上海市隧道工程轨道交通设计研究院 邵 臻

摘　要　通过对南京九华山隧道工程的介绍，总结该工程的，为类似的程提供参考。
关键词　明挖隧道　防水设计 设计简介

1　工程
　　九华山隧道是南京城市快速内环东线的一个重要节点。南起龙蟠中路南京xx{dy}招待所一－天工苑，北至新庄立交，下穿北京东路、九华山、南京航海运动学校、玄武湖以及玄武湖东西向隧道敞开段，全长约2．8km。工程区段形式有敞开引道段、明挖暗埋段、过渡段、山岭隧道暗挖段等。工程主线除玄武湖立交外，均为双向六车道。暗埋段采用折板拱箱函型式，底板下设置钻孔桩。敞开段采用U形，底部设抗拔桩抗浮。
　　这里讨论的是明挖法区段的防水问题，不涉及穿越九华山的山岭隧道区段。
2　防水与防水标准
　　本工程所采用的防水原则为“以防为主、刚柔并济、因地制宜、综合”；以结构自防水为根本，以接缝防水为重点，辅以附加加强防水的多道防线，综合的体系。
　　根据《地下工程防水规范》(GB50108—2002)，提出应按二级防水标准要求，并应注重结构防水的耐久性。而且，出于对本工程重要性的考虑，所提出的具体指标（如单个湿渍{zd0}面积等）略高于规范上对于二级防水的要求。
3　混凝土结构自防水
　　混凝土自身的致密程度和耐久性能是整个隧道工程防水的基础和根本。其他所有的防水只有在混凝土本体的性能有保证的前提下，才能发挥作用。
3.1　混凝土性能的设计要求
　　①强度等级C30、抗渗等级S8；
　　②混凝土抗碳化能力，以理论计算达到100年；
　　③混凝土抗冻融指标DF≥0．6；(即300次快速冻融循环后，动弹性模量与初始值之比不得小于0.6)；
　　④混凝土60d干燥收缩率不大于0．015％(水养7d+干燥53d)；
　　⑤不允许出现贯穿，表面宽度≤0．2mm。
3．2 防水混凝土的设计要点
从实际的设计内容来看，设计人员主要从混凝土的选用和配合比等方面入手，使配制的混凝土自身有足够的强度、足够的抗渗能力以及致密性和耐久性，并且后期收缩小。同时，在措施上提出要求，以保证现浇混凝土的质量。
(1)其中混凝土的选用主要包括以下内容：
①品种：普通硅酸盐；
②掺和料种类：优质磨细粉煤灰(一级)和粒化高炉矿渣微粉等胶凝材料；
③骨料品种：石子—5～31．5mm连续级配(宜添加0．5～10mm的瓜米石相掺成混合碎石)，严格控制针片状含量，含泥量≤0．5％；砂一中砂，细度模数为2．5，含泥量≤0．9％(泥块含量≤0．4％)；
④{zd0}水胶比≤0．45；
⑤胶凝材料总量≤400kg／m3；
⑥最小胶凝材料用量≥320kg／m3；
⑦氯离子含量不超过胶凝材料重量的0．1％；
⑧混凝土总碱量<3．0kg／m3。
(2)设计人员对施工方面的要求主要集中在：控制混凝土入模塌落度和温度；混凝土浇筑和拆模的要求；并且要求所有混凝土必须采用保湿的养护。特别是提出以横向施工缝(及变形缝)为分隔，采用“跳仓”的方式浇筑混凝土，进一步减少混凝土收缩对结构的影响。
3．3 聚羧酸系外加剂的使用
它具有减水、增强、坍落度损失极小、和易性好、碱含量极低等。另外，氯离子含量和碱含量都很低。同一般萘系高效减水剂相比是很有优势的。
减水率大。混凝土的用水量大大下降，使得混凝土结构更为致密，提高了混凝土抗渗性能。氯离子扩散系数和碳化深度等指标也大大降低。
　　表面张力小。可以大幅度降低混凝土毛细管的表面张力，从而降低混凝土的干燥收缩。这对混凝土的耐久性是很有利的。
　 大的减水率和低的表面张力还使得混凝土具有高强度(减水性降低用水量、低的表面张力改善硬化混凝土的孔结构)。不但早期增xx果很明显，而且中后期强度增长也很稳定，混凝土的收缩率比基准都有降低。
4 接缝防水
4．1 结构分缝
由于主体结构下部有桩基，相邻结构沉降差异小，所以这里的变形缝主要是起适应纵向伸缩的作用，属于伸缩缝。变形缝一直是防水的薄弱环节，通常希望变形缝的数量越少越好。但如果变形缝的间距太大，就无法去适应温度变化、混凝土收缩等因素引起的变形，使结构发生损坏。因此，变形缝的间距必须综合考虑各种因素后确定。
本工程中，隧道每60m设一道变形缝；在每两道变形缝之间设3条横向施工缝，即横向施工缝的间距为15m。此外，在侧墙上设置水平施工缝。与玄武湖东西向隧道相比，变形缝的间距缩短了，在60m的区段内只设施工缝而不再设置后浇带。后浇带本身在防水的处理上有一定难度，而且对总工期也有一定的影响，所以本工程并未设置后浇带。
所有变形缝均设置在相邻结构无变化部分，保证了缝两侧外荷载、结构的一致性，加上剪力杆的作用，既可适应隧道纵向伸缩的变形要求，又可保证缝两侧沉降的协调，有利于防水构造及行车安全。
缝间设置衬垫板，可减少相邻结构段间因地震撞击导致的结构损坏。衬垫板的材料为低密度聚乙烯(PE)垫板，要求其硬度为50～60度(C型硬度计)。若其材质硬度过大，则在夏季高温时，变形缝处混凝土可能因膨胀导致内侧保护层局部崩裂。
4．2 变形缝的防水措施，见图1
采用外贴式止水带与可的中埋式钢边橡胶止水带双道防水，其中外贴式止水带在顶板位置与防水层绕成封闭环。此外，顶板迎水面还嵌有低模量密封胶；在缝的背水面设置接水盒，在不影响结构和周边环境的前提下，引排变形缝的少量。
可注浆的中埋式钢边橡胶止水带利用其钢边能与混凝土更好地咬合。注浆管的设置间距为3～5m，若发生水，采用聚氨酯或环氧类的化学通过注浆管注浆，能进一步保证变形缝的防水效果。但在实际施工中，注浆管却经常发生损坏。对此，设计人员设置了泡沫孔杯等保护装置，并要求施工单位针对注浆管应有切实的保护措施。

图1见第11页 顶板变形缝防水构造详图

4．3 施工缝的防水措施，见图2，3
横向施工缝采用中埋式钢边橡胶止水带(不带注浆管)兜绕成环；并在接缝面涂刷水泥基渗透型。利用其双向渗透的特性，由活性组份激化水泥水化，并与混凝土中的氧化钙形成，封闭缝隙，加强施工缝防水。
水平施工缝中设置了20cm宽的钢板止水带和新型的单组分聚氨酯水膨胀密封胶。在接缝面同样涂刷了水泥基渗透结晶型防水涂料。

图2见第11页 顶板横向施工缝防水构造详图

单组分聚氨酯水膨胀密封胶能在潮湿环境下固化和膨胀，使用密封胶枪挤压施工，为避免引起过分早期膨胀，应确保在施胶后6h内浇注混凝土。
由于变形缝的渗漏概率比施工缝大，若钢板止水带设置在变形缝的中埋式止水带外侧，万一变形缝发生渗漏，水从变形缝进入后会直接沿着水平施工缝渗出，使钢板止水带失去作用，因此钢板止水带的位置应在变形缝中埋式止水带的内侧。

图3见第12页 侧墙水平施工缝防水构造详图

另外，钢板止水带的连接应采用焊接；在浇注混凝土之前，应把接缝面清理干净。这两点对于保证施工缝的防水效果也是非常重要的。
5 附加防水层，见图4，5
5．1 全包防水的确立
本工程的附加防水层设置采用了全包防水的理念。
对于工程的防水而言，其根本是混凝土自防水，在此基础上，附加防水层的设置也是很有必要的。作为穿越市中心的重要城市道路隧道，使用年限的要求长达100年，这就对混凝土结构的耐久性提出了更高的要求。设置附加防水层，必然能对混凝土产生保护作用，增强其抵抗环境中各种不利因素作用的能力。此外，附加防水层还能弥补混凝土结构的局部缺陷，进一步加强防水效果，并与混凝土本体构成刚柔并济、多道设防的防水线，杜绝渗漏隐患。本工程的大部分区段都采用大开挖的施工方式，即使在有围护结构的区段，其与主体结构的间距也比较大，这为全包防水层的施作提供了便利条件。
5．2 附加防水层的设置
顶板与侧墙的迎水面均采用2mm厚聚氨酯涂料。顶板聚氨酯涂料施作完毕后，先铺一层油毡，然后再浇注70mm厚的细石混凝土作为保护层。先铺油毡的目的在于避免浇注细石混凝土时对聚氨酯涂层产生破坏。侧墙的聚氨酯涂层采用20mm厚的聚乙烯泡沫板保护。
当围护结构距离侧墙很近，无法施作聚氨酯涂料时，先紧贴围护结构砌筑砖模，然后在砖模上施作抗渗微晶水泥砂浆，以此作为附加防水层，再浇注主体结构侧墙。
底板则采用水泥基渗透结晶型材料，通过在垫层上干撒水泥基渗透结晶材料干粉的方式施作。伸入底板的桩头周围也同样涂刷水泥基渗透结晶型材料作防水处理。
防水涂料与防水相比，其优势在于能够在各种复杂形状的基面成膜，并且自身延伸性好，能适应一定的基面变形。与目前的新型防水相比，在价格上也有一定优势。但防水涂料的施作对基面的要求比较高，同时，若要保证涂膜厚度，必须加强施工管理。

图4见第12页 附加防水层布置图

水泥基渗透结晶型材料已经为大家所熟知，不再赘述。将其施作于垫层，一方面，可利用其双向渗透的特性在底板迎水面形成结晶密封层，另一方面，其干撒的施工方式也大大加快了施工速度。当然，它同样需要严格的施工管理，才能保证其施工质量。将水泥基材料于桩头防水，也是看中了它在施工便利方面的优势。

图5见第12页 桩头防水构造详图

6 结束语
对地下工程来说，防水效果的好坏直接影响整个工程的质量。而防水的根本就在于混凝土结构自身，必须首先花大力气做好混凝土结构自防水，所谓全包的附加防水层与接缝防水的处理措施都只是为了确保混凝土本体的防水能力与耐久性。而要达到理想的防水效果，还必须设计与施工并重，不仅要有正确的防水、合适的，还必须对施工质量严格把关。