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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防水等级标准一级不允许渗水，结构表面无湿渍二级不允许漏水，结构表面可有少量湿渍工业与民用建筑：总湿渍面积不应大于总防水面积（包括顶板、墙面、地面）的1/1000；任意100m2防水面积上的湿渍不超过1处，单个湿渍的最大面积不大于0.1m2其他地下工程：总湿渍面积不应大于总防水面积的6/1000；任意100m2防水面积上的湿渍不超过4处，单个湿渍的最大面积不大于0.2m2其他地下工程：总湿渍面积不应大于总防水面积的2/1000；任意100m2防水面积上的湿渍不超过3处，单个湿渍的最大面积不大于0.2m2；其中，隧道工程还要求平均渗漏量不大于0.05L/m2·d，任意100m2防水面积上的渗漏量不大于0.15L/m2·d。三级任意100m2防水面积上的漏水点数不超过7处，单个漏水点的最大漏水量不大于2.5L/d，单个湿渍的最大面积不大于0.3m2四级有漏水点，不得有线流和漏泥砂整个工程平均漏水量不大于2L/m2·d；任意100m2防水面积的平均漏水量不大于4L/m2·d《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防水等级适用范围附：工程类型一级人员长期停留的场所；国少量湿渍会使物品变质、失效的贮物场所及严重影响设备正常运转和危及工程安全运营的部位；极重要的战备工程。医院、餐厅、旅馆、影剧院、商场、冷库、粮库、金库、档案库、通信工程、计算机房、电站控制室、配电间、防水要求较高的生产车间指挥工程、武器弹药库铁路旅客站台、行李房、地下铁道车站、城市人行地道二级人员经常活动的场所；在有少量湿渍的情况下不会使物品变质、失效的贮物场所及基本不影响设备正常运转和工程安全运营的部位；重要的战备工程。一般生产车间、空调机房、发电机房、燃料库掩蔽工程电气化铁路隧道、寒冷地区铁路隧道、地铁运行区间隧道、城市公路隧道、水泵房三级人员临时活动的场所；一般战备工程电缆隧道水下隧道、非电气化铁路隧道、一般公路道四级对渗漏水无严格要求的工程取水隧道、污水排放隧道人防疏散干道涵洞注:1.地下工程的防水等级，可按工程可组成单元划分；2.对防潮要求较高的工程，除应按一级防水等级设防以外，还应采取相应的防潮措施。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100m2内防水面积的湿渍不超过3处，单个湿渍最大面积不大于0.2m2的说法，基本是合理的。“整体”与“任意”的关系，同样分别为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防水等级隧道状况适用区域定义容许渗漏水量（L/m2·d）10m区间100m区间1完全干燥贮藏室、作业室、休息室衬砌内壁观察不到渗水痕迹0.020.012基本干燥有霜冻危险的交通隧道区域；地下车站衬砌内壁可以观察到渗水痕迹，用干的手触摸湿斑无水分渗出之感，但用吸墨纸或者报纸帖附到壁上，可观察到局部有吸湿但不致变色现象0.100.053由毛细现象产生的湿迹没有必要达到防水等级1或2的隧道区间；房间在衬砌内壁上可以局部观察到明显渗水现象。在明显呈现湿迹的范围内，可以将吸墨纸或者报纸大部分吸附，发生变色，但无水分滴落现象0.200.054若干滴水点交通或市政管线隧道个别地方，容许滴水现象0.500.205有滴漏点下水隧道个别地方，容许滴水现象1.00.501.2.2国外分级标准的特点国际常例，隧道工程即使1～2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1.3.1隧道内设集水井积水量检测法(以某道路隧道江中段为例)观察部位积水池面积（M2）积水池分管面积（M2）渗漏水备注观察时间水位渗漏水量L/d每平方米昼夜漏水量L/M2dPH值启止时间累计时间高度mmΔhmm江中段14.852104110：40-翌日10：4024小时/22032670.167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Q11.3.2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1m2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/M2d)：Q3=Q1，+Q2a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点滴的检测工程部位主体结构施工缝防水措施防水混凝土防水卷材防水涂料塑料防水板膨润土防水材料防水砂浆金属防水板遇水膨胀止水条（胶）外贴式止水带中埋式止水带外抹防水砂浆外涂防水涂料渗透结晶型防水材料预埋注浆管防水等级一级应选应选一至二种应选二种二级应选应选一种应选一至二种三级应选宜选一种宜选一至二种四级宜选——宜选一种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后浇带变形缝（诱导缝）补偿收缩混凝土外贴式止水带预埋注浆管遇水膨胀止水条（胶）防水密封材料中埋式止水带外贴式止水带可卸式止水带防水密封材料外贴防水卷材外涂防水涂料应选应选二种应选应选一至二种应选应选一至二种应选应选一至二种应选宜选一至二种应选宜选一至二种应选宜选一种应选宜选一种续工程部位初砌结构内衬砌施工缝内衬砌变形缝（诱导缝）防水措施防水混凝土塑料防水板防水砂浆防水涂料防水卷材金属防水层外贴式止水带预埋注浆管遇水膨胀止水条（胶）防水密封材料中埋式止水带渗透洁晶型防水涂料中埋式止水带外贴式止水带可卸式止水带防水密封材料遇水膨胀止水条（胶）防水等级一级必选应选一至二种应选一至二种应选应选一至二种二级应选应选一种应选一种应选应选一种三级宜选宜选一种宜选一种应选宜选一种四级宜选宜选一种宜选一种应选宜选一种表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防水措施措施选择防水等级高精度管片接缝防水外防水涂料密封垫嵌缝注入密封剂螺孔密封圈一级必选必选全隧道或部分区段应选可选必选对混凝土有中等以上腐蚀的地层应选，在非腐蚀地层宜选二级必选必选部分区段宜选可选必选对混凝土有中等以上腐蚀的地层宜选三级应选必选部分区段宜选——应选对混凝土有中等以上腐蚀的地层宜选四级可选宜选可选取——————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=1～1.15A0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拱部衬砌中心线横向110mmHDPE透水管每10m设一道纵向110mmHDPE透水管外裹400g/m2无纺布初期支护(S8喷射混凝土)无纺布400g/m2(拱部及边墙)2mm厚防窜流PVC防水板(拱部及边墙)二次衬砌混凝土(S12抗渗混凝土)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止水带防水2.4.1-2GINA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隧道名称陆域长度/m海域长度/m水深/m岩层深/m衬砌类型允许排水量/（m3/m.d)施工方法日本青函海底隧道30.5523.3140100排导式0.2736设超前注浆/