CN1280524C - 隧道防水方法和隧道防水结构 - Google Patents
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Abstract
一种隧道防水方法，其特征在于，将第一混凝土涂层喷涂到隧道洞穴表面，在正常温度下可硫化型的橡胶乳液被喷涂到所述第一喷涂水泥混凝土层表面上，形成正常温度下可硫化型橡胶膜，并且将第二混凝土涂层涂覆到该橡胶膜表面。所述隧道洞穴表面还可内衬有第一喷涂水泥混凝土层并且可将一缓冲导水层设置到所述第一喷涂水泥混凝土层表面上。
Description
发明领域
本发明涉及用于隧道防水的构造和方法，更具体而言，涉及在隧道防水表面上的硫化型橡胶薄膜的构造和使用。
发明背景
本发明中，浆料、灰泥和混凝土用作表示水泥混凝土的通用术语。
目前在日本主要的隧道构造方法是新奥地利式挖隧道方法(NATM方法)。在NATM方法中，通过在隧道挖掘之后直接喷涂灰泥或混凝土的方式涂覆第一涂层以防止在挖洞区域内岩石落下和漏水。之后，涂覆混凝土的第二涂层以便于通过保持隧道强度来稳定隧道。此时，设置防水薄片用于防水和用作在第一混凝土涂层和第二混凝土涂层之间的隔层，从而可防止水漏入隧道内，并且可防止由于第二混凝土涂层粘附在土墩上引起的裂纹，该裂纹可能迁移。最近，可通过隧道钻孔机进行隧道挖掘(TBM方法)，并且设置防水薄片用于同样的防水目的。
这种防水薄片的设置包括人工在第一混凝土涂层表面上的设置。特别是，存在这样的问题，即这是要在隧道洞顶处的架子上进行的操作，因此这是危险的，并且在设置操作中对移动有限制。此外，还存在的问题是涂覆表面是不平坦的洞穴表面，使第一涂层之后的涂覆难以完成。另外，由于薄片的宽度较窄(如1-2米)，必需迭加很多防水薄片。防水薄片的叠置要求更大劳动强度，并且往往是不经济的。
还存在这样的问题，即由于不良焊接部分对薄片的损坏，在防水薄片和第二混凝土涂层之间引起渗水。还有，隧道挖洞表面的不规则性经常破坏薄片的防水能力。
为了解决这些问题，日本专利申请(提前公开)No.61-19683(1986)和日本专利申请(提前公开)No.3-137182(1991)中已公开了这些方法，即通过喷涂聚合单体的水溶液进行防水和形成防水薄膜的方法。
但是，还存在这些问题，即潮湿表面引起粘附不良，并且由于在喷涂后下滴，该薄膜变得不均匀。还有，喷涂是雾状的，这破坏了工作环境，并且价格高，使得涂覆不经济。
本发明人对上述问题进行了多种研究。结果是，他们发现了一种新颖的隧道防水方法，其中通过喷吹在环境温度下硫化的橡胶乳液来涂覆该硫化橡胶乳液，并形成没有接缝的薄膜。这种薄膜具有优良的物理性能和防水能力，并且由于该方法避免了在喷涂过程中下滴和起雾，该方法非常经济。与尿烷基组分比较，它具有较少的有机挥发性组分；它没有令人不愉快的气味；并且它具有极好的可工作性和隧道内部的防水性能。在第二水泥混凝土涂层中裂纹不会发展。
发明内容
本发明特别提供了一种隧道防水方法，其中将第一喷涂水泥混凝土喷涂到隧道洞穴表面，在环境温度下进行硫化的橡胶乳液被喷涂到该第一喷涂水泥混凝土涂层上，由此在其上形成一橡胶薄膜，并且将第二水泥混凝土涂层涂覆到该橡胶薄膜表面上。
更特别地是，该隧道洞穴表面通过第一喷涂水泥混凝土涂层被制成“无搭接的”(换句话说，使挖掘的不规则洞穴表面平坦)，从而在环境温度下可硫化的乳液可被喷涂到第一喷涂水泥混凝土涂层上，并且之后可在其上形成一第二水泥涂层。
在另一个示例性实施例中，将一缓冲导水层设置到第一喷涂水泥混凝土涂层上，并且之后在环境温度下可硫化的乳液被涂覆于其上，以形成一橡胶薄膜，随后在此基础上在该橡胶薄膜上形成第二水泥混凝土涂层。
本发明具体实施例详述
下面更详细地说明本发明的示例性实施例。
本发明是一种隧道防水方法，其中优选通过将第一喷涂水泥混凝土喷涂到挖掘的隧道表面，之后喷涂在环境温度下可硫化型橡胶乳液，并且在环境温度下进行硫化反应，从而形成一种无接缝并具有良好物理性能的薄膜。从便于得到第一喷涂水泥混凝土层和取得良好的可使用性的观点出发，在环境温度下可硫化型橡胶乳液应该包括包含橡胶乳液(后面称作A剂)和油增量(oil-extended)的油(后面称作B剂)的物质，该油中分散有硫化剂。A剂和B剂在喷油嘴(喷涂A剂和B剂用的)处被混合的同时被喷出。
在A剂中使用的橡胶乳液可以是合成橡胶，如苯乙烯丁二烯橡胶、氯丁二烯橡胶、或异戊二烯橡胶，以及天然橡胶。此外，可使用这些橡胶的混合物。在这些物质当中，从硫化的物理特性和经济因素的观点出发，希望使用苯乙烯丁二烯橡胶，从提高阻碍燃烧的性能的观点出发，希望使用氯丁二烯橡胶。
从得到良好的薄膜的观点出发，在A剂和B剂被混合后总的固体组分为100份的情况下，橡胶乳液的固体组分应该在15-40质量份，并优选在20-30质量份。
从橡胶乳液的稳定性的观点出发，可以使用例如KOH(氢氧化钾)或NaOH(氢氧化钠)的强碱作为pH调节剂，在每100质量份橡胶固体组分中，强碱的量通常为1.5质量份，最大为2.5质量份。
从便于调整橡胶硫化后的物理性能的观点出发，希望将其中混合有芬芳油和石蜡油的油作为用作B剂的油增量的油。当石蜡油与A剂混合时，为了调节粘性，每100质量份橡胶固体组分中，石蜡油的比例通常为小于50质量份。为了提高阻碍燃烧的性能还可使用氯化石蜡。在B剂中也可使用沥青。在每100质量份橡胶固体组分中，沥青的比例通常为小于30质量份。
在B剂中使用的油增量的油中所分散的硫化剂可以是硫磺硫化剂，最好带有硫磺。在每100质量份橡胶固体组分中，硫化剂的量应该为0.5-20质量份。
可结合B剂使用硫化加速剂。硫化加速剂的例子可包括异丙基黄原酸锌、含锌二硫代氨基甲酸二丁酯-二丁胺混合物和氧化锌。当使用异丙基黄原酸锌时，在每100质量份橡胶固体组分中，所使用的硫化加速剂的量应该为0.1-5.0质量份；当使用含锌二硫代氨基甲酸二丁酯-二丁胺混合物时，在每100质量份橡胶固体组分中，所使用的硫化加速剂的量应该为0.1-5.0质量份；当使用氧化锌时，在每100质量份橡胶固体组分中，所使用的硫化加速剂的量应该为0.5-20.0质量份。
此外，在每100质量份橡胶固体组分中，可在B剂中使用如煅制氧化硅、聚合物纤维和粉末状橡胶的添加剂，其量为0.5-25质量份。
另外，在B剂中也可使用各种类型的无机物质(如氧化钙、波特兰水泥、高氧化铝水泥和硫酸钙的金属氧化物)和各种类型的着色剂。
隧道防水方法可以是一种以TBM方法的NATM方法为基础的构造方法，其中在挖掘的隧道表面上喷涂第一喷涂水泥混凝土层之后，在环境温度下可进行硫化的橡胶乳液可被喷涂到挖掘的隧道表面上，或者在将一缓冲导水层(即排水层)建立于第一喷涂水泥混凝土层上之后，在环境温度下进行硫化和硬化。
此外，从进一步增加绝缘效果并且使得在第一喷涂水泥混凝土层结构中难以产生裂纹的观点出发，通过在隧道洞穴表面喷涂第一喷涂水泥混凝土层(从经济观点来说，希望通过在通常喷涂一层快干喷涂水泥混凝土层之后再喷涂普通的第一喷涂水泥混凝土层以实施“无搭接”调整)，或者通过在隧道洞穴表面喷涂第一喷涂水泥混凝土层之后将一缓冲导水层应用到第一喷涂水泥混凝土层表面上，之后再喷涂在环境温度下可进行硫化的橡胶乳液，来光滑洞穴的不规则表面(即通过“无搭接”调整)。另外，当这些精心设计的方法被结合使用时可得到更好的效果。
建立缓冲导水层(排水层)具有特别的优点，即在形成在环境温度下可硫化的乳液时，甚至在第一喷涂水泥混凝土层存在漏水时可形成薄膜。
缓冲导水层的例子包括通过喷涂例如湿润浆料的纤维物质形成的层和其中添加有例如长聚酯纤维和聚丙烯的非织造织物或者添加有不规则形状的薄片的层。
虽然在将非织造织物或者不规则形状的薄片添加到第一喷涂水泥混凝土层表面上的方法中没有特别的限制，但是可使用粘附剂和铆钉。
在本发明的防水方法中使用的喷涂机是这样的类型，从而使调整好比例的A剂和B剂在压力下通过单个泵被导入，并且在喷嘴部件处或在喷嘴之前被混合，之后在通常大气压下喷涂该混合物。但是，也可使用无气喷涂机，或者喷气涂覆机。
通过喷涂或涂覆在环境温度下硬化的橡胶乳液以达到约1-3mm的厚度(该乳液也可被喷涂得更厚些)，在常温下就形成了一种无接缝并具有良好物理性能的薄膜。
以这种方式形成该薄膜后，完成第二喷涂水泥混凝土层的涂覆和构造。
可通过下面的例子说明本发明。
例1
制造一U形模拟隧道，其具有4m的开口，3.5m的高度和3m的长度。假定在模拟隧道中隧道土墩表面是不规则的，并且以合适的间隔设置15个宽度为15cm、高度为20cm、长度为20cm的混凝土块，以形成不规则表面。
喷涂速干灰泥作为第一喷涂灰泥并且进行不规则表面的“无搭接”调整(即，光滑所喷涂的不规则表面)。
紧跟着喷涂之后，在喷嘴部件处混合A剂和B剂后用喷气喷涂机在灰泥表面上涂覆在环境温度下可进行硫化的双剂橡胶乳液(可从美国Grace Construction Products买到，牌号为PROCOR 75)达到2mm厚，该双剂橡胶乳液包括A剂和B剂，其中A剂的主要组分为苯乙烯丁二烯橡胶，B剂包括氧化钙、硫磺、芬芳油、石蜡油、氧化锌、粘土和碳酸钙。在喷涂一天后，涂覆30cm厚的第二混凝土涂层。
结果是，可以发现以下几点。
1.使用喷涂操作具有良好的薄膜涂覆能力，并且可以由两个操作者以100m2/小时以上的量来涂覆薄膜。
2.在喷涂中不产生雾，不会从顶表面滴水，没有令人不愉快的气味，并且可进行均匀厚度的喷涂。
3.可得到没有裂纹或针孔的均匀的良好的薄膜。此外，紧跟着在涂覆后和硬化后观察不到薄膜厚度的区别。
4.在将第二涂覆水泥混凝土层从模具框架上移走后，并且在三个月之后，通过视觉观察裂纹的产生来做检查。结果，没有发现裂纹。
5.下面示出通过喷涂应用形成的薄膜的特性。得到良好的在环境温度下可硫化型的橡胶薄膜。薄膜强度：0.82N/mm2(环境温度)；1.1N/mm2(-30℃)。延伸性：700％(环境温度)；大于800％(-30℃)。在100％延伸后的恢复性：95％。扯裂强度：4.55N/mm2。抗静态水压能力：30m。
下面是各种物理特性的试验方法。
根据ASTM D 412-92进行薄膜强度、延伸性和恢复性的试验。
根据ASTM D 642-86进行扯裂强度的试验。
根据ASTM D 5385-93进行抗静态水压能力的试验(在将在环境温度下可硫化型的橡胶乳液喷涂到混凝土表面的情况下确定)。
例2
制造一U型模拟隧道，其具有4m的开口，3.5m的高度和3m的长度。假定在模拟隧道中隧道土墩表面是不规则的，并且以合适的间隔设置15个宽度为15cm、高度为20cm、长度为20cm的混凝土块，以形成不规则表面。
喷涂速干灰泥作为第一喷涂灰泥层并且进行不规则表面的“无搭接”调整(即，光滑所喷涂的不规则表面)。
紧跟着喷涂之后，将由聚酯纤维制成的非织造织物用铆钉固定到第一喷涂灰泥层表面上。
在喷嘴部件处混合A剂和B剂后用喷气喷涂机在灰泥表面上涂覆在环境温度下可进行硫化的双剂橡胶乳液(美国GraceConstruction Products制造，牌号为PROCOR 75)达到2mm厚，从而形成一薄膜。在喷涂一天后，涂覆30cm厚的第二混凝土涂层。
结果是，可以发现以下几点。
1.使用喷涂操作具有良好的薄膜涂覆能力，并且可以由两个操作者以100m2/小时以上的量来涂覆薄膜。
2.不会从顶表面滴水，没有令人不愉快的气味，并且可进行均匀厚度的喷涂。
3.可得到没有裂纹或针孔的均匀的良好的薄膜。此外，紧跟着在涂覆后和硬化后观察不到薄膜厚度的区别。
4.在将第二涂覆水泥混凝土层从模具框架上移走后，并且在三个月之后，通过视觉观察裂纹的产生来做检查。结果，没有发现裂纹。
例3
制造一U型模拟隧道，其具有4m的开口，3.5m的高度和3m的长度。假定在模拟隧道中隧道土墩表面是不规则的，并且以合适的间隔设置15个宽度为15cm、高度为20cm、长度为20cm的混凝土块，以形成不规则表面。
喷涂速干灰泥作为第一喷涂灰泥层并且进行不规则表面的“无搭接”调整。紧跟着喷涂之后，在喷嘴部件处混合A剂和B剂后用喷气喷涂机在灰泥表面上涂覆环境温度型的双剂橡胶乳液(美国GraceConstruction Products制造，牌号为PROCOR 75)达到2mm厚，从而形成一薄膜。在喷涂一天后，涂覆30cm厚的第二混凝土涂层。
结果是，可以发现以下几点。
1.使用喷涂操作具有良好的薄膜涂覆能力，并且可以由两个操作者以100m2/小时以上的量来涂覆薄膜。
2.在将第二涂覆水泥混凝土层从模具框架上移走后，并且在三个月之后，通过视觉观察裂纹的产生来做检查。结果，发现在第二涂覆水泥混凝土层表面产生一条裂纹。但是，移走该区域内的芯层并检查，在该薄膜中没有异常，并且没有发现漏水。
比较例1
进行例3中同样的程序，所不同的是，用包含水态丙烯酸脂和异丁烯酸酯溶液和氧化还原催化剂系统的混合物来代替环境温度型的双剂橡胶乳液(美国Grace Construction Products制造，牌号为PROCOR 75)。
结果是，可以发现以下几点。
1.由于喷涂产生明显的起雾，工作环境很差。此外，在喷涂表面产生垂冰状下滴，并且可操作性能不好。
2.在将第二涂覆水泥混凝土层从模具框架上移走后，并且在三个月之后，通过视觉观察裂纹的产生来做检查。结果，发现在第二涂覆水泥混凝土层表面产生两条裂纹。
通过使用本发明的在环境温度下硫化型的乳液的隧道防水方法可得到下面的结果(和能力)。
1.环境温度硫化型的乳液没有毒。因为在乳液中的水组分没有分离，不会产生水渗透到工作环境中。在环境温度下硫化型的乳液不会引起在喷涂中会产生的起雾。由于这些原因，大大地改善了可使用性，提高了在操作中的安全性，并且可保护环境。
2.通过在环境温度下进行硫化作用，可形成具有良好物理特性的和不会产生接缝的薄膜。
3.可以以稳定的形式涂覆具有优异防水特性的薄膜。
4.由于没有使用有机溶剂，在操作过程中很少发生起火或中毒的事情，并且即使在起火中也不会产生有毒气体。
5.本发明的隧道防水方法展示了良好的涂覆特性，并且可由较少数量的工人进行大面积的广泛的涂覆。因此，可降低总体成本。
6.由于以下因素可进一步减少第二涂覆水泥混凝土层的裂纹：(1)将第一水泥混凝土层喷涂表面进行“无搭接”调整，(2)建立水隔离材料传导层，(3)进行(1)和(2)两种处理。
Claims (17)
1.一种隧道防水方法，包括：将第一喷涂水泥混凝土层喷涂到隧道洞穴表面；形成设置在所述第一喷涂水泥混凝土层表面上的一层，形成该层的方法包括喷涂A剂和B剂，该A剂和B剂在一起从喷油嘴处被喷出时是混合的，所述A剂包含在周围温度下进行硫化以形成一橡胶薄膜的橡胶乳液，所述B剂包含其中分散有硫化剂的油，从而在喷涂期间所述橡胶乳液和硫化剂被混合，所述橡胶乳液形成在第一喷涂水泥混凝土层表面上的一层橡胶薄膜层；并且将第二水泥混凝土层涂覆到所述橡胶薄膜上。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述隧道洞穴表面内衬有所述第一喷涂水泥混凝土层。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，在将所述第一喷涂水泥混凝土层喷涂到隧道洞穴表面之后，将一排水层设置到所述第一喷涂水泥混凝土层表面上，之后将橡胶乳液涂覆于排水层上，以形成一橡胶薄膜，随后将第二水泥混凝土层涂覆在该橡胶薄膜表面上。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述橡胶乳液包含选自由苯乙烯丁二烯橡胶、氯丁二烯橡胶和异戊二烯橡胶组成的组中的合成橡胶。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述橡胶乳液是天然橡胶。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述A剂和B剂被混合后，在总的固体组分为100质量份的情况下，所述橡胶乳液的固体组分为不小于15质量份和不大于40质量份。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，在所述橡胶乳液中每100质量份固体组分中，所述橡胶乳液的碱组分的量不小于1.5质量份，不大于2.5质量份。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述B剂包括芬芳油和石蜡油。
9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述硫化剂是硫磺。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，在所述B剂中每100质量份橡胶固体组分中，所使用的所述硫磺硫化剂的量为不小于0.5质量份和不大于20质量份。
11.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述B剂还包含硫化加速剂。
12.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述B剂还包含选自由煅制氧化硅、聚合物纤维和粉末状橡胶组成的组的添加剂。
13.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述B剂还包含选自由金属氧化物、波特兰水泥、高氧化铝水泥和硫酸钙和着色剂组成的组的无机物质。
14.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述排水层包含非织造织物或无规则形状的薄片。
15.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述排水层通过喷涂选自由浆料和纤维组成的组的纤维物质而形成。
16.一种隧道防水结构，其包括：喷涂到隧道洞穴表面的第一喷涂水泥混凝土层；设置在所述第一喷涂水泥混凝土层表面上的一层，该层通过喷涂A剂和B剂而形成，该A剂和B剂在一起从喷油嘴处被喷出时是混合的，所述A剂包含在周围温度下进行硫化以形成一橡胶薄膜的橡胶乳液，所述B剂包含其中分散有硫化剂的油，从而在喷涂期间所述橡胶乳液和硫化剂被混合，所述橡胶乳液形成在第一喷涂水泥混凝土层表面上的一层橡胶薄膜层；以及涂覆到所述橡胶薄膜上的第二水泥混凝土层。
17.一种隧道防水方法，包括：
将第一喷涂水泥混凝土层喷涂到隧道洞穴表面；
在所述第一喷涂水泥混凝土层的表面上施加排水层，所述排水层包含非织造织物、无规则形状的薄片或其组合；
通过同时喷涂所述A剂和B剂从而在所述排水层的表面上形成一防水层，该A剂和B剂在一起从喷油嘴处被喷出时是混合的，所述A剂包含在周围温度下进行硫化以形成一橡胶薄膜的橡胶乳液，所述B剂包含其中分散有硫化剂的油，从而在喷涂期间所述橡胶乳液和硫化剂被混合，所述橡胶乳液形成在第一喷涂水泥混凝土层的表面上的一层橡胶薄膜层；并且
将第二水泥混凝土层涂覆到通过一起喷涂所述A剂和B剂而形成的所述橡胶薄膜上。
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