劉帥鵬，許志東

(1.南水北調(diào)中線干線工程建設(shè)管理局河南直管局，鄭州 450000；2.葛洲壩集團(tuán)第三工程有限公司，湖北 宜昌 443000)

噴涂聚脲防滲技術(shù)在有壓輸水隧洞中的應(yīng)用

劉帥鵬，許志東

(1.南水北調(diào)中線干線工程建設(shè)管理局河南直管局，鄭州 450000；2.葛洲壩集團(tuán)第三工程有限公司，湖北 宜昌 443000)

噴涂聚脲防滲技術(shù)雖然在我國(guó)水利工程中使用已有十余年時(shí)間，但在大直徑預(yù)應(yīng)力混凝土有壓輸水隧洞中的應(yīng)用還較少。文章就聚脲噴涂防滲技術(shù)在南水北調(diào)中線穿黃工程中的應(yīng)用及防滲效果進(jìn)行了簡(jiǎn)要的總結(jié)與探討。

聚脲防滲；大直徑有壓輸水隧洞；應(yīng)用；施工方法

1 工程概況

南水北調(diào)中線穿黃工程是整個(gè)南水北調(diào)中線的標(biāo)志性、控制性工程。穿黃隧洞采用雙洞過河方案(分別為：上游洞和下游洞)，中心線間距為28 m。隧洞為盾構(gòu)法施工的雙線大型高壓輸水隧洞，單洞全長(zhǎng)4 250 m。

盾構(gòu)隧洞為預(yù)應(yīng)力復(fù)合襯砌結(jié)構(gòu)，根據(jù)隧洞所處位置地質(zhì)結(jié)構(gòu)情況，設(shè)計(jì)為內(nèi)、外襯之間由排水彈性墊層分隔，排水墊層內(nèi)水通過隧洞底板排水管排向隧洞北岸集水井。

內(nèi)外襯分別獨(dú)立工作，外襯只受洞外土、水壓力，內(nèi)襯承受隧洞內(nèi)水壓力；外襯為拼裝式鋼筋混凝土管片結(jié)構(gòu)，厚度40 cm，內(nèi)徑7.9 m；內(nèi)襯為現(xiàn)澆預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)，厚度為45 cm，成洞內(nèi)徑為7.0 m。

洞身襯砌分節(jié)施工，標(biāo)準(zhǔn)節(jié)長(zhǎng)9.6 m，內(nèi)襯管節(jié)之間設(shè)置2 cm寬結(jié)構(gòu)縫。隧洞運(yùn)行期最大水壓力0.55 MPa。

2 內(nèi)襯防滲施工材料性能選擇要求

穿黃隧洞特殊的結(jié)構(gòu)型式要求隧洞內(nèi)水不能對(duì)外襯拼裝結(jié)構(gòu)產(chǎn)生壓力。

根據(jù)隧洞結(jié)構(gòu)型式要求，對(duì)內(nèi)襯防滲材料選擇必須滿足以下要求：

1)不能改變接縫伸縮工作特性，滿足抵抗0.55 MPa水壓的要求[1]。

2)耐久性好，耐老化、耐水、防沖刷(流速約4.3 m/s)，能滿足長(zhǎng)期運(yùn)用要求。

3)處理材料無毒、滿足不污染水源的要求。

經(jīng)綜合考慮結(jié)合其他水利工程運(yùn)用實(shí)踐，決定采用噴涂聚脲彈性體材料進(jìn)行防滲處理。

3 施工范圍

穿黃隧洞內(nèi)襯聚脲施工范圍主要包括：隧洞各管節(jié)間伸縮縫、錨具槽、底板通信光纜和監(jiān)測(cè)電纜手孔周邊混凝土施工縫、縱向施工縫等[2]。

典型環(huán)向管節(jié)間伸縮接縫處理封閉范圍參見圖1。

圖1 典型環(huán)向管節(jié)間伸縮縫聚脲封閉范圍

噴涂聚脲范圍沿縫兩側(cè)及縫端各延伸150 mm進(jìn)行噴涂覆蓋。結(jié)構(gòu)縫沿環(huán)向噴涂一周。環(huán)向各管節(jié)間伸縮縫單洞共噴涂約3 086 m2，錨具槽周邊混凝土施工縫等需噴涂約10 883 m2[3]。

4 施工方法

施工方法包括2項(xiàng)內(nèi)容：表層柔性止水施工材料和施工工藝及施工方法。

4.1 表層柔性止水施工材料

4.1.1 噴涂

噴涂聚脲彈性體材料型號(hào)為SPUA—SKJ，日本配方中國(guó)生產(chǎn)，性價(jià)比較高，此材料干燥速度快(5～13 s)，適合于立面及任意曲面噴涂。材料的延伸率、撕裂強(qiáng)度等各項(xiàng)綜合性能指標(biāo)高，無毒、并滿足不污染水體、產(chǎn)品有害物質(zhì)含量符合JC 1066—2008標(biāo)準(zhǔn)中反應(yīng)型防水涂料A型的環(huán)保要求，而且耐久性好，耐老化，耐水、防沖刷，基本性能指標(biāo)需滿足《噴涂聚脲防水涂料》(GB/T 23446—2009)的要求。適合于各種土木建筑、水利工程。

4.1.2 底涂

本底涂現(xiàn)場(chǎng)調(diào)配方便，使用簡(jiǎn)單，適應(yīng)長(zhǎng)期水中浸泡。

根據(jù)穿黃工程特點(diǎn)，采用環(huán)氧型底涂涂刷第一遍然后使用環(huán)氧膩?zhàn)舆M(jìn)行缺陷修補(bǔ)，待膩?zhàn)颖砀珊筮M(jìn)行第二道環(huán)氧型底涂涂刷(封閉膩?zhàn)?，表干(12 h)后48 h內(nèi)涂刷聚氨酯類底涂。

專用底涂(以下簡(jiǎn)稱底涂)涂在打磨基面上，介于打磨基面與聚脲涂層之間，用于提高黏結(jié)力[4]；要求底涂與打磨基面、底涂與聚脲涂層之間的黏結(jié)力均大于2.5 MPa。

底涂技術(shù)指標(biāo)需滿足《建筑防水涂料試驗(yàn)方法》(GB/T 16777—2008)規(guī)定的要求。

4.2 施工工藝及施工方法

4.2.1 施工工藝流程

打磨、切槽—基面清塵—采用汽油噴燈烘干表面明水—噴涂區(qū)域外保護(hù)—第一道環(huán)氧底漆—環(huán)氧膩?zhàn)有扪a(bǔ)—刷第二道環(huán)氧底涂(封閉膩?zhàn)?—刷聚氨酯底涂—表層噴涂聚脲施工—養(yǎng)護(hù)—質(zhì)檢。

4.2.2 施工方法

施工方法包括以下7個(gè)方面：基面處理、烘干表面明水、底涂施工、貼邊保護(hù)、噴涂施工、聚脲修邊和養(yǎng)護(hù)。

4.2.2.1 基面處理

1)對(duì)需封閉范圍的內(nèi)襯表面采用砂輪打磨，要求磨出新鮮混凝土面，不留階坎；在封閉范圍邊緣設(shè)倒三角嵌槽，如圖2。

倒三角嵌槽務(wù)必定位準(zhǔn)確，采用砂輪打磨以形成嵌槽，并滿足寬度和深度要求；對(duì)局部性缺陷采用強(qiáng)度≥45 MPa的水泥砂漿修補(bǔ)，要求達(dá)到實(shí)干后，再次打磨。

2)打磨完成后，用高壓風(fēng)清掃，不得留有泡沫板殘?jiān)?、混凝土灰渣和塵土，以形成新鮮基面。

圖2 聚脲嵌槽大樣圖

4.2.2.2 烘干表面明水

因洞內(nèi)潮濕，打磨后的基面短時(shí)間易有凝水出現(xiàn)，因此，在刷底涂前使用煤氣噴燈對(duì)表面明水進(jìn)行短時(shí)間的烘干處理，且不使打磨的混凝土表面溫度升高過高為宜。

4.2.2.3 底涂施工

底涂施工的工作步驟為：

1)雙組份環(huán)氧型的底漆材料用攪拌機(jī)充分?jǐn)嚢?攪拌5 min)。

2)將環(huán)氧底漆Ⅰ采用涂刷方法均勻涂布。

3)環(huán)氧底漆刷完后24 h內(nèi)刮涂無溶劑環(huán)氧膩?zhàn)?最短可在刷涂完底漆Ⅰ后馬上刮涂膩?zhàn)?。

4)環(huán)氧膩?zhàn)颖砀珊筮M(jìn)行第二道底漆Ⅰ的施工，底漆施工12 h后，48 h內(nèi)，進(jìn)行聚氨酯底漆涂刷。如果時(shí)間間隔超過48 h。如果時(shí)間間隔超過48 h，需要重新刷涂(或刮涂)一遍底漆Ⅰ，再進(jìn)行下一步施工。需要重新刷涂(或刮涂)一遍底漆Ⅰ，再進(jìn)行下一步施工。

5)3～4 h聚氨酯底漆干燥后進(jìn)行下一步聚脲施工。

4.2.2.4 貼邊保護(hù)

為了避免對(duì)噴涂工作面以外的混凝土面造成污染，同時(shí)為了保持聚脲噴涂面的整潔，需要對(duì)聚脲噴涂面兩側(cè)使用雙面膠黏貼牛皮紙或其他材料進(jìn)行貼邊保護(hù)。

4.2.2.5 噴涂施工

1)噴涂前必須檢查，并確認(rèn)噴涂設(shè)備吐出量正常。

2)同一位置噴涂遍數(shù)≥2遍。為了保證噴涂厚度均勻，噴涂時(shí)，噴槍口與噴涂面保持80～100 cm的距離，走槍以一槍覆蓋住前一槍的3/4～4/5為準(zhǔn)，按約每?jī)擅胍徊降男羞M(jìn)速度控制。

第1遍盡可能噴薄一些，走槍速度要稍快，同一位置噴涂第1遍后，應(yīng)待涂層凝固1 min左右后，再噴第2遍。

3)聚脲噴涂厚度：噴涂施工時(shí)，噴槍手應(yīng)嚴(yán)格控制行走速度及噴涂遍數(shù)，以滿足≥噴層厚3 mm的要求。

4)聚脲噴涂施工宜在環(huán)境溫度10 ℃～50 ℃，相對(duì)濕度<85%的條件下進(jìn)行。

5)噴涂施工時(shí)應(yīng)保證表面平整，表面無氣孔、氣泡、褶皺；涂層厚度要均勻，層間不得有水或灰塵，確保各層黏結(jié)良好。

6)聚脲噴層厚度應(yīng)≥3 mm，兩端應(yīng)嵌入內(nèi)襯內(nèi)壁面的三角嵌槽

7)噴涂時(shí)需做好勞動(dòng)保護(hù)。

4.2.2.6 聚脲修邊

噴涂完成后，及時(shí)對(duì)聚脲邊緣進(jìn)行修整，以達(dá)到平整美觀的效果。

4.2.2.7 養(yǎng)護(hù)

施工完成后，應(yīng)注意養(yǎng)護(hù)，尤其是車道平臺(tái)底部噴涂范圍，應(yīng)采取防護(hù)措施避免完成噴涂的聚脲受損。

4.2.3 施工面保護(hù)

1)噴涂作業(yè)面需要使用大功率風(fēng)扇做防塵處理。

2)每一步施工前需要使用吸塵器等除塵措施進(jìn)行徹底清理。

3)涂刷底涂后需使用保護(hù)罩對(duì)工作面進(jìn)行保護(hù)，施工完成后等強(qiáng)階段也需要使用保護(hù)罩進(jìn)行成品保護(hù)。

5 施工質(zhì)量控制要點(diǎn)及質(zhì)量檢測(cè)

施工質(zhì)量控制要點(diǎn)：

1)本工程隧洞夏季期間洞壁潮濕，不能滿足聚脲施工基面干燥的條件，保證聚脲底涂基面以及噴涂基面干燥，是保證聚脲施工質(zhì)量的關(guān)鍵。

2)隧洞線線路達(dá)4.25 km，聚脲基面打磨施工與噴涂施工必須同期在洞內(nèi)進(jìn)行，如何避免粉塵污染也是保證聚脲施工質(zhì)量的關(guān)鍵。

質(zhì)量檢測(cè)嚴(yán)格按照《噴涂聚脲防水工程技術(shù)規(guī)程》要求的方法執(zhí)行。

6 聚脲施工防滲效果總結(jié)

噴涂聚脲施工分兩期進(jìn)行，一期僅對(duì)各管身間伸縮縫進(jìn)行環(huán)向噴涂聚脲防滲，一期噴涂施工后對(duì)隧洞進(jìn)行了充水試驗(yàn)，洞內(nèi)水深達(dá)21 m時(shí)，上、下游洞滲漏量分別為40.1 L/s和25.89L/s。

考慮到隧洞結(jié)構(gòu)安全，并退水后對(duì)隧洞進(jìn)行了排查，確定對(duì)隧洞錨具槽、縱向施工縫、底板通信光纜手孔和監(jiān)測(cè)電纜手孔等可能滲水的部位防滲進(jìn)行二期施工，處理完畢進(jìn)行了繼續(xù)充水試驗(yàn)，洞內(nèi)水深達(dá)55 m時(shí)，上、下游滲漏量分別為5.6 L/s和15.7 L/s。

實(shí)踐證明，在本工程中聚脲防滲起到了明顯的作用。

7 結(jié) 語

用聚脲對(duì)結(jié)構(gòu)縫、施工縫等存在滲水可能的部位進(jìn)行封閉施工，可大大降低輸水結(jié)構(gòu)的滲漏量，且能承受較大的水壓力。

本工程實(shí)踐過程中采用汽油噴槍加熱驅(qū)潮、增加通風(fēng)設(shè)備以及及時(shí)對(duì)已處理基面進(jìn)行覆蓋防塵，很好地解決了潮濕和粉塵問題。

從本工程實(shí)際使用聚脲噴涂效果來看，噴涂聚脲在大直徑有壓隧洞中的防滲效果還是顯而易見的。值得在其他類似工程中借鑒使用。

[1]李偉，艾久紅.噴涂聚脲防滲材料在山口巖水庫大壩上的防滲應(yīng)用[J].江西水利科技，2014,40(01)：31-33.

[2]孫志恒，喻建清.300m級(jí)拱壩噴涂聚脲防滲仿真模型試驗(yàn)及應(yīng)用[J].水利水電科技進(jìn)展，2009,29(06)：49-53.

[3]李建波，楊潔，李炳奇.高壩迎水面聚脲防滲涂層耐擊穿實(shí)驗(yàn)裝置改進(jìn)及應(yīng)用[J].水電能源科學(xué)，2013,31(11)：195-197.

[4]鄧漢鵬，顏再榮.聚脲在錦屏水電站拱壩裂縫防滲處理中的應(yīng)用[J].水力發(fā)電，2013,39(09)：42-44.

1007-7596(2014)12-0203-03

2014-10-30

劉帥鵬(1977-)，男，河南禹州人，助理工程師；許志東(1979-)，男，河南民權(quán)人，工程師。

TV441；TV698.23

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