北京市八达岭高速公路潭
峪沟
隧道防水层的选择与施工
黄燕生
(北京市八达岭高速公路工程指挥部)
北京市八达岭高速公路在延庆县与昌平县的交界处，有一座工程浩大雄伟壮观的高速公路隧道，这就是有名的潭峪沟隧道，它在举世闻名的八达岭长城脚下穿过。该隧道全长3455M，是亚洲目前三车道高速公路隧道中最长的隧道，在世界排名第五。
该隧道由北京市市政设计研究总院设计，由铁道部十六局四处负责施工，工期近四年，总投资约3.3亿元人民币。该隧道建成通车以来已有一年，工程质量良好，尤其在隧道防水层上没有出现任何渗水、漏水的现象。回想起四年前在防水层的选择上很多同志的辛勤劳动和大量的调查研究和比较工作是非常必要的。本文着重介绍一下该工程防水层的选择和施工 。 一、潭峪沟隧道设计的基本数据
1该隧道横断面设计为五心圆圆拱曲墙型式，净宽13.1M，净高7.3M，横坡1.5%，两侧设电缆槽及排水系统，隧道中心设排水盲沟。该隧道为单向行驶的三车道隧道，由延庆方向向昌平方向下坡行车，隧道纵坡为2.7%，两个洞门高差为93.2M，洞内为砼路面，隧道内设置有照明、信号、通讯、通风、供电、供水、消防和监测等系统。隧道横断面见图1。
2隧道地处北京北部之军都山，山峦起伏，海拔550～770M，地质构造复杂，挤压破碎带和断层多，地下水较丰富，Ⅱ、Ⅲ类围岩占60%以上。 二、潭峪沟隧道防水层的选择
1在潭峪沟隧道建设的初期，八达岭高速公路工程指挥部专门成立了潭峪沟隧道领导小组。该小组的任务是：代表指挥部全权处理隧道建设中的重大技术问题。 该小组的成员是由建设单位、设计单位及监理单位有经验的技术人员所组成。防水层的选择是该小组的首要任务，笔者为该小组建设单位的代表。
2首先在领导小组内我们统一认识：要用复合式衬砌防水来构成二道防线， 一是防水层，二是二次衬砌砼，两者相辅相成缺一不可。防水层一定要选用不透水表面光滑的塑料板材，因为它不仅本身能起到防水作用，而且能在起初期支护作用的喷射砼和二次衬砌砼之间起隔离及润滑作用，从而防止二次衬砌砼的开裂，保证了发挥二衬砼的防水作用。 因为在二衬砼硬化过程中砼内部存在有温度及收缩应力，这些应力将使砼变形，由于喷射砼的表面粗糙又阻止了二衬
砼的变形，这将使二衬砼产生不小的拉应力，当拉应力大于二衬砼的抗拉强度时，二衬砼即被拉裂无法防水。而表面光滑的塑料防水板则能消除这种约束，使二衬砼可以自由变形，内部不产生拉应力，当然可以起到二次防水的作用。参考了不少国内外工程实例以后，领导小组一致认为用表面光滑的塑料防水板效果最好。
3塑料防水板材的标准
A在二衬砼浇筑以前，板材可以承受机械碰撞而不致损伤开裂，即它要有较大的强度和延展性能； B板材要有耐久性；
C板材间的接缝必须要严密可靠，不漏水，不渗水； D施工简便，造价经济合理。
4设计单位对塑料板材选用的问题上也有一个认识过程：隧道领导小组中设计单位的代表深知选择防水板材的重要性，如果选择不好隧道必将在使用过程中漏水，不仅会影响衬砌砼的耐久性，而且会损坏隧道内部很多系统的机电设备和降低其使用功能，并严重的影响隧道内的行车安全，冬季还会结冰，易造成车祸，后果不勘设想!
A设计单位最早推荐的防水板材是重庆某厂生产的CCR911型板材，领导小组了解到其在成渝高速公路隧道中的效果并不理想，存在着漏水现象，并且它的板间接缝也不过关，该板的延展性也不好，表面也不光滑，不符合选择防水板的标准。
B在设计单位和建设单位共同否定了CCR911型防水板以后，设计单位又提出了使用PVC塑料板材的意向。我们又深入的调查了该板材的使用价值和可靠性。据有关专家介绍 ：PVC板材在接缝焊接上不过关，其接缝工艺比较落后，板材自身的延展性也不大，不能抵抗机械的冲击。最主要的问题是：它是用射钉将其钉在喷射砼上，然后再用小块的PVC贴 补PVC射钉的洞眼。此项工作流程工作量太大，且容易造成疏忽出现工程质量问题。领导小组又了解到很多使用PVC板材做防水的隧道都漏水的事实，认为这不是好的材料，另外该板材在热熔焊接板间接缝时有氯气产生，不但污染环境，更直接损害了操作工人的身体健康。
C隧道领导小组的各方代表及有关专家在排除了上述两种板材以后，根据选择板材的条件、标准及对国内外工程实例选择板材做隧道防水的广泛调查和研究后提出：潭峪沟隧道采用幅宽2.1M厚0.8CM的LDPE(低密度乙烯)板作防水层，采用4.0MM厚的PE(聚乙烯)泡沫塑料垫衬做缓冲层。这两种材料的特点如下：
LDPE板：即高压聚乙烯，它的抗拉强度和延伸率较大，比较柔软，易于施工，在当前所选用的塑料防水板中其价格最低。该产品是由北京市城建设计研究院与韩国共同研制成功由沈阳星辰化工有限公司生产。LDPE防水板的主要技术性能如下：
比重：0.92g/cm3；硬度：邵氏82.4；抗拉强度：横向15MPa，纵向17MPa;抗裂伸长率：横向500%，纵向450%；抗渗透性：0.2MPa 24小时无渗透。 PE聚乙烯泡沫塑料垫衬是由化学发泡制成的闭孔泡沫塑料材料，其主要技术指标如下：厚度 4±05MM，幅宽：120±5CM，拉伸强度≥0.4MPa,断裂延伸率≥100%。由于该材料具有良好的弹性，及较优良的物理力学性能，又是闭孔材料，且易于铺设，而且价格低于土工布，是做LDPE防水板理想的垫层材料。 D领导小组全体成员对LDPE防水板及PE泡沫缓冲层给予了极大的关注和
重视，认为这两种材料的性能可取。为了更慎重起见，全体成员参观了现正采用这两种材料进行防水层施工的北京某地下人防工程。当我们沿着竖井走到地下数十米深的人防工程时，我们惊奇地发现该人防工程的横断面同潭峪沟隧道的横断面很相似，只是稍小些罢了，我们重点的看了LDPE板的焊缝联接和LDPE防水板的\"挂壁施工\"。该工程焊缝联接的施工为双缝焊接，两块板的搭接长度为10CM，用一个特殊的焊缝机将两块板的两条缝焊接牢固，然后在两条焊缝的中间进行充气检查，如果漏气就说明焊缝不牢。在参观LDPE板的\"挂壁施工\"时，我们看到的情况更为惊奇：原来LDPE的\"挂壁\"是\"无钉\"联接!在壁上这时已经铺设好PE泡沫的塑料垫层，它是用直径8CM的黑色塑料圆片用射钉将它钉在了喷锚砼上，每平方米有4～5个圆型塑料片呈梅花状排列。而LDPE防水板则用电烙铁将它压热熔于黑色塑料片上，而黑色塑料片的材质与LDPE的材质相同，故热熔结合牢固可靠!这种热熔结合的\"挂壁\"施工显然比用射钉将板钉在喷锚砼上再补贴洞眼要保险的多。防水层施工的两道关键工序我们认为都是可靠放心的。同时在参观中我们又深深的感到防水层的施工要由专业化的施工队伍来承担，而这个队伍又必须是用我们选用的两种材料有过施工经验的施工单位。
E参观完以后领导小组成员一致认为选用LDPE防水板材和PE泡沫做垫层是符合我们的选材标准的，同意选定它们做为潭峪沟隧道的防水材料。同时为了确保防水层的施工质量建议十六局四处将防水层的施工分包给有做防水层经验的分包商来完成。在全体会上还做出了先做10M长试验段防水层的决定。待试验段经监理工程师验收合格后再全面展开施工，并要认真总结试验段的施工经验。实践表明，隧道领导小组在选择防水层上的大量调查研究工作是非常必要的是不可缺少的。
三、防水层施工
隧道复合式衬砌防水层铺设施工程序见图2。
1对初期支护喷射砼表面的处理 由于初期支护多为锚杆挂钢筋丝网后再喷射砼 ，但由于喷射砼表面粗糙，凹凸不平，以及锚杆头外露等等，如不处理必将影响防水层的施工质量，为此要求：
A对喷射砼表面平整度的要求：若墙面D/L＞1/6或拱顶D /L＞1/8，则要用砼填充(喷射砼)如图3。
B喷锚砼表面不得有外露的钢筋头和凸出的铁、钢
管件等带尖的突出物，如果有一定要切除，并将切除的表面用水泥砂浆抹成圆弧面，以防扎破防水层。
C喷锚砼在做防水层施工时，一定要达到设计强度。
D在进行防水层施工时，喷锚砼表面不得有明水，如有要采取措施消除后再施工。
E在Ⅳ～Ⅴ类围岩中因爆破超挖较严重，此时要根据现场情况将PE垫衬
进行剪裁铺设，使防水层贴紧喷锚砼表衬砼施工时将其拉破、拉裂。
2铺设缓冲层PE泡沫塑料垫衬
A先将下好料的PE泡沫塑料的纵向中点横线对准隧道中线，由隧道的拱顶向两侧墙进行铺设。 B用LDPE材质的塑料垫片和射钉(或胀管螺丝)将PE泡沫垫层垂直钉在喷锚砼上，(这时砼已达强度)要使射钉的头不得超出圆垫板的表面，以防扎破LDPE防水板。
C锚固点的间距：在拱顶附近05～0.7M，在边墙附近1.0～1.2M，要求凹凸不平处多增加一些锚固点以锚牢为准。锚固点呈梅花状布置。 DPE泡沫塑料的搭接宽度为5CM。 E材质同于LDPE的垫片尺寸外型如图4。
3铺设防水板
A先将下好料的LDPE塑料板的纵向中点横线对准PE垫衬的中点横线并使之重合。
B再用压焊器将LDPE防水板热合于黑色的垫圈上，先压拱顶，再压边墙，压焊要使塑料垫圈的外露平面全部压焊在板上，此举实现了LDPE防水板的无钉联接的新工艺。
C沿隧道中线方向LDPE防水板的搭接宽度为10CM。
D防水板的接缝采用热合焊接。热合机焊接为双缝焊，每条焊缝宽度为1CM，中间留2CM宽度的空隙不焊，用于充气检查焊缝是否严密。焊缝各部尺寸如图5。
因LDPE防水板幅宽为2.1M，故沿隧道中线方向有很多条接缝，而这些接缝的可靠性又直接关系到防水层作用的成败。在防水层的施工中最重要的两道工序一为\"挂壁无钉联接\"，二 为防水板的接缝焊接。 防水板的接缝焊接是由\"自动爬行热合机\"来完成的。该机是由微型直流电机驱动，经变速箱降到一定转速后由同步齿型带传递到胶带主动轮，再由胶带主动轮带动耐温胶带，需要热合的防水板夹在热楔和胶带之间，当防水板与热楔受热后处于熔融状态时经胶带传动进入压合，使两层防水板牢固地熔为一体。 防水层施工\"成活后\"的横剖面如图6所示。
4防水层铺设后的质量检查和处理 防水层铺设完成以后的质量检查至关重要。首先要确保PE泡沫塑料垫层5CM和LDPE板10CM的搭接宽度，只有这样才可焊接牢固可靠。用两种检查方法来检查焊缝是否严密：方法一是用放大镜观察，当两层经焊接在一起的防水板呈透明状又无气泡时即溶为一体，表明焊缝严密；方法二是采用5号注射用针头插入两条焊缝中间空隙用人工打气筒充气检查，当压力达到0.10～0.15MPa时保持压力时间应不小于1分钟，如此时焊缝和材料均不发生破坏则表明焊接质量良好(美国ASTM试验方法)。
和LDPE板材按喷锚砼表面的凹凸顺势面，以防二
另外需要注意的是当焊缝出现如图7形状时，应用电烙铁做\"封焊\"处理，对漏焊部位用电烙铁补焊。如在防水板上有破损的小洞，应剪下一块防水板铺设于小洞处用压焊器进行焊补。如果破损面积较大时要用比破损面积大的防水板用电烙铁或塑料热风焊沿其周边
焊接。对其补焊质量用放大镜肉眼检查。 5防水层铺设后的保护
在铺设防水层的隧道地段要保证安全。这个安全距离要大于隧道开挖面的安全距离。不要让爆破隧道开挖面的飞石砸坏防水层；更重要的是在打二衬砼时不要损坏已铺设好的防水层。对二衬砼的施工要进行跟踪，如有破坏防水层的情况要及时修补好，绝不能在没有修补好的防水层上打二衬砼。
四、结束语
由于在潭峪沟隧道中采用的防水层材料可靠，施工的铺设技术、工艺较先进，施工管理严谨，监理认真负责，实现了\"无钉铺设\"防水层，在LDPE防水板的焊缝工艺中更是大胆创新， 使焊缝牢固可靠，从而保证了防水层的完整性，提高了隧道防水的可靠性，满足了设计和使用的要求，为今后隧道的安全使用奠定了良好的基础。同时也为国内类似隧道防水板的施工提供了一整套的新技术、新工艺和有益的经验。
