CN109113768A - 一种隧道衬砌施工缝防水结构及防水方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种隧道衬砌施工缝防水结构，在隧道二次衬砌内位于施工缝处设有沿所述施工缝布置的止水条孔道，所述隧道二次衬砌的外壁上位于所述施工缝处设有沿所述施工缝布置且贯穿所述止水条孔道的凹槽，所述止水条孔道内充填止水材料形成止水条。本发明还公开了一种隧道衬砌施工缝的防水方法。本发明止水条与凹槽底部之间形成渗透水流通的排水通道，相比现有预埋式止水结构，渗透水可以顺利的从止水条两侧流出，不会形成水压造成止水条失效。另外，防水结构失效后，可以很方便的拆除更换，且不会对隧道衬砌造成二次损伤。
Description
技术领域
本发明属于隧道施工领域，尤其涉及一种隧道衬砌施工缝防水结构及防水方法。
背景技术
渗漏水是隧道工程最常见的病害，业内有“十隧九漏”的说法，其中70％以上的渗漏水发生在衬砌施工缝位置。在严寒地区，渗漏水进一步引发冻害，引起结构裂损、衬砌挂冰、道面堆冰等问题，严重威胁行车安全。消除隧道衬砌施工缝渗漏以及冻害，是隧道工程领域研究和工程实践的重要课题。
造成隧道衬砌施工缝渗漏水多发的原因包括：(1)早期修建的大量隧道，本身没有设置专用防水层，施工缝处也没有设任何防水结构；(2)采用的止水条、止水条等防水结构，由于施工质量欠佳，不能起到防水作用；(3)在长期运营过程中，由于材料老化、衬砌伸缩变形等原因，防水结构自然失效。对于隧道衬砌施工缝的渗漏水，目前主要采用“切槽、埋管、引流”的方法进行堵漏，即在发生渗漏的施工缝处从表面切矩形或倒梯形的排水槽，然后将半圆管扣入槽内，在排水管外采用防水砂浆等材料封堵。采用这种方法存在的不足在于：(1)在施工缝处的衬砌表面切槽、埋管、引流，处治措施与原有衬砌存在明显的界面，随着时间的延长，由于衬砌伸缩变形、车辆震动等原因，容易发生粘结界面失效，从而导致堵水失效；(2)所采取的治水措施不具有可维护性，一旦再次发生渗流，必须重新凿除防水砂浆，进而对衬砌结构造成多次损伤；(3)在衬砌表面切槽后填充防水砂浆，对衬砌外观有不利影响，如果发生脱落可能危及行车安全，对高速铁路等安全要求高的隧道尤为不利。在严寒地区，施工缝渗漏造成衬砌挂冰，在治理方面也大多采用施工缝渗漏处理方法，更多是采用人工打冰措施防止衬砌挂冰危害行车安全。中国专利201711157460.5公开了隧道施工缝结构及对应的施工缝的防水方法，能够有效解决隧道工程施工缝容易形成漏水路径、防水效果不持久等的问题。但是该专利仍然存在防水结构不可更换和维护、发生渗漏后难以根治的问题。
发明内容
本申请旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明的目的之一在于提供一种隧道衬砌施工缝防水结构及施工方法，以解决现有隧道衬砌施工缝防水结构不可更换和维护、发生渗漏后难以根治的问题。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
一种隧道衬砌施工缝防水结构，在隧道二次衬砌内位于施工缝处设有沿所述施工缝布置的止水条孔道，所述隧道二次衬砌的外壁上位于所述施工缝处设有沿所述施工缝布置且贯穿所述止水条孔道的凹槽，所述止水条孔道内充填止水材料形成止水条。
进一步的，所述止水条为腻子型缓膨胀橡胶止水条。
进一步的，所述止水条底部设有横跨所述凹槽的隔离膜。
进一步的，所述凹槽内位于所述止水条的下方设有伴热电缆，所述隧道二次衬砌上嵌设有用于测量渗透水水温的测温元件，所述测温元件以及伴热电缆均与控制系统通信连接。
进一步的，所述施工缝为环形施工缝，在隧道二次衬砌上位于所述施工缝的两侧设有延伸至所述凹槽底部的排水管。
进一步的，还包括用于与所述排水管对接的收集箱，所述收集箱内设有消冰设备以及水位传感器，所述水位传感器以及消冰设备与所述控制系统通信连接。
一种隧道衬砌施工缝的防水方法，包括如下步骤：
S1：在隧道二次衬砌浇筑完成之后，在隧道二次衬砌的外壁上位于施工缝处沿环向施工缝切割形成环向凹槽；
S2：在环向凹槽两侧拱脚处施作工艺孔，用铣孔机将铣刀从工艺孔进入，刀轴从环向凹槽通过，沿环向施工缝铣出止水条孔道；
S3：环向凹槽贯通止水条孔道，在止水条孔道底部和上部分别形成底部开口和上部开口，在止水条孔道的底部设置有覆盖底部开口的隔离膜；
S4：从环向凹槽两侧拱脚自下而上注入止水材料充填止水条孔道并凝固形成止水条。
进一步的，在充填止水材料前还包括在所述凹槽的底部布设伴热电缆的步骤，在隧道二次衬砌上嵌设有用于测量渗透水水温的测温元件，所述测温元件以及伴热电缆均与控制系统通信连接。
进一步的，在止水条孔道位于迎水面一侧的内壁上粘贴有隔离膜。
进一步的，所述工艺孔内套设有排水管，所述排水管的输出端与收集箱对接，所述收集箱内设有消冰设备以及水位传感器，所述水位传感器以及消冰设备与所述控制系统通信连接。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
1、本发明防水结构失效后，可以很方便的拆除更换，发生渗漏后很容易根治，而且不会对隧道衬砌造成二次损伤。
2、止水条与凹槽底部之间形成渗透水流通的排水通道，相比现有预埋式止水结构，渗透水可以顺利的从止水条两侧流出，不会因水压问题而造成止水条失效。
3、本发明通过在浇筑完成之后的二次衬砌上设置凹槽形成刀轴避让通道，利用铣孔机在二次衬砌内止水条孔道，之后在止水条孔道内填充止水材料，形成止水条，防水结构失效后，将止水条洗削后，重新填充止水材料即可实现施工缝的止水，另外止水材料形成的防水带可以与二次衬砌紧密接触，防水效果好。
4、止水条采用腻子型缓膨胀橡胶在止水条孔道内充填并凝固成型，膨胀后与孔道周壁密切压紧，防水效果好。
5、用于寒区隧道，可以通过精密的温度控制，确保施工缝处不渗水、不结冰、不挂冰。
本发明中隧道施工缝结构，具有施工工艺简单，适应性广泛，同时可以保证较好的施工质量和较快的施工速度，防水效果明显。
附图说明
图1为本发明防水结构的三维透视图；
图2为本发明防水结构的俯视图；
图3为本发明防水结构的侧视图；
图4为本发明隧道衬砌施工形成施工缝的示意图；
图5为本发明施工缝处形成切凹槽、工艺孔、止水条孔道后的示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本实施例中以环形施工缝进行示例性说明，当然也可以用于其他类型的施工缝，在此不在赘述。参见图1-图3，在山岭隧道中，隧道支护衬砌结构包括初期支护1和二次衬砌2，其中二次衬砌沿隧道纵向分段浇筑，因而会形成施工缝3。从岩土体中渗出并穿透初期支护1的地下水，很容易从施工缝3渗出，形成渗漏水。传统方法通常会在二次衬砌2浇筑过程中在施工缝3设置防水结构，但由于施工条件恶劣、材料控制困难、以及运营过程中二次衬砌2可能发生各种变形，施工缝3处的防水结构很容易失效，造成渗漏水，在严寒地区进一步形成冻害。按传统方法施做的防水结构无法更换，渗漏水治理非常困难。
参见图1-图5，本发明提供的一种隧道衬砌施工缝防水结构，在隧道二次衬砌2内位于施工缝3处设有沿施工缝3布置的止水条孔道6，在隧道二次衬砌2的外壁上位于施工缝3处设有沿施工缝布置且贯穿止水条孔道的凹槽4，止水条孔道6内充填止水材料形成止水条7，止水材料可以是腻子型缓膨胀橡胶、环氧树脂或其他类似材料(即固化前具有流动态、且易于凝固的各种现有防水材料)，止水条7与其下部的凹槽部分形成渗透水流通的流道。
本实施例防水结构失效后，只需要将止水条7洗削去除后，重新填充止水材料形成新的止水条7即可实现施工缝的再次止水，操作方便快捷，能够根治渗漏，而且不会对隧道衬砌造成二次损伤。其次，止水条7与凹槽4底部之间形成的排水通道，相比现有预埋式止水结构，渗透水可以顺利的从止水条两侧流出，不会因水压问题而造成止水条失效。
可以想到的是，在实际设计中，为防止止水材料从止水条孔道6进入凹槽4内将排水通道堵塞，在止水条7底部设有横跨凹槽的隔离膜8，隔离膜8可以采用聚乙烯等塑料薄膜或其他类型薄膜。
可以想到的是，在应用于严寒地区隧道时，为了避免在冻融交替期间施工缝内积水并导致冻胀，本实施例防水结构的凹槽4内位于止水条7的下方设有伴热电缆9，隧道二次衬砌2上嵌设有用于测量渗透水水温的测温元件11(温度传感器)，测温元件11以及伴热电缆9均与控制系统(图中未示出)通信连接。
具体的，在止水条7的迎水面和背水面处均布设有测温元件11。控制系统对伴热电缆9的控制策略为：当测温元件11监测到止水条7的迎水面和背水面处于冻融交替(-2℃-2℃)时，开启伴热电缆9的开关对施工缝和凹槽进行加热，防治局部结冰堵塞排水通道，当止水条的迎水面和背水面处于完全冻结(低于-2℃)或完全消融(高于2℃)时，关闭伴热电缆的开关，停止加热以节约用电。
作为本发明的一种优选方案，在隧道二次衬砌2上位于施工缝3的两侧设有与排水通道连通的排水管10，本实施例防水结构还可以包括用于与排水管10对接的收集箱12，收集箱12内设有消冰设备(图中未示出)以及水位传感器(图中未示出)，水位传感器以及消冰设备与控制系统通信连接。控制系统对消冰(水)设备的控制策略为：当集水箱局部冻结导致箱内水(冰)的位置高出警戒线时，水位传感器发生检测信号至控制系统，开启消冰(水)设备，将冰(水)雾化随隧道内交通风排走。本实施例中，消冰(水)设备为成熟工业设备，如高压水雾化装置或电热器煮沸。通过设置控制系统控制的伴热电缆和集水箱，使严寒地区的隧道不仅能够有效堵水，还能及时将堵住的水排出，并且不在排水管的下方冻结形成堆冰，从而彻底解决了寒区隧道施工缝渗水和挂冰堆冰问题。
一种隧道衬砌施工缝的防水方法，应用于非严寒地区既有隧道，包括如下步骤：
S1：在隧道二次衬砌2浇筑完成之后，用混凝土切割机沿环向施工缝3切割形成环向凹槽4。
具体的，环向凹槽4的深度超过二次衬砌厚度一半3-5cm，当渗水大时取较大值，渗水量较小时取较小值，宽度为1-2cm。
S2：用混凝土钻孔机在环向凹槽4两侧拱脚处施作工艺孔5，采用专用混凝土铣孔机，将铣刀从工艺孔5伸入，刀轴从环向凹槽4通过，沿环向施工缝3铣出止水条孔道6，环向凹槽4贯通止水条孔道6，在止水条孔道6底部和上部分别形成底部开口和上部开口。
具体的，止水条孔道6的深度为衬砌厚度的一半，横截面为长方形。沿隧道纵向的宽度为3-10cm，初次施工时取较小值，每维护更换一次可略微增大；沿隧道径向的厚度为3-5cm。
S3：然后在止水条孔道6内粘贴隔离膜8，将止水条孔道8底部开口封闭，以防止止水材料进入凹槽底部，将排水通道堵塞。
S4：从环向凹槽4两侧拱脚自下而上注入腻子型自成型缓膨胀橡胶，完全充满止水条孔道6，凝固成型后形成止水条7；由于腻子型自成型缓膨胀橡胶为注入成型，即使止水条孔道6内有各种凹凸起伏、毛刺，止水条7仍能与止水条孔道6完全密贴。此外，止水条7具有遇水缓膨胀的特点，止水条7遇水后膨胀，进一步增强堵水效果。
对于新建隧道，也可在二次衬砌2浇筑时在止水条孔道6、凹槽4以及工艺孔5所处位置安装泡沫板，以减小后期钻孔难度。
当应用于严寒地区隧道，为了避免在冻融交替期间施工缝内积水并导致冻胀，本发明进一步增加了伴热电缆9、测温元件11、排水管10以及集水箱12，其施工步骤与在非严寒地区使用时基本相同，即切割凹槽4、钻工艺孔5、铣止水条孔道6，然后嵌入伴热电缆9，再粘贴隔离膜8，在注入腻子型自成型缓膨胀橡胶之前，应在带填筑的止水条7迎水面和背水面安装测温元件11，并将测试线引出，然后再注入腻子型自成型缓膨胀橡胶，完全充满止水条孔道6，凝固成型后形成止水条7。完成上述防水结构后，在工艺孔5内安装排水管10，下游安装集水箱12，并安装相应的控制系统，连接测温元件，并控制集水箱内的消冰(水)设备及水位传感器。
具体的，温度传感器11嵌设方式为：通过在二次衬砌2上钻孔，将一对温度传感器11分别布设在止水条7的迎水面和背水面，并将测试线引出，连接至控制系统。
在上述防水结构发生失效后，只需要重复前述的施工步骤，即可将止水条7、隔离膜8和伴热电缆9拆除重做，恢复原有功能即可。
上述实施例仅仅是清楚地说明本发明所作的举例，而非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里也无需也无法对所有的实施例予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。
Claims (10)
1.一种隧道衬砌施工缝防水结构，其特征在于：在隧道二次衬砌内位于施工缝处设有沿所述施工缝布置的止水条孔道，所述隧道二次衬砌的外壁上位于所述施工缝处设有沿所述施工缝布置且贯穿所述止水条孔道的凹槽，所述止水条孔道内充填止水材料形成止水条。
2.根据权利要求1所述的隧道衬砌施工缝防水结构，其特征在于：所述止水条为腻子型缓膨胀橡胶止水条。
3.根据权利要求1所述的隧道衬砌施工缝防水结构，其特征在于：所述止水条底部设有横跨所述凹槽的隔离膜。
4.根据权利要求1-3任一项所述的隧道衬砌施工缝防水结构，其特征在于：所述凹槽内位于所述止水条的下方设有伴热电缆，所述隧道二次衬砌上嵌设有用于测量渗透水水温的测温元件，所述测温元件以及伴热电缆均与控制系统通信连接。
5.根据权利要求4所述的隧道衬砌施工缝防水结构，其特征在于：所述施工缝为环形施工缝，在隧道二次衬砌上位于所述施工缝的两侧设有延伸至所述凹槽底部的排水管。
6.根据权利要求5所述的隧道衬砌施工缝防水结构，其特征在于：还包括用于与所述排水管对接的收集箱，所述收集箱内设有消冰设备以及水位传感器，所述水位传感器以及消冰设备与所述控制系统通信连接。
7.一种隧道衬砌施工缝的防水方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1：在隧道二次衬砌浇筑完成之后，在隧道二次衬砌的外壁上位于施工缝处沿环向施工缝切割形成环向凹槽；
S2：在环向凹槽两侧拱脚处施作工艺孔，用铣孔机将铣刀从工艺孔进入，刀轴从环向凹槽通过，沿环向施工缝铣出止水条孔道；
S3：环向凹槽贯通止水条孔道，在止水条孔道底部和上部分别形成底部开口和上部开口，在止水条孔道的底部设置有覆盖底部开口的隔离膜；
S4：从环向凹槽两侧拱脚自下而上注入止水材料充填止水条孔道并凝固形成止水条。
8.根据权利要求7所述隧道衬砌施工缝的防水方法，其特征在于：所述止水材料为腻子型缓膨胀橡胶。
9.根据权利要求8所述隧道衬砌施工缝的防水方法，其特征在于：在充填止水材料前还包括在所述凹槽的底部布设伴热电缆的步骤，在隧道二次衬砌上嵌设有用于测量渗透水水温的测温元件，所述测温元件以及伴热电缆均与控制系统通信连接。
10.根据权利要求9所述隧道衬砌施工缝的防水方法，其特征在于：所述工艺孔内套设有排水管，所述排水管的输出端与收集箱对接，所述收集箱内设有消冰设备以及水位传感器，所述水位传感器以及消冰设备与所述控制系统通信连接。
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