高原冻土隧道防水隔热保温层粘贴施工工法.doc

高原冻土隧道防水隔热保温层粘贴施工工法
一、前言
防水隔热保温层是高原冻土隧道中特殊和关键的结构，其施工工艺和施工质量对保证隧道工程质量至关重要。目前，国内外对一般地区隧道防水层施工采用先钉无纺布后安装防水薄膜或直接铺设柔性防水薄膜的无钉铺设方法，其施工工艺复杂，防水层质量控制困难，而且防水层背后很难密贴，容易积水。在普通隧道还可以通过防水层背后的排水盲沟和横向泄水孔将积水排走，但高原冻土隧道排水十分困难，如果积水，则容易产生冻害，严重破坏结构。
青藏铁路昆仑山隧道防水隔热保温层共有“防水层+隔热保温层+防水层”三层结构，我们通过试验选取合适的粘接材料，采用合理的粘贴铺设工艺，真正做到了防水隔热保温层的无钉铺设。本工法就是在《高原多年冻土区隧道施工技术研究》项目中总结出来的，并在昆仑山隧道防水隔热保温层施工中得到了推广应用。该项目成果于2005年9月28日通过贵州省科技厅组织的专家鉴定。
二、工法特点
复合防水板采用粘贴法施工，其接缝采用双焊缝焊接；聚氨酯保温板采用工厂预制成型，洞内拼装粘贴施工，其接缝采用TN-1型聚氨酯粘接剂处理。采用的粘贴铺设工艺，工序简单，操作简便，对其它工序干扰小，完全实现了防水隔热保温层的无钉铺设。不仅确保了模筑支护、防水层、隔热保温层之间的密贴，而且有利于加快施工进度及保证施工质量，确保了防水隔热保温层的整体防水隔热效果。
三、实用范围
本工法适用于可采用粘贴法铺设的隧道及地下工程防水隔热保温层施工。
四、工艺原理
本工艺贯彻“快速施工”的理念，实现流水化作业，通过采用粘贴法铺设防水板、保温板，使各结构层保持密贴，并合理地处理板间接缝，做到板块无破损、板间接缝严密，确保隧道防水隔热保温层的防水隔热效果。
五、工艺流程及施工要求
复合防水板采用粘贴工艺施工，保证其与模筑支护密贴牢固，隔热保温材料（聚氨酯保温板）采用工厂预制成型、洞内拼装工艺施工，聚氨酯保温板与复合防水板之间用树脂胶粘贴牢固，保温板接缝用TN-1型聚氨酯粘接剂粘接，其施工工艺流程如图1所示。
（一）施工准备
（1）准备复合防水板、聚氨酯保温板、聚氨酯粘接剂、树脂胶等主要工程材料（见表1），并按规定进行产品质量抽检。
施工仰拱模筑支护
铺设仰拱复合防水板并处理接缝
铺贴仰拱保温板
铺设仰拱内侧复合防水板并处理接缝
施工仰拱二次衬砌
搭设防水隔热保温层施工平台
清理拱墙模筑支护混凝土表面
涂抹胶水，粘贴拱墙复合防水板
粘贴下一环复合防水板和处理接缝
粘贴拱墙保温板和保温板接缝粘接
粘贴拱墙内侧复合防水板并处理接缝
施工拱墙二次衬砌

图1 仰拱、拱墙防水隔热保温层工艺流程
（2）搭设防水隔热保温层施工平台，准备土工膜焊机、热风焊枪等施工用机具，并对其焊接温度、走行速度等相应参数进行现场工艺试验。
（3）清理模筑混凝土支护表面，用钢钎或砂轮等小机具将混凝土表面凸出部分找平，凹处可用水泥砂浆填平，再用钢丝刷、毛巾等清理干净。
表1 主要工程材料表
材料名称
技术性能指标
用 途
复合防水板
宽2.0m，长11m，无纺布/PVC；预留连接（膜—布分离）宽度横向15cm，纵向30cm，纵向拉伸强度≥15MPa，膜厚度≥1.0mm，断裂伸长率≥200%，低温柔性-35℃无裂纹，水压0.2MPa保持24h无渗透
防水层
聚氨酯保温板
长×宽×厚=2.0×0.5×0.05m；导热系数λ<0.03W/m.k，抗压强度：拱墙部位>0.3MPa，基底部位>0.5MPa，密度>60kg/m3，弹性模量E≥7~10MPa，体积吸水率≤3%，具有低毒性和阻燃性
隔热保温层
聚氨酯粘接剂
TN-1型，密度≥1200kg/m3，粘接强度≥0.2MPa，导热系数≤0.057W/m.k
聚氨酯保温板接缝粘接
树脂胶
OP型，密度≥874kg/m3
防水隔热保温层粘贴材料
（二）复合防水板粘贴
复合防水板采用涂胶粘贴的方法施工，为了施工方便，拱墙复合防水板分为二块，从隧顶向两侧粘贴，在墙脚与仰拱复合防水板连接。
先用排刷在处理好的模筑支护混凝土表面和复合防水板无纺布表面分别均匀涂抹胶水，待胶水风干至不粘手时（约3~4min），用小滚辊缓慢推压防水板，使之与模筑支护粘贴牢固，粘贴时注意保证防水板平整。
（三）复合防水板接缝处理
复合防水板的接缝是防水层最薄弱的部位，必须保证接缝有足够的强度、可靠的防水性，施工中采用土工膜焊机双焊缝焊接。
（1）把焊接部位的膜铺放平整，面朝前进方向，左边膜在下，右边膜在上，且高端压在低端上，PVC膜的搭接宽度一般为15cm左右。
（2）接上焊机电源，调节温度旋钮，选择合适的热融温度，调节调速旋钮，选择适宜的焊接速度。
（3）打开温度开关，待温度指示灯绿灯熄且红灯亮时，表示焊机已经达到焊接温度。
（4）焊机达到焊接温度后，将待焊接的膜左侧在下、右侧在上分别插入焊接机上下胶轮之间并拉齐，打开速度开关，焊接机即开始边焊接边自动向前行进，焊接完毕后取出焊机。
（5）用热风焊枪将接缝边缘未焊好或漏焊的部位补焊完整，并使复合防水板表面平整，便于粘贴保温板。
（四）铺贴聚氨酯保温板
聚氨酯保温板采用工厂预制成型、洞内拼装粘贴工艺施工。
（1）清理保温板表面，检查保温板的外形尺寸是否符合要求。
（2）在保温板一面和复合防水板的PVC膜面上均匀涂抹树脂胶，待胶水风干至不粘手时（约3~4min），将保温板平整地粘贴在复合防水板上，保证拼装平顺，轻压保温板，使其粘贴牢固。
（3）涂抹下一块保温板和复合防水板的胶水，并在已粘贴的保温板和待粘贴的保温板接触侧面均匀涂抹TN-1型聚氨酯粘接剂1~2mm厚，3~4min后粘贴、轻压粘接基面，使保温板与复合防水板粘贴牢固，保温板之间接缝紧密。
（五）保温层内侧防水层
保温层内侧防水层（即第二层防水层）施工方法同第一层防水层。
六、机具设备
表2 主要机具设备表
序号
设备名称
型号
数量
备注
1
防水隔热保温层施工平台
自制
1

2
土工膜焊机
TH-2
1
复合防水板焊接用
3
热风焊枪
DSH-2
1

4
排刷

若干
涂刷胶水用
5
小滚辊

若干
铺贴复合防水板用

七、劳动力组织
为了保证防水隔热保温层施工实现流水化作业，按基面处理、外侧防水板铺贴、接缝处理、保温板铺贴、内侧防水板铺贴、质量检查等各道工序进行人员配备，下面以一个作业流程进行人员配备（见表3）。
表3 防水隔热保温层一个作业流程劳动力组织
技术员
1名
保温板铺贴人员
3名
基面处理人员
1名
内侧防水板铺贴人员
2名
外侧防水板铺贴人员
2名
内侧防水板接缝人员
2名
外侧防水板接缝人员
2名
质量检查人员
1名

八、质量要求
高原冻土隧道防水隔热保温层施工须满足《青藏铁路高原多年冻土区隧道工程质量检验评定及验收标准》（试行）及《铁路隧道工程施工质量验收标准》（TB 10417-2003）中的有关防水及保温层的质量要求。由于防水隔热保温层的施工过程控制对其施工质量影响重大，应根据其施工特点建立质量过程控制体系：
（1）防水材料的材质、性能、规格、铺设质量和保温材料的种类、导热系数、抗压强度、低温耐久性等指标及保温层厚度均须符合设计规定，每批或每5000m2应检验一次，每批量不得超过5000m2，不足5000m2应按一批检查。
（2）聚氨酯板接缝粘接剂应保证在低温环境（-20℃）下能正常发泡，其性能指标满足：密度≥1200kg/m3，粘接强度≥0.2MPa，导热系数≤0.057W/m.k；树脂胶应保证在低温（-20℃）等恶劣环境下能使防水板、保温板、混凝土表面之间粘贴牢固，在3~4min内达到粘贴效果，方便施工。
聚氨酯板接缝粘接剂严格按配比进行，确保接缝发泡质量；树脂胶若太稠影响施工，可添加甲苯类稀释剂，严禁添加汽油等稀释剂，避免发生火灾。
（3）模筑混凝土支护表面应平顺，不得有钢筋头、钉子等尖锐突出物。混凝土表面凸出部分应找平，凹处可用水泥砂浆填平。
（4）防水板、保温板铺贴前应清理其表面污渍，检查是否有破损、结构尺寸是否符合要求。
（5）防水板施工搭接宽度不应小于10cm，焊缝宽不应小于2cm，无漏焊、假焊、烤焦、焊穿，防水板焊缝颜色以呈乳白色为佳。防水板与支护混凝土密贴并粘接牢固，为保温层施工提供条件。
（6）保温板侧面应均匀涂刷TN-1型聚氨酯粘接剂，使保温板接缝之间发泡密实、均匀，确保接缝处隔热保温效果。
（7）防水板、保温板铺贴后应有专人对焊缝、板缝进行逐条检查，确保接缝质量。
（8）防水板焊缝需按焊缝数量的5%进行充气检查，并不得少于3条焊缝。充气检查须符合《地下工程防水技术规范》（GB50108-2001）的要求：充气至0.25MPa，每隔2.5min观察一次压力读数，15min内压力下降幅度不得大于10%。
（9）内侧防水层施做完后，应对防水层采取妥善的保护措施，避免后继施工对其造成损坏，确保防水层的完整性。
九、施工安全
高原冻土隧道防水隔热保温层施工除应遵循《铁路工程施工安全技术规程》（TB 10401.1-2003/J 259-2003）外，在施工中还应注意以下几点：
（1）防水隔热保温层施工平台应架立牢靠，平台四周栏杆高度不得低于1.0m，平台铺板严密，并不得出现探头板，平台上施工人员作业时应系好安全带。
（2）保温板防火性能应满足要求。施工中要加强通风，不得有明火，以防施工材料和粘胶着火引发火灾。
（3）防水板焊接设备应有漏电保护装置，其电缆不得打结、破损，以防漏电伤人。
（4）施工人员应配备个人劳动防护用品，特别是刷胶人员应防止胶水沾染腐蚀皮肤。
十、效益分析
（1）本工法采用粘贴法施工，完全实现了防水层的无钉铺设，使模筑支护、防水层、隔热保温层之间能够保持密贴，防止了保温板接缝处的“冷桥”效应，有效提高了隧道的整体防水及隔热保温效果。
（2）采用粘贴法施工，相对于挂钉铺设法减少了操作环节，大大降低了工人的劳动强度。
（3）实现流水化作业，避免了隧道狭小作业空间下各工序的交叉作业，不仅有利于加快施工进度，而且有利于保证各工序的施工质量。
十一、工程实例
昆仑山隧道为目前世界上最长的高原冻土隧道，地处海拔4600~4700m的高原多年冻土区，起迄里程DK976+250~DK977+936，全长1686m。隧道最大埋深110m，多年冻土年平均地温-1.81℃~-2.65℃，年平均气温-3.6℃~-5.2℃，10月至次年5月长达8个月的时间平均气温为负温，极端最高气温23.7℃，极端最低气温-37.7℃，最冷月平均气温-16.7℃。为确保隧道整体防水隔热保温效果，该隧道采用了“防水层+隔热保温层+防水层”这一特殊结构，其中复合防水板数量为112944m2，聚氨酯保温板数量为3397m3。
昆仑山隧道于2001年6月29日开工，2002年9月26日全隧贯通，2003年3月20日铺轨顺利通过，隧道施工总工期约21个月。隧道防水隔热保温层采用本工法施工后，其防水隔热保温效果明显。根据冻土围岩中埋设的测温孔观测数据分析，防水隔热保温层内外侧温差在逐年减少，冻土的热平衡状态逐渐恢复稳定。

（执笔人：周晋筑 夏真荣 方东明 王根南）

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