法、RCM法、NEL法以及电量法等等）要求不一，检测标准尚无正式规定，因而条文中也不作具体规定（包括定量要求）。,2.2.5 盾构隧
9、道连接通道复合式衬砌防水,1.复合防水层的设置是通道与隧道同寿命的必要措施 2 当处于粉砂地层等不利施工环境时应权衡安全性与防水性之轻重 3 内防水层也是可选择的方式,2.2.5 -1盾构隧道连接通道接头防水是关键、夹层防水为重点,2. 3矿山法隧道防排水 2.3.1全封闭和限排导相结合的防水形式,限排导形式,全封闭形式,2.3.2典型的矿山法隧道复合防水层 采用分区注浆系统的防水形式,2.3.3矿山法隧道塑料排水组合防排水,2.4沉管隧道防水,2.4.1沉管隧道管段接头防水 2.4.2沉管管段的外防水,2.4.1沉管隧道管段顶板、底板、侧墙接头防水图,2.4.1-1沉管隧道管段接头GINA止
10、水带防水,2.4.1-2 GINA止水带水密性试验与压缩剪切变形试验,2.4.1-2GINA安装完成后待浮运的管段端部,2.4.1-3沉管隧道管段接头OMEGA止水带防水,2.4.1-4高水压、大伸缩时的OMEGA止水带防水,2.4.2沉管管段的外防水,1. 钢板防水层 2. 带键的塑料（uPVC）防水板防水层 3. 水泥基渗透结晶型防水涂料防水层 4. 喷涂聚脲弹性体防水层 5. 喷涂自闭型聚合物水泥砂浆防水层 6.无防水层。仅靠混凝土本体防水,2.5国外典型水底隧道结构防排水设计,3.地下工程防水的关键与重点,3.1 混凝土结构自防水(乃根本) 3.2 接缝与细部构造(是重点) 3.3 混
11、凝土结构防水层(为加强),3.1 防水混凝土,3.1.1 设计抗渗等级与工程埋置深度的关系 3.1.2 水泥用量、矿物粉料添加量、水胶比（用水量）与耐久性、抗渗性的关系 3.1.3 施工缝接浆、凿毛与防水的要求,3.1.1 设计抗渗等级与工程埋置深度的关系,表5 防水混凝土设计抗渗等级,3.1.2 胶凝材料用量、矿物粉料添加量、水胶比（用水量）与耐久性、抗渗性的关系,.“粉煤灰的级别不应低于级，烧失量不大于5，用量宜为胶凝材料总量的2030，当水胶比小于0.45时，粉煤灰用量可适当提高；” 技术规范中可不对水泥用量作出规定，突出最小、最大胶凝材料用量、最大水胶比的规定是必要的 .粉煤灰和矿渣微
12、粉等活性掺和料已广泛地应用在泵送混凝土中,不再规定粉煤灰用量不超过20 .双掺技术与以耐久性为主要目标的高性能混凝土巳在地下工程中广泛应用 .粉煤灰、磨细粒化矿渣微粉等双掺（它们可以参与水化反应）；在混凝土强度高（35Mpa）；水胶比较低（0.45）；较高（P8）；,3.1.4 底扳及与格构柱交接处钢筋过密，混凝土难浇实,3.1.5 格构柱穿过顶板时密封欠佳,3.2.1. 车站接缝及其它细部防水构造(一),3.2.1车站接缝及其它细部防水构造(二),1,3.2.2 细部构造防水 3.2.2-1 内装可卸式止水带设计应用要则,3.2.3-1中埋式可注浆钢边橡胶止水带 (一)可注浆钢边橡胶止水带的
13、设计与应用要则,可注浆钢边橡胶止水带构造详图,3.2.3-2可注浆钢边橡胶止水带 (二)可注浆钢边橡胶止水带安装详图,3.2.3-2可注浆钢边橡胶止水带 (三)可注浆钢边橡胶止水带施工要则,1.顶板、侧墙可注浆管及吊环应因定模板并外露； 2.底板处可注浆管及吊环应低于砼面，以免损害； 3.外露部应有醒目标志与保护措施。,3.3 防水层,3.3.1 防水层厚度、层数、保护层的要求（包括聚合物砂浆的厚度） 3.3.2 卷材防水层品种与设计厚度 3.3.3 防水涂料及其性能指标的要求 3.3.4 膨润土防水毯,3.3. 1防水层厚度、层数、保护层的要求（包括聚合物砂浆的厚度),顶板防水涂料立面保护板
14、铺设,3.3.2 卷材防水层品种与设计厚度,3.2.2-1.不同品种的卷材厚度,注重本体自粘聚合物改性沥青防水卷材,聚合物改性沥青自粘性卷材在铺设中,3.3.3 防水涂料性能指标、保护层的要求,3.3.3-1无机防水涂料 表8 无机防水涂料的性能指标,3.3.3-2有机防水涂料,有机防水涂料的性能指标,车站顶板的单组分聚氨脂涂料,表10 聚合物水泥涂料的性能指标,3.3.3-3 聚合物水泥涂料,未完全封闭,3.3.4 外防水层处理不当的漏水 3.3.4.1 外防水层在支撑头位置不密封,3.3.5 膨润土毯在地下结构底板、顶板防水施工,上海地铁地铁8号线人民广场站换乘大厅 膨润土毯侧墙挂铺、固定
15、施工,先用于金属防护等，后在混凝土防护上的应用迅增； 美国波士顿地铁双孔沉管隧道侧墙与顶面防水， 北卡罗来州的高速公路隧道(长329m，高12m)墙面，喷涂施工1.25mm的芳香族聚脲， 香港地铁隧道喷涂聚脲做外防水，厚度为1.5mm，总长度为10Km， 国家大剧院屋面、首都工人体育场改造工程看台、屋面，京津城际高铁，成渝城际高铁，绍兴和萧山污水处理厂混凝土污水池。 北京奥运中心,国家大剧院水池，垒球、曲棍球、网球看台 2004年上海新江湾电力隧道工程。,3.5.1喷涂新型聚脲弹性体SPUA应用令域,3.5.1-2.技术难点,(1)涂层厚度、保护层设置等技术要求与国家、行业规范的规定有异，待协
16、调； (2)底涂料的优化：1.封闭基层混凝土水汽和空气；2.增加聚脲的粘附能力；3.对表层加固； (3)针对工程需求，喷涂弹性体（包括聚氨酯、聚氨酯-聚脲、聚脲）的界定与理化性能指标的正确选定。,3.5.1-3日本东京地铁涉谷车站墙体防水,日本东京地铁涉谷车站墙体防水采用SPU 。涉谷站既是东京地铁线最早的银座线的一个站，又是最新的地铁13号线、JR城际线等多线換乘站。工程条件复杂。,3.5.1-4墙上掛布喷涂,车站围护为锚钉墙结构，内侧铺以木板，板上掛置土工布，而后连续喷涂聚氨酯涂料2mm，而后浇筑主体内衬混凝土，构成有外包防水层的复合式结构侧墙,3.5.1-5喷涂界面粘结剂,注意：在浇筑主
17、体内衬混凝土前，这层土工布喷涂聚脲涂料内表面，需涂刷0.28Kg/m2特殊树脂界面剂，使它能与主体内衬混凝土“咬合”成一体(剥离强度大于0.6N/mm)，颇似国内的预铺(反贴自粘)防水卷材。这侧墙的防水层两端头，分别置于顶板上、厎板下，按设计要求与同类的聚脲涂料或其它防水层连接。,9.3-3涉谷车站墙体防水细图,3.5.2预铺防水卷材,高分子聚乙烯自粘胶膜卷材(P类) 聚合物改性沥青聚酯胎自粘防水卷材(PY类) 适用范围：地铁复合墙结构-目前最多采用的侧墙结构-预铺反贴底板、侧墙防水。,3.5.2-1,上海地铁1号线北北延伸线富锦路站 高分子聚乙烯自粘胶膜卷材底板施工,某地下工程高分子聚乙烯自粘胶膜卷材底板施工,
