CN111561332A - 一种山岭隧道隔震防水保温高聚物的施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种山岭隧道隔震防水保温高聚物的施工方法，其包括以下步骤：基层找平；涂抹聚氨酯底涂；喷涂高聚物；修整泡沫聚氨酯；涂抹聚合物砂浆。通过以上步骤对山岭隧道进行隔震防水保温的预处理，所述高聚物材料为非水反应类双组份高聚物材料。本发明具有快捷、经济、耐久等优点，可快速有效解决高寒高温高烈度富水区等复杂地质条件下山岭隧道衬砌冻害热害、衬砌结构破坏、渗漏水等问题，为山岭隧道提供了一种先进、高效、经济、实用的隔震防水保温新方法。本发明已成功应用于多项隧道防水工程，具有巨大的经济、社会效益和广阔的发展应用前景。

Description

一种山岭隧道隔震防水保温高聚物的施工方法

技术领域

本发明涉及山岭隧道防护技术领域，具体涉及一种山岭隧道隔震防水保温高聚物的施工方法。

背景技术

随着我国基础设施建设进程的加快，也推动了我国隧道及地下空间工程建设的步伐，隧道修建里程猛速增加，隧道本体属隐蔽性地下工程，由于我国工程地质条件异常复杂，隧道本体在建设过程中常穿越高寒（高地热）高烈度富水区域，常遇到低温高地热、大型断裂带、活断层、地下暗河、流沙等特殊地质环境。目前我国在建的新疆G50线、川藏铁路等重要线路均穿越高海拔高寒区域、高烈度地震高发断裂带、水系发达的富水区域，一旦发生剧烈地震或是严重冻害和热害导致隧道结构严重破坏开裂引起渗漏水等灾害，将会影响隧道衬砌的耐久性、稳定性、安全性，甚至造成重大的经济损失和危害生命安全。因此，针对隧道采取有效的防护措施起到隔震防水保温效果，是隧道工程亟待解决的工程技术难题。

中国专利文献公开了“一种高原高寒地震带隧道保温减震结构”（CN 209163826U）从内到外有初期支护层、减震层、防水层、保温层以及二次衬砌层，减震层为5～10cm厚的加气混凝土或10～20cm厚的通用合成橡胶层，初期支护层和减震层沿隧道纵向2米等间距地设置环形减震缝；防水层为沥青复合柔性防水卷材；保温层为10～20cm的聚氨酯硬泡。这样的多层复合结构可以实现隧道横纵向变形破坏的减震能力以及一定的防水和保温能力。该发明解决了高寒断裂带隧道的抗震保温问题，但是，它存在以下局限和不足之处：其一，针对富水岩溶环境下的化学离子，减震层材料为通用合成橡胶层时其耐化学腐蚀性会影响其结构本身属性进而失去隔震性能；其二，该复合结构首先从施工程序上较为复杂会影响施工进度，其次多层次结构加大了隧道的开挖面积，进而增加了工程造价。

发明内容

为解决现有技术中山岭隧道在隔震保温防水方面处理时间长、成本高、效果差的问题，本发明提供一种山岭隧道隔震防水保温高聚物的施工方法。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种山岭隧道隔震防水保温高聚物的施工方法，包括以下步骤：

A．基层找平：检查隧道基层，找平附着物或障碍物；

B．涂刷底涂：在隧道衬砌墙面均匀涂刷聚氨酯封闭底涂且无透底现象；

C．喷涂高聚物：将硬泡聚氨酯均匀喷涂到底涂面上；

D．修整泡沫聚氨酯；硬泡聚氨酯喷涂20min后用裁纸刀、手锯等工具开始清理、修理遮挡以及厚度突出的地方；

E．涂抹聚合物砂浆：配制砂浆并按打底层、下层、上层的次序逐层涂抹在高聚物表面，打底层涂抹后将耐碱玻纤网格布横向铺贴并压入砂浆中。

进一步地，所述底涂的厚度为4～5mm。

进一步地，所述喷涂高聚物前在底涂表面上放置厚度标杆。

进一步地，每两个所述厚度标杆之间的距离为500mm，所述厚度标杆呈梅花桩排列。

进一步地，所述硬泡聚氨酯分3～4层喷涂，第一层的厚度≤10mm，其余各单层厚度≤20mm。

进一步地，所述修整泡沫聚氨酯的时间为硬泡聚氨酯喷涂完成20min以后。

进一步地，单张所述耐碱玻纤网格布的长度≤6m。

本发明设置底涂层的作用：（1）保护基面；（2）改变基体表面化学特性,以适应高聚物，提高高聚物材料与基层结构的粘结性能；（3）充填基体表面孔隙和增强表面薄弱区；（4）减少流经表面水分产生的毛细压力；（5）使基面上少量减弱边界层作用的有机物溶解；（5）渗入基材内部，增加基材强度。

高聚物材料层为本发明的主要材料层：（1）柔性材料，能够吸收地震带来的能量；（2）闭孔结构，阻挡水分流动；（3）导热系数低，增加热阻抗，降低热传递效率，实现保温功能。

聚合物砂浆：（1）抗腐蚀能力强；（2）用以提高高聚物材料的耐火等级；（3）与高聚物材料层和隧道二衬粘结，使各层与隧道结构融为一体。

底涂层-高聚物材料层-聚合物砂浆复合结构：（1）三者结合可以有效提高高聚物层与隧道初衬层的粘结效果以及本身的耐火等级；（2）保证了高聚物材料做为结构层起到耗能承载隔热保温防水的性能。

本发明带来的有益效果为：

本发明在山岭隧道初衬与隧道二衬之间添加高聚物材料层，优化改善了隧道原有结构体系，通过高聚物喷涂层兼顾隔震防水保温隔热的作用，解决了高寒（高地温）高烈度富水区隧道所面临的渗漏水病害、冻热害、结构震害等实际问题。高聚物材料属于非水反应类双组份发泡聚氨酯材料，具有较高的防渗等级，并且该材料属于低密度泡孔结构材料，具有良好的耗能减震机制、该材料的导热系数很低且具有良好的保温隔热性能、同时该材料具有良好的耐化学腐蚀性能。

本发明方法实用性强、施工操作方便及施工工期短。相较各种保温板材安装施工、防水卷材铺设施工，本发明采取的高聚物材料为喷涂反应形成的柔性材料，工艺简单，施工快捷，高聚物材料反应快，材料反应后15分钟即形成90%左右的强度，不需养护，节约70%以上的工期。造价更低，高聚物膨胀系数大，双组份发泡聚氨酯一般是具有较快的反应速度和较大的膨胀率，它能在6～10秒内体积膨胀20～30倍，可以节省材料降低成本。

综上，本发明施工方法具有工艺简单、施工快捷、造价低、隔震防水保温效果好、对隧道无扰动等特点，提高高寒（高地温）高烈度富水区隧道结构的安全性、耐久性、稳定性，显示出巨大的经济、社会效益和广阔的发展应用前景，对于推动我国施工及运营期隧道隔震防水保温防护和处治技术水平进步具有重要意义。

附图说明

图1为实施例1中隧道隔震防水保温结构的剖视图；

图2为图1中A处的局部放大图；

图3为图1中B处的局部放大图；

图4为实施例3中渗水压力随密度的变化关系图；

图5为实施例4中隧道位置；

图6为实施例4中试验模型箱中隧道位置；

图7为实施例4中隧道管节张开量图与不同监测点最大拉应变图；

图8为实施例5中喷涂前隧道的温度分布图；

图9为实施例5中喷涂后隧道的温度分布图。

附图1～3中标记：1为隧道初衬，2为底涂层，3为高聚物材料层，4为聚合物砂浆层，5为隧道二衬。

具体实施方式

以下将结合具体实施例和附图对本发明进行详细的解释。

实施例1

一种山岭隧道隔震防水保温高聚物的施工方法，步骤如下：

基层找平：检查隧道基层，隧道基层墙体应干燥、光滑、坚实，表面应清洁，无油污、蜡、脱模剂等妨碍粘贴的附着物，凸起、空鼓和疏松部位应剔除并找平；找平层应与墙体粘结牢固，不得有脱层、空鼓、有害裂缝等现象；

涂刷底涂：使用毛刷、滚筒等工具在隧道衬砌（即隧道初衬）墙面均匀涂刷聚氨酯封闭底涂，涂刷应均匀且无透底现象，形成底涂层；

喷涂高聚物：该双组份发泡聚氨酯喷涂材料是由多元醇和异氰酸酯反应产生的聚合物，本实施例中的多元醇为二异丙醇胺改性酚醛树脂多元醇与松香聚酯多元醇1:1的混合物，再加上发泡剂和表面活性剂，所述异氰酸酯具体为多亚甲基多苯基多异氰酸酯。不需要水作为催化剂，当多元醇与异氰酸酯接触后，即发生化学反应，通过喷枪头进行喷涂施作于隧道初衬表面。在隧道衬砌表面上，用探针或按500mm的间距、每平方米梅花状分布插若干支厚度标杆检测喷涂厚度（或梅花状分布粘贴等高垫块做厚度标筋）。以控制喷涂硬泡聚氨酯的厚度。按设计厚度将硬泡聚氨酯均匀的喷涂到隧道衬砌墙面上，施工喷涂可多遍完成，第一层喷涂的厚度为5mm，其他各层均18mm，且每两次喷涂之间的间隔时间为20min，形成高聚物材料层。

修整高聚物层：高聚物材料喷涂20min后用裁纸刀、手锯等工具开始清理、修理遮挡以及厚度突出的地方。

涂抹聚合物砂浆：选择适当的工具（滚筒，刷子或刮板等），依照相应工法：按打底层→下层→上层的次序逐层完成。底层涂抹后将耐碱玻纤网格布横向铺贴并压入砂浆中（单张网长度不超过6m），聚合物砂浆应充分包裹网布，要求平整压实、无皱褶，待首遍聚合物砂浆稍干硬至可以触碰时再抹后续两层形成聚合物砂浆层。

最终形成的隔震防水保温的结构如图1～3所示，从图中可以看出，本施工方法在隧道初衬1和隧道二衬5之间依次涂刷形成底涂层2、高聚物材料层3和聚合物砂浆层4。

实施例2

一种山岭隧道隔震防水保温高聚物的施工方法，步骤如下：

基层找平：检查隧道基层，隧道基层墙体应干燥、光滑、坚实，表面应清洁，无油污、蜡、脱模剂等妨碍粘贴的附着物，凸起、空鼓和疏松部位应剔除并找平；找平层应与墙体粘结牢固，不得有脱层、空鼓、有害裂缝等现象；

涂刷底涂：使用毛刷、滚筒等工具在隧道衬砌墙面均匀涂刷聚氨酯封闭底涂，涂刷应均匀且无透底现象；

喷涂高聚物：该双组份发泡聚氨酯喷涂材料是由多元醇和异氰酸酯反应产生的聚合物，本实施例中的多元醇为二异丙醇胺改性酚醛树脂多元醇与松香聚酯多元醇3:2的混合物，再加上发泡剂和表面活性剂，所述异氰酸酯具体为多亚甲基多苯基多异氰酸酯。不需要水作为催化剂，当多元醇与异氰酸酯接触后，即发生化学反应，通过喷枪头进行喷涂施作于隧道初衬表面。在隧道衬砌表面上，用探针或按500mm的间距、每平方米梅花状分布插若干支厚度标杆检测喷涂厚度（或梅花状分布粘贴等高垫块做厚度标筋）。以控制喷涂硬泡聚氨酯的厚度。按设计厚度将硬泡聚氨酯均匀的喷涂到隧道衬砌墙面上，施工喷涂可多遍完成，第一层喷涂的厚度为8mm，其他各层均为15mm，且每两次喷涂之间的间隔时间为20min；

修整高聚物层：高聚物材料喷涂20min后用裁纸刀、手锯等工具开始清理、修理遮挡以及厚度突出的地方。

涂抹聚合物砂浆：选择适当的工具（滚筒，刷子或刮板等），依照相应工法：按打底层→下层→上层的次序逐层完成。底层涂抹后将耐碱玻纤网格布横向铺贴并压入砂浆中（单张网长度不超过6m），聚合物砂浆应充分包裹网布，要求平整压实、无皱褶。待首遍聚合物砂浆稍干硬至可以触碰时再抹后续两层。

实施例3

本实施例对试样成型模具的底部进行涂刷实施例1所述高聚物材料，以测试其防水性。涂刷完成进行防水试验，从试样底部施加压力，从0.1Mpa开始，每隔3h增加0.1Mpa，并观察试件顶部有无渗水现象，直至试件被压力穿透时停止试验，记录此刻的压力。重复多组试验，改变其中高聚物材料的密度，其渗水压力随密度的变化关系如图4所示，从图中可以看出，防水性随高聚物材料的密度增大而提高，当高聚物材料密度达到0.6g/cm³时，其起始渗水压力达到1Mpa，抗渗等级为10级。

实施例4

汕头某隧道工程地质环境复杂，穿越高烈度地震区，工程设计为超强烈度抗震要求，结合隧道工程实际抗震需求，我们开展了抗震效果室内振动台试验研究，其施工方法大致同实施例4，主要包括底涂层、高聚物材料层和聚合物砂浆层。如图5和图6所示所示，图5为隧道涉及的位置，图6为试验模型箱中隧道位置，验证了底涂层-高聚物材料层-聚合物砂浆层复合结构优良的减震效果，最终隧道复合结构包裹前后抗震效果对比分析如图7所示。

从图7中可以看出，无论从隧道管节张量还是隧道的应变变形方面，涂刷复合结构后均减小很多，对隧道结构的位移和变形起到了很好的抑制作用，提高了隧道的稳定性和安全性，验证了复合结构的隔震效果。

实施例5

新疆某山岭隧道，该隧道处于高海拔寒冷地区，存在冻害潜在隐患，进而造成隧道渗漏水以及衬砌冻胀开裂等问题。因此隧道冻害的防治对于隧道工程具有重要的现实意义，本实施例的施工方法同实施例2，对此进行数值模拟分析，对比喷涂保温层前后隧道温度变化，如图8和图9所示，所述图8为喷涂前隧道温度分布图，图9为喷涂后隧道的温度分布图。

从图8和图9中可以看出，在喷涂保温层前隧道负温区面积大，在喷涂保温层后隧道负温区面具明显减小，这说明喷涂高聚物保温层能够显著缓解隧道的冻害问题，从而提高了隧道结构的安全和可靠性。

以上所述，仅为本发明人较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种山岭隧道隔震防水保温高聚物的施工方法，其特征在于，包括以下步骤：

A．基层找平：检查隧道基层，找平附着物或障碍物；

B．涂刷底涂：在隧道衬砌墙面均匀涂刷聚氨酯封闭底涂且无透底现象；

C．喷涂高聚物：将硬泡聚氨酯均匀喷涂到底涂面上；

D．修整泡沫聚氨酯上遮挡及厚度突出的地方；

E．涂抹聚合物砂浆：按打底层、下层、上层的次序逐层涂抹在高聚物表面，打底层涂抹后将耐碱玻纤网格布横向铺贴并压入砂浆中。

2.根据权利要求1所述的一种山岭隧道隔震防水保温高聚物的施工方法，其特征在于，所述底涂的厚度为4～5mm。

3.根据权利要求1所述的一种山岭隧道隔震防水保温高聚物的施工方法，其特征在于，所述喷涂高聚物前在底涂表面上放置厚度标杆。

4.根据权利要求3所述的一种山岭隧道隔震防水保温高聚物的施工方法，其特征在于，每两个所述厚度标杆之间的距离为500mm，所述厚度标杆呈梅花桩排列。

5.根据权利要求1所述的一种山岭隧道隔震防水保温高聚物的施工方法，其特征在于，所述硬泡聚氨酯分3～4层喷涂，第一层的厚度≤10mm，其余各单层厚度≤20mm。

6.根据权利要求1所述的一种山岭隧道隔震防水保温高聚物的施工方法，其特征在于，所述修整泡沫聚氨酯的时间为硬泡聚氨酯喷涂完成20min以后。

7.根据权利要求1所述的一种山岭隧道隔震防水保温高聚物的施工方法，其特征在于，单张所述耐碱玻纤网格布的长度≤6m。

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