隧道结构防排水施工技术规范及质量验收标准

青岛胶州湾隧道工程隧道工程防排水系统、防排水结构及其施工质量控制

防排水施工技术规范和质量验收标准

中铁西南科学研究院有限公司 二零零七年四月二十五日

第一章 胶州湾隧道防排水系统原则

一．工程概况

青岛胶州湾隧道工程是连接青岛市主城与辅城的重要通道，南接薛家岛，北连团岛，下穿胶州湾湾口海域，隧道位置见图1-1-1。设双向六车道，为城市快速道路隧道，设计车速80km/h。

工程所处胶州湾，平均水深7m 左右，最大水深65m ，其中湾口最大水深40m 。据地质报告提供资料，海底大部分无覆盖层，地形起伏较大，基岩为中风化和微风化花岗岩与火山岩，而且中风化层很薄，岩石完整性好，Ⅱ、Ⅲ级围岩约占50%，Ⅳ级围岩约占43%，其余为Ⅴ级围岩。隧址处无大断裂构造，所发现断裂大部分为高角度、中新代脆性断裂构造，以压扭性为主，其宽度在数米至数十米不等。断层内以压碎岩、碎裂岩、糜棱岩为主。部分断裂具有张性，断层两侧有数米宽的影响带。在海域海底20m 以内岩体中地下水量较大，其下部分岩体富水性和渗透系数显著降低，地下水量减少。陆域部分相对地下水量较小。

本项目的隧道工程可划分为海域段和陆域段两个部分。其中海域段是本工程的重点和难点。海域段隧道主要穿过花岗岩、角砾熔岩、凝灰岩、正长斑岩、流纹斑岩等火山岩地层，其单轴饱和抗压强度系数在60Mpa 以上属坚硬岩，部分在30～60Mpa 属较坚硬岩，局部为20Mpa(破碎带) 属较软岩。从地质构造方面看，海域段穿越四组14条小断裂，断裂破碎带宽度系数为2～3m ，仅f 1-6断裂的破碎带宽度为近50m ，（该断裂为推测断裂）；其次是f 1-4断裂，其宽度为数十米，另外还有f 1-5宽度为2～10m ，这三条规模较大的断裂均位于浅海段，且隧道顶部岩层厚度较大，对隧道施工的危害有所减小。隧道轴线附近最大海水水深40m ，推荐方案隧道内路面距离水顶面最大深度h

海域段围岩渗透性差异较大，掌子面出水状况会有很大差别，大部地段为滴水～线状流水，中等渗透性地段将会出现涌流状出水或喷射状出水。海域透水性较好的地段具备发生突涌的水文地质条件（按中等渗透性估算出的单位长度最大涌水量可达100m /d.m左右）。

陆域隧道主要穿过花岗岩、安山玢岩和粗安玢岩，上部地震覆盖层为第四系人工杂填土和亚粘土，其厚度不等，约1～10m ，陆域隧道地段基岩受地质构造影响不大，北端仅有1条小断裂，南端有2条小断裂，陆域段掌子面一般渗水或滴水状出水，

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地下水对施工影响不大。总之陆域地段从地质角度来看较海域简单，条件较好。

胶州湾海底隧道有近4.0km 处在海水下，对衬砌结构的防排水提出了更高的要求，因此，加强衬砌结构的防排水系统研究非常重要。 二．胶州湾隧道的防排水原则

根据胶州湾隧道所处的工程环境和使用要求要求，设计结构防水等级为一级防水，即不允许渗水，结构表面无湿渍。为达到一级防水的目标，提出如下的防排水设计原则：

（1）隧道结构的防水设计应遵循“以防为主，限量排放，刚柔结合，多道防线，因地制宜，综合治理”的原则。

（2）根据超前地质预报系统分析前方地质破碎带，形成超前注浆—初期支护—防水层—二次衬砌防水混凝土的防水系统，多道防线，重点处理施工缝和沉降缝防水的薄弱部位。

（3）采用混凝土结构自防水体系，以结构自防水为根本，加强混凝土结构的抗裂防渗能力，改善混凝土结构的工作环境，进一步提高其耐久性。

（4）采用防水系统的可维护设计。对于防水板采用分仓防水设计，并附加注浆管，防止局部防水板破坏造成地下水在隧道内的贯通，便于后期检查可能出现渗漏点。对于施工缝、变形缝等防水薄弱的环节，采用可维护注浆槽、注浆管等系统。

（5）隧道排水采用可清洗维护排水系统，保证排水系统的可靠性及耐久性。衬砌背后用面状排水板，排除注浆后的地下水，采用纵向可清洗的排水盲管，并每隔一定间距设置检查井。

三．隧道地下水控制排放标准

挪威海底隧道的控制标准是30l/min/100m，日本青函隧道海底段大约为 45l/min/100m。由于青岛海底隧道的地质情况较好，因此建议可采用比挪威海底隧道更为严格的控制排放标准，如20l/min/100m。按20l/min/100m的标准计算出4km 的海底段隧道涌水量（单洞）约为：1152m 3/d，而海底段单洞隧道原始最大涌水量约6000~7000m 3/d，因此施工中对涌水量大的地段需要提前进行预注浆，控制地下水的排放量。

第2章 防水层施工技术规范及验收标准

隧道复合衬砌中的防水隔离层是隧道防排水技术的核心。防水层为不透水表面光滑的高分子防水卷材，它不仅起到防水作用，而且对初期喷混凝土及二次衬砌模注混凝土来说，还起到隔离与润滑作用，使初期支护喷混凝土对二次衬砌混凝土的约束应力减少，从而避免模注混凝土产生裂缝，提高了二衬混凝土的防水抗渗能力。防水层通常由两部分组成，缓冲层与防水板。缓冲层是直接安设在基层上，用以缓解过度粗糙的基层，并作为防止由于基层表面缺陷而引起静力穿刺的可靠和持久的保护层，同时也能提供一定的排水能力。缓冲层在隧道工程中一般采用针刺丙纶无纺布，不仅能起到保护作用，还具有排水作用。

一．防水层材料

国内用于隧道内复合式衬砌中的防水板多为各类塑料防水板，包括PVC(聚氯乙烯) 、ECB (乙烯、醋酸乙烯与沥青共聚物) 、EVA (乙烯、醋酸乙烯共聚物) 、LDPE(低密度聚乙烯) 及HDPE(高密度聚乙烯) 等。用于缓冲层的一般为PE 泡沫板或无纺布，

聚氯乙烯（PVC ）为极性高分子材料，拉伸强度高，伸长率好，热处理尺寸变化率低。可焊接性好，在卷材正常使用范围内焊缝牢固。在低温条件下（-20℃）保持柔软性，易焊接，其相互搭接处可用自动控温的焊枪或焊机热焊，这给施工带来了很大的方便。

乙烯－醋酸乙烯共聚物（EVA ）抗拉强度及抗撕裂强度较大，密度小，具有突出的柔软性，延伸率较大，易于施工。用作隧道复合式衬砌中间防水层是理想的材料，日本公路、铁路隧道复合式衬砌多用此做防水层。

低密度聚乙烯（LDPE ）抗拉强度大，延伸率大，比较柔软，易于施工。在目前常用的塑料防水板膜中价格最低，但燃烧速度比EVA 大，在阳光照射下易老化。如用于隧道复合式衬砌中间做防水层、与空气隔绝，不受紫外线照射，老化速度明显减慢。

高密度聚乙烯（HDPE ）的抗拉强度及延伸率都很大，价格也比较便宜，但其硬度较大，不易施工，易燃，且国内目前还未生产，需从国外进口。

聚乙烯—醋酸乙烯与沥青共聚物（ECB ），一般制成1～3 mm 厚的板材，在奥地利、瑞士、意大利及韩国等隧道及地下工程中均得到应用。其抗拉强度及延伸率大，抗穿刺能力较LDPE 和HDPE 膜大，在有振动和扭曲的环境中也能实现其防水目的，但其施工较困难，造价亦高，因此可以用做EVA 防水层与沥青基防水层过渡阶段。

根据国内外资料调研及工程实践经验，在选择防水层时要综合考虑以下因素： （1）在选择防水板前应对土体中水的化学成分进行分，以确定防水板是否具有抗腐蚀性。

（2）防水板对其所接触的建筑材料具有抗腐蚀性，这包括围岩或断层带注浆所用浆液材料及注浆锚杆所用的材料

（3）防水材料须有足够的承受施工过程中及完成后温度变化的力学稳定性能，在洞口段尤其要注意这个问题，因为洞口段夏天与冬天的温差较大。

（4）防水系统必须能够保证长期发挥作用，并且能确保正确安装。在应用止水带时，止水带的接茬处在纵向和横向要保证其连续密封性，即使在拱部也要保证。

（5）防水材料要与结构形状具有相适应性，例如在结构的转角、沟槽、边缘附近，并且在防水系统施工前表面并不平整，这另一方面也意味着结构要与防水系统相协调。

（6）为保证在施工阶段中发生的防水系统缺陷能够及时弥补，防水系统还要具有可修补性。

（7）防水系统必须是多层，对于单层的防水系统，必须要具有可检测性以保证其能正常发挥防水效果。

（8）防水系统安装施工时不应损害施工人员的健康方面。 （一）防水板的物理力学性能指标

德国高速铁路隧道防水板的物理力学指标要求见表1，《地下工程防水技术规范》（GB50108-2001）中要求的塑料防水板物理力学性能指标要求见表2，《客运专线隧道施工指南》中规定的塑料防水板物理力学性能指标要求见表3。

另外，根据

DS853的要求，所有的焊缝必须是可检测的，对防无压水的防水层，用肉眼检查信号层是否损坏。信号层最好是浅的颜色，而且是有别于防水板基本材料的鲜明的颜色。不得把它作为防水板的厚度来考虑，信号层应当显示防水板的刮痕、切痕、活化以及其他的机械损伤。一般布置在空气一侧，它们不得损害防水板的可焊性，不得降低焊缝的纯度和不得在安装防水系统期间溶化。

注：EV A —乙烯醋酸乙烯共聚物；ECB —乙烯共聚物沥青；PVC —聚氯乙烯；PE —聚乙烯

表3 《客运专线隧道施工指南》塑料防水板的主要物理性能

《铁路隧道防排水技术规范》规定的塑料防水板应符合下列规定： （1）幅宽宜为2~4m； （2）厚度宜为0.8~1.5m；

（3）耐刺穿性好；因二次衬砌需要采用钢筋混凝土结构，在绑扎钢筋时会对防水板造成损伤，故要求防水板有一定的耐刺穿性，以免板被刺破使其完整的防水性遭到破坏。当二次衬砌用素混凝土时，可不考虑这一指标要求。

（4）耐久性、耐水性、无毒性、耐腐蚀性、耐菌性好，这是因为于防水板需要长期在地下水中起到防水作用。

（5）抗拉强度不小于1MPa ；在浇筑二衬衬砌混凝土时，防水板会受到一定的拉力，故应有足够的抗拉强度。

（6）断裂延伸率不小于200%；初期支护为锚喷支护时，支护后围岩仍在变形，即使整个工程建成后，由于使用或地质等方面的原因工程结构也存在着变形问题，故防水板应有较高的延伸率值。

（7）水压0.2MPa ，维持24h 不渗漏。抗渗性是防水板必备的一种性能，但目前的试

验方法不能反映防水板处于地下长期作用这一条件，而要制定一套符合地下工程使用环境的试验方法也不是短期能够解决的问题，故只好沿用现在工程界公认的试验方法所测得的数据。

公路隧道设计规范（JTG D70-2004）规定：防水板应采用易于焊接的防水卷材，厚度不小于1.0mm ，接缝搭接长度不小于100mm 。

为实现青岛胶州湾海底隧道一级防水的目标，综合分析以上资料，对选用防水板材料的物理力学指标性能建议如下：

（1）防水板表层应具有浅颜色信号层（或称为预警层），且信号层与通过设置信号层，防水板铺设后若有刺穿、划破、烧焦等损伤，马上就可发现可修补。信号层不得作为防水板的厚度来考虑，且不得损害防水板的可焊性，不得降低焊缝的纯度和不得在安装防水系统期间溶化。

（2）防水板需要满足一定的抗渗要求，由于胶州湾隧道海底段的水压较高，建议提高防水板的抗渗要求，取为0.5MPa ，72小时不渗水。

（3）对于防水板焊缝的抗拉强度，国外及台湾高速铁路隧道要求高于防水板母材强度，客运专线隧道规范中没有明确规定，虽然在国内相关文献中也提到过焊缝的抗拉强度不应低于母材强度的80%，但对于这个指标不是很重视。

（4）防水板抗拉强度、圆球顶破强度、纵向和横向延伸长率指标应满足《地下防水工程质量验收规范》要求。

（5）因为胶州湾隧道为海底隧道，因此防水板要求有良好的抗腐蚀性及耐菌性，这是保证防水板耐久性的重要指标。可通过热处理、酸、碱处理后，检测其断裂伸长率、延伸率变化，低温弯折性等指标。

（6）防水板的厚度建议不小于2mm ，考虑到防水板焊缝是容易渗漏的薄弱环节，因此建议防水板幅宽不小于2m ，尽量减少焊缝。

（7）考虑到传统防水板在破损发生渗漏时，由于其与二衬混凝土不粘结，容易发生纵向窜水现象，建议采用可分区防水的防水板。每循环混凝土浇筑段做为一个防水分区，用与防水板同材质的止水带作为纵向分隔，并在每个分区内安装注浆嘴，在分区内发生渗漏时，可通过注浆将渗漏水限制在单独的分区内。

（8）在隧道纵向上按照水文地质、工程地质条件、技术经济条件等划分为多个防水分区，在地下水发育段实施隔离措施，隔断隧道纵向上窜水。 （二）缓冲层无纺布的物理力学指标

隧道初期支护表面在铺设防水板之前，先铺设一层无纺布，可以起到保护防水板，同时具有排水的功能。《地下防水工程质量验收规范》规定，缓冲排水层选用的土工布应符合下列要求：

（1）具有一定的厚度，其单位面积质量不宜小于280g/m2； （2）具有良好的导水性；

（3）具有适应初期支护由于荷载或温度变化引起变形的能力；

（4）具有良好的化学稳定性和耐久性，能抵抗地下水或混凝土，砂浆析出水的侵蚀。 公路隧道设计规范规定无纺布的密度不小于300g/m。表5是无纺布的性能指标。

表5 无纺布主要物理力学性能指标

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欧洲国家一般采用分离式防水层，即防水板与缓冲层无纺布分开铺设，对无纺布的重量要求比较高，一般都超过500g/m2，有些地段甚至超过1000g/m2。如法国隧道《CCTG 一般技术规范》规定，缓冲层采用隧道采用600g/mm合成纤维土工布，奥地利也规定用600 g/m2的土工布。我国目前公路隧道多采用复合式防水板，即由工厂生产的将缓冲层（土工织物）和防水板粘结在一起复合防水材料，土工织物一般采用200~300g/m2，这种防水板多采用吊挂法进行铺设。

为了能更好的保护防水板，及增大隧道衬砌背后的排水能力，使隧道背后的水压力不尽可能不会累积上升，建议防水板与无纺布分离式铺设，且无纺布的密度不小于500g/m，厚度不小于3mm 。

二．防水层施工技术规范及质量验收标准

（一）防水层铺设基层的技术规范要求及质量验收标准

（1）基层平整度要求：要求基层尽量平整、坚实、圆顺，并根据工程实践的经验提

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出平整的定量指标，以便于铺设防水板。目前对于喷射混凝土基层的平整度要求为D/L≤1/6，拱顶D/L≤1/8，其中D 为喷射混凝土相邻两凸点间的凹深，L 为喷射混凝土相邻两凸点间的距离。如图1所示。基层表面上不得有伸出的钢筋头、锚杆、铁丝、围岩等坚硬物体，防止铺设时将防水板刺破。

图1 基层平整度要求

检查方法：目测观察，尺量

检查数量：沿隧道长度每10米检查10处，检查方法为尺量。

（2）基层渗漏水要求：防水层施工时基层表面不得有明水，如有明水应采取封堵或引排措施，如图2所示。 检查方法：目测观察。 检查数量：每延米隧道。

图2 基层明水的引排

（3）喷射混凝土强度要达到设计强度

检查方法：检查喷射混凝土龄期是否达到设计强度。 检查数量：每延米隧道。

（二）缓冲层的技术规范及质量验收标准

（1）材质质量要求：所用缓冲层无纺布材料技术性能指标必须符合设计要求及质量标准。

检查方法：观察检查及检查防水层及缓冲层材料出厂合格证及出厂检测报告单，并抽样进行送检。

（2）缓冲层铺设质量要求：

1）缓冲层铺设—固定点间距、排列符合设计要求，固定牢靠，缓冲层铺设搭接宽度应不小于5cm ；

检查方法及数量：观察检查和尺量检查，每延米隧道。

2）缓冲层铺设—铺设平整、舒展、顺畅，有一定的松弛度，不能绷的太紧。 检查方法及数量：观察检查，每延米隧道。

（三）防水板的技术规范及质量验收标准

（1）防水板材质质量要求：所用防水层材料技术性能指标必须符合设计要求及质量标准。

检查方法：

1）外观质量检查，应检验以下内容：折痕、杂质、胶块、凹痕、每卷卷材的接头；

2）检查防水层及缓冲层材料出厂合格证及出厂检测报告单；

3）抽样进行送检抽检数量应符合《现行建筑防水材料标准和现场抽样复验》的要求，即大于1000卷抽5卷，每500~400卷抽4卷，399~100卷抽3卷，100卷以下抽2卷，在进行规格尺寸和外观质量检验合格的卷材中，任取一卷作物理性能试验。每批材料都要进行抽检。

（2）防水板铺设的质量要求及检测方法

塑料防水板幅宽多为2~4米，现在有向幅宽增大的趋势，幅宽增大虽然能使防水板最为薄弱的环节—焊缝大为减少，但幅宽增大将使的防水板的铺设费时费力，并且需要专用的防水板铺设台架，这在施工中不易实现。因此，目前使用的防水板幅宽多为2米。防水板在纵向上搭接的焊缝是其能否成功实现防水功能最重要的因素。三元乙丙橡胶防水板在铁路隧道中曾经使用过，但现在很少使用，其原因是橡胶防水板搭接需要使用胶粘剂进行粘结，而胶粘剂在地下长期使用很难确保其性能不变，易造成隧道渗漏水的隐患。规范中明确提出塑料防水板需用热合焊机进行双焊缝焊接，焊缝中间预留空腔进行焊缝密封性的充气检测。

1）防水板铺设外观质量要求及检测方法

防水板搭接宽度不应小于15cm ，允许偏差为-10mm 。

检查方法：观察和尺量。

检查数量：每延米隧道。

3）防水板焊缝的密封性检测质量要求及检查方法

① 防水板搭接应为热合双焊缝，单条焊缝的宽度不应小于15mm ，且焊缝需密实，无虚焊、漏焊等现象，焊缝表面应平整无波纹。

检查方法：目测观察，尺量检测焊缝的宽度。对于焊缝的密实性，可通过破坏法进行检查。在已铺好的防水布中约20 m 检查一个断面，截取焊缝2～3 处，每处0. 5 m ，沿焊缝剪开，检查焊缝是否密实，有无漏焊、烤焦及孔洞。

② 防水板焊缝应是密封的，可通过充气法进行检测，也可通过压缩空气枪进行检测。由于充气法检测操作简便，效果比较直观，因此多采用充气法进行检测。

充气法检测焊缝密封性的方法：将5号注射针与压力表相连接，用打气筒进行的

充气，当压力表达到0.25MPa 时停止充气，保持时间不小于15min ，压力下降在10%以内，说明焊缝合格，如压力下降过快，说明有未焊好处。用肥皂水涂在焊缝上，有气泡的地方重新补焊，直到不漏气为止。表6为德国隧道针对不同材料防水板提出的焊缝检查标准；表7为日本隧道针对不同防水板的厚度采用的充气法检测焊缝密封性检测标准。图4为焊缝中间检查沟充气前后对比，图5为现场检查接缝密封性的照片。

充气检测法可以在防水板正式施工前对试焊的防水板材料进行检验，以取得合理

的爬行焊机温度、走行速度等技术参数，并可对材料进行检验。现场检测时，可根据需要抽取完整的环向或纵向焊缝进行检测，充气检测的最大长度不超过40米。检测频率建议每循环二衬混凝土抽检一条完整焊缝，且在施工初期要加大抽检频率。

表6 德国不同材料防水板焊缝检查标准表

表7 日本防水板焊缝检查压缩空气压力标准表

检查沟（充气前）检查沟（充气后）

图4 防水板焊缝检查示意图

图5 现场充气法检测焊缝

压缩空气枪法检测焊缝的密封性：压缩空气经枪管以一定速率从喷嘴射出垂直冲

击防渗膜搭接焊缝的外沿, 同时喷嘴以一定速度沿焊接缝移动, 当喷嘴经过漏焊部位时, 高速气流会经未焊接缝隙钻入到防渗膜防渗层下面, 通过声音的变化或防渗膜的鼓起现象可以判断漏焊缝隙的位置。这种方法由于操作不便，效果不直观，因此很少应用。

检查数量：每一浇筑段环向检查1条焊缝，纵向检查2条焊缝。国外隧道检查数量为每条焊缝都进行焊缝充气检测，如图5所示。

图5 国外某隧道的焊缝充气检测

4）防水板破损处及手工焊缝处、结构转角处焊缝的检测方法

由于隧道开挖基面局部不平整，无法用自动爬焊机进行焊接，或者防水板在绑扎钢筋时发生破损，需要对手工焊缝及破损处进行修补，修补后应进行密封性检测。 检测方法：

负压检查：对于防水板手动焊接处，不规则焊缝（如T 型缝），和防水板由于钢

筋焊接等造成的破损处修补等，这些地方是防水板最容易发生渗漏的部位，且对其检测比较困难，在国内尚未见有有效的检测手段及质量验收标准。在欧洲，多采用钟形罩真空检测方法对这种部位进行密封性检测。钟形罩是树脂玻璃材质，直径为40~50cm ，见图8。检测时必须要根据焊缝形状、结构转角形状、防水板修补位置等，来选择适当形状的钟形罩（一般有1/8~5/8的球体形状可供选择），如图9所示。在需要检测的焊缝或修补处涂上检测液（一般为肥皂水），并将钟形罩放在检测部位，然后用抽气筒进行抽气，直到压力达到-0.05MPa ，观察检测液是否有气泡，如果有气泡，表明此处防水板焊缝密封性不合格，需要进行再次

修补直到检测合格；若保持负压超过10分钟，而检测液不起泡，表明此处焊缝密封性合格。钟形罩检测方法也可直观的观察防水材料的物理力学性能，如防水板在负压的作用下隆起，表明物理力学性能较佳。

图8 负压法钟形罩检测T 形焊缝

图9不同形状的钟形罩检测焊缝

目 测：沿焊缝外边缘观察是否有溶浆均匀溢出，否则须进行机械检测。 机械检测：用平口螺丝刀沿焊缝外边缘（没有溶浆均匀溢出的部位）稍用力，检

查是否有虚焊、漏焊部位。如果有漏点，做好标记并及时修补。

检测频率：原则上对所有破损修补处都进行检测；对于T 型焊缝或转角处，建议不少于总数量的1/2。

5）焊缝的抗拉强度检测方法及质量验收标准

质量指标：国外隧道规范对防水板焊缝的抗拉强度指标进行了明确规定：即焊缝的抗拉强度要求大于母材的强度，在做拉伸试验时要求在焊缝范围外断裂，我国对此并没有明确规定，只是在有关文献中提到要大于防水板强度的80%。

检测方法：

试验室检测：在施工现场, 把焊缝的采集样品制成哑铃形试件, 进行焊缝的剪切拉

伸试验, 根据破坏强度进行评定。一般要求接缝强度不低于母材强度的80%（也有的文献提到不小于母材强度的70%）。

撕裂检测：将试焊的样品切成1cm 左右的长条，然后进行撕裂测试，所有断裂应

发生在有效焊缝以外。

检测数量：建议每一浇筑段检查一组试样，检测取样完成后马上对检测取样处进行修补。

6）焊缝的抗剥离强度指标

抗剥离强度指标没有明确的规定，一般要求大于7kg/cm2。检测方法可现场取样，按GB/T2791的规定，以（100±10）mm/min的速度进行剥离试验。

（3）防水板分区的技术规范及质量验收标准

隧道在长期的运营中，因自然条件的变迁，外界条件的影响，地下水的赋存条件也发生变化。根据一些隧道的实测资料，二次衬砌的渗漏水情况会随时间的推移而发生变化。堵渗漏水时，如果水流在二次衬砌外侧发生“窜水”现象，整治工作都很困难。分区防水的技术原理是：在复合式衬砌防水设计中，假定防水板在施工中破坏，为了限制渗漏水的范围，用分舱的方法将整个隧道的防水分成小区，采用外贴式止水带（其构造见图10）与防水板热风密实焊接进行分区，同时将外贴式止水带安装在施工缝（或伸缩缝）的位置上，既可分区防水，又可保护施工缝处的防水板, 并使得施工缝处增加了一道有效的防线。但要注意，背贴式止水带的材质要与防水板相容。这样, 一旦某个区域发生防水板破坏而漏水, 不会“窜流”而影响其他分区。同时在每个分区内预先设置注浆管, 可针对漏水的分区进行注浆修补。通过施工缝、变形缝等处的背贴止水带与防水板热风密实焊接进行分区，并在中间非施工缝、变形缝部位设置防渗肋条，隔离地下水的纵向流动，从而使某一分区的破坏只对该分区产生影响。

图10分区部位背贴式止水带示意图

1）防水分区方法

由于模板衬砌台车的长度通常为10m 左右，每模衬砌作为一个防水分区，分区长度等于模筑衬砌的长度，即10m 左右，如图11所示，在每模衬砌内部水平施工缝位置设置背贴式止水带，使环向也进行了防水分区，同时在每个区域内预先设置注浆管，针对漏水区域进行注浆修补。

图11 隧道分区防水纵剖面示意图

2） 背贴式止水带、注浆软管及注浆嘴的安设及注浆

用热风焊机将背贴式止水带焊接在环向施工缝外的防水板上，浇筑二次衬砌混凝土后背贴式止水带的肋带嵌入二次衬砌砼内，这样由环向背贴式止水带在防水板内侧分隔成一个个防水分区。

注浆嘴点焊固定在防水板上, 用胶带将注浆嘴周边封住, 以防浇筑二次衬砌混凝土时砂浆堵塞注浆嘴; 并将与每个注浆嘴相连的注浆管在拱顶、两侧边墙下方集中引到二次衬砌内侧, 以便进行注浆堵漏。注浆系统如图12所示, 采用注浆管和注浆嘴进行系统注浆。分区内注浆不是必须的, 一旦发生渗漏, 才进行渗漏部位的分区注浆。

图12 注浆管及注浆嘴的安装示意图

3）防水板分区的质量验收标准

① 背贴止水带材质需要与防水板相容，并且与防水板热熔焊接。

② 背贴止水带、注浆嘴的安装位置要符合设计要求。

③ 注浆嘴的安装要与防水板点焊，不应焊死在防水板上，防止注浆时需要过大的压力才能将之冲开，从而容易导致防水板损坏。在发生渗漏时才有必要注浆。 ④ 每个分区的面积建议不要超过200m 2。

第3章 施工缝、变形缝的施工技术规范及质量验收标准

施工缝，也称冷接缝，是防水薄弱环节之一。隧道衬砌施工缝处理不好，不仅造成衬砌混凝土裂缝及洞内漏水，严重影响隧道的正常使用和行车安全，进一步还会降低结构的强度和耐久性。为防止由于衬砌不均匀下沉而引起裂损，在地质条件变化显著、衬砌受力不均匀地段，应设置沉降缝；隧道洞口段，为防止由于温度变化剧烈或混凝土凝结时的收缩影响而引起衬砌开裂，应设置伸缩缝，以上两种结构缝统称变形缝，变形缝宜采用柔性材料做防水处理。

施工缝和变形缝都是隧道最易发生渗漏水病害的部位。施工缝若采用橡胶止水条，隧道建成后随着季节的更替，当气温升高时衬砌段伸长，当气温降低时衬砌段收缩，循环缝也随之相应地闭合、张开，同时膨胀橡胶条也经历了一个加载、卸载周期。一年之中，隧道围岩内的地下水也有丰水期和枯水期之分。在丰水期，膨胀橡胶条会遇水膨胀；在枯水期，膨胀橡胶条会失水收缩。在如此复杂的工作环境下，遇水膨胀橡胶条很难有效地发挥作用，最终势必导致膨胀橡胶条与衬砌循环缝两侧混凝土间出现间隙，使渗水沿此间隙渗出，引发施工缝渗漏。变形缝渗水的主要原因是止水带固定不牢、偏离中心，混凝土振捣不实，出现较大的孔洞；另外一个原因是弹性密封膏嵌缝，普遍不易作好，因为支承面不平整，弹性密封膏在承受外水压的情况下超出其弹性范围；此外，变形缝过宽，使密封膏承受水压的面积增大，所以根据《地下工程防水技术规范》规定，变形缝的宽度不应大于3cm ；另外，若粘结面没有处理好，密封膏没有和结构的槽面很好粘结，以致于可以将其从槽中拉出。

课题组根据前期的研究成果，并结合胶州湾海底隧道工程特点，为了最大限度的保证两缝的防水效果，并在两缝渗漏时能通过简单的方法进行维护，初步提出了三种复合式的施工缝防水措施：

1．施工期间无水的地段，采用高性能遇水膨胀止水胶+可维护注浆管的施工缝防水构造，见图1。可维护的注浆管通过预埋到二衬施工缝中，在施工缝发生渗漏时可方便的进行注浆堵漏。若选择合理的注浆浆液和施工工艺，注浆管可实现多次重复注浆堵水的目的。

图1 可维护注浆管+高性能膨胀止水胶施工缝防水构造

2．有水且水压不大的地段采用背贴止水带+预埋可维护注浆槽系统（见图2）。预埋可维护注浆槽具有施工简便，材料先进，止水效果优，耐久性好等优点。通过预埋的注浆槽注浆，浆液充满二衬施工缝的不密实空隙中，通过遇水膨胀达到止水的目的。

图2 背贴式止水带+可维护注浆槽施工缝防水构造

3．水压大的地段采用背贴式止水带+可排水止水带的施工缝防水构造，见图3。

图3 背贴式止水带+可排水止水带施工缝防水构造

一．施工缝、变形缝材料的质量要求

橡胶止水带产品外观质量应符合表1的规定，橡胶止水带物理机械性能及检验标准见表2，高性能膨胀止水胶性能见表3。

表1 橡胶止水带产品外观质量要求

表2 橡胶止水带物理机械性能及检验标准

注：1. B型适用于变形缝用止水带；S 型适用于施工缝止水带；J 型适用于有特殊耐老化要求的

接缝用止水带。

2. 本表参照GB18173.2制定。其中压缩永久变形指标反映了橡胶止水带的使用性能，是重要的指标项目。

表3 高性能膨胀止水胶

施工缝、变形缝防水选用的嵌缝材料，要求最大拉伸强度不应小于0.2 Mpa ，最大伸长率应大于300%，且拉压循环性能为80℃时拉伸-压缩率不小于± 20%。变形缝的嵌缝填料试验方法可参考GB/T 13477-92，其性能指标需符合设计要求。对于常用的聚硫密封膏，其理化性能指标要求见表4。

表4 聚硫密封膏的理化性能

1．施工缝、变形缝所用止水带、止水条及防水嵌缝填料的品种、规格和性能等必须符合设计要求。

检验方法：检查产品合格证、出厂检测报告，及抽样进行检测。

检验数量：按进场批次进行检验。

2．施工缝、变形缝所用止水带宽度和厚度应符合设计要求，厚度不得有负偏差，止水带的表面不得有开裂、缺胶和海绵状等影响使用的缺陷；所用止水条的宽度、厚度和直径应符合设计要求，表面不得有开裂、缺胶等缺陷。

检查方法：观察

检查数量：按进场批次进行检查。

3．施工缝背贴式止水带的宽度建议不小于50cm 。

4．预埋可重复注浆的注浆管接缝防水系统，其注浆管材料必须符合以下要求：

（1）注浆管必须要有分布合理的出浆孔，以便在注浆时能全断面出浆；在混凝土浇筑过程中，它的出浆孔密封性必须要好，防止浇筑过程中水泥浆的进入。

（2）注浆过程中，注浆管外层的保护层必须能够张开以使注浆材料流出。注浆材料必须能够在注浆管的全长度、全断面出浆。

（3）注浆管外层缠绕的丝织物（保护层）间距要宽，以保证注浆材料能注入到周围的混凝土中。

（4）注浆管的内层核心层需要有足够的强度，以承受混凝土浇筑时的压力；外层保护层要有止回阀的作用，混凝土浇筑时要防止水泥胶等杂质进入到内层，注浆时在注浆压力的作用下能开启使浆液流出。

5．预埋可维护的注浆槽接缝防水系统，其注浆槽材料须符合以下要求：

（1）注浆槽需在高温和低温下能够抵抗所有标准的力学荷载。

（2）注浆槽产品与混凝土接触面应足够宽，不小于2cm ，并在后浇筑的混凝土中形成了一个通道，同时仍然与先浇混凝土牢固地粘在一起；反过来，这个通道又有效地将浆液输送到注浆段的所有区域，在浇筑混凝土时不至于将此通道封闭。

（3）与注浆槽配套的浆液应具有遇水膨胀的性能。在混凝土过度收缩的情况下，将浆液通过注浆槽通道输送到接缝混凝土的不密实处，浆液将遇水膨胀能够达到安全永久性密封。

二．施工缝、变形缝施工技术规范及质量验收标准

施工缝、变形缝是隧道渗漏水最为常见的部位，在安装时需精心施工。根据现场调查，施工缝、变形缝防水失败的原因主要有以下几个方面：

1．中埋式止水带的安装位置不符合设计要求，包括横向安装位置和纵向安装位置。通常设计上要求止水带以施工缝或变形缝为中心两边对称，即埋在相邻循环衬砌内的宽度相等。但是在施工过程中经常可以看到止水带两侧不对称，还有的止水带发生倒伏现象，这些都会造成止水带的有效防水宽度减少。止水条、止水带随意搭接，结合不紧密。

2．遇水膨胀止水条在后浇混凝土浇筑前已发生膨胀，导致防水效果失效。

3．由于施工缝、变形缝处要安装堵头模板，浇筑二衬混凝土时对此部位混凝土混凝土振捣不够，造成接缝处混凝土不密实。

课题组针对目前中埋式止水带、止水条等存在的缺陷，提出了前面所述的预埋可维护的接缝防水系统。现对其施工技术规范及质量验收标准进行讨论。

（一） 预埋可维护的注浆管接缝防水系统的施工技术规范及质量标准

预埋可重复注浆管接缝防水系统是近年来发展的新型注浆管。隧道二次衬砌接缝处是防水最为薄弱的环节，也是渗漏水病害最容易发生的位置，通过在此处预埋可重复注浆软管，在结构由于变形或开裂发生渗漏时，可通过注浆软管进行注浆补救，是一种比较先进的防水理念。注浆浆液一般为化学浆液，也可使用超细水泥浆液。接缝注浆堵漏完成后，要马上用清水将注浆管冲洗干净并妥善保护好注浆导管，以便将来接缝再次发生渗漏时可重复注浆。

1．注浆软管的现场安装方法

（1） 确认安装软管的基础干净，且无石屑等杂物。

（2） 量好注浆软管长度并用刀片切断以使端口整齐。注浆软管分段的长度不 应超过10- 12米。

（3） 量好进料软管的长度。通常0.5米长即可，但如果需要可稍长，并将其留在混凝土内的适当位置。整齐地切断进料软管的端口。确认进料软管可承受足够高的压力。将进料软管和注浆软管的端口拉入热缩连接管，使其相互接触并在热缩连接管内中部。用电吹风加热热缩连接管使其收缩并粘接在软管周围。

（4） 将注浆软管放在接缝中间，离墙边至少75毫米。固定软管的连接部位，然后固定连接部位的另一端。

（5） 用固定夹将注浆软管固定在基础上，其中心距至少200毫米并配合基础的形

状。注浆软管在混凝土浇筑时不应该浮在混凝土中，可使用铁钉或锚栓固定。

（7） 在连接部位，注浆软管相互叠加大约50~100毫米。注浆软管不能一根压在另一根之上或互相接触，以防止注射过程中灌浆液交叉流动。

（8）进料软管和注浆软管的连接部位到墙边的距离至少75毫米，以防止注浆过程中的压力损失。 将进料软管安装在接线盒内，可方便操作。

（9）当软管安装时遇到两个基础面互相垂直所形成的拐角时，将软管紧贴拐角安装，再继续到下一个基础面，以保证软管与基础之间的接触是连续的。

（10）将进料软管安装在接线盒内，并将接线盒安装在混凝土模板上。确认接线盒安装牢固且与模板之间密封完好以防止混凝土浮浆进入。

（11）将注浆软管编号并记录在图纸上。为方便今后注浆，用两种颜色的进料软管（绿色和透明的）来区分注浆端和出浆端，并给进料软管编上与注浆软管同样的号码。

2．注浆软管的注浆

在混凝土龄期达到28天后，即可进行注浆软管的注浆，一般选用化学浆液，在每个注浆完成后，要马上对注浆软管用清水冲洗，以备将来发生渗漏时可再次注浆防水。

（二） 预埋可维护的注浆槽接缝防水系统的施工技术规范及质量标准

注浆槽系统是在一种新型预埋式接缝防水系统，该系统包括注浆槽、注浆材料及配套注浆设备，是目前比较完善的预埋式接缝防水系统。其安装及注浆技术规范如下。

（1）基面处理：由于隧道二衬端头模板一般使用短木板进行封模，基面可能很不平整，另外若封模处封闭不严，易发生漏浆现象，导致端头处混凝土不密实，局部甚至出现大的空洞，因此需要对接缝处混凝土基面进行简单，用铁锤将基面凸出处敲平，对局部很高凸出处可敲成一个斜坡，以使注浆槽能与基面牢固密贴。纵向接缝基面处可能有浮渣和杂物等，在安装注浆槽前要将其清理干净。

（2）用可以用电锤或射钉枪将注浆槽固定在先浇混凝土基面上，为防止混凝土浇筑过程中发生跑浆现象，安装注浆槽要要挤压泡沫使之与混凝土表面密贴，当基面特别起伏不平时，要适当将钉子间距缩短，以使注浆槽与混凝土基面密贴。

（3）注浆槽的分段长度不应大于10米，分段处要用膨胀塞塞紧，防止二衬混凝土浇筑时水泥浆进入将注浆槽堵塞。

（4）在混凝土龄期达到28天后的任意时刻，可进行注浆槽的注浆。注浆时先在分段的两端进行钻孔，要求钻到注浆槽即可。

（5）安装注浆孔的注浆塞，开始注浆，在浆液到达出浆孔后，停止注浆。

（6）安装出浆孔的止浆塞，并加大注浆压力，再次进行注浆，直到看到施工缝表面有浆液渗出，即可停止注浆。

（三）高性能膨胀止水胶施工技术规范及质量标准

（1）止水胶表面完全硬化后，一般经过6~8小时，最长不超过24小时，方可浇筑下一段混凝土。因此在二衬浇筑施工作业时，要合理组织安排时间。

（2）应事先将施工缝表面的浮渣和积水清理干净；

（3）避免汁水胶长时间浸泡在水中而导致提前膨胀；

（4）在浇筑下一循环混凝土时，应采取弱振捣，避免振捣棒直接碰到止水胶；

（5）止水胶直接在混凝土基面上连续均匀设置，止水胶与混凝土边缘的距离不小于100mm ；

（6）需要搭接时，新旧止水胶搭接长度不小于20mm 。

第3章 防水混凝土的施工技术规范及验收标准

胶州湾隧道二次衬砌采用混凝土结构自防水体系，以结构自防水为根本，加强混凝土结构的抗裂防渗能力，改善混凝土结构的工作环境，进一步提高其耐久性。海域段其抗渗等级≥S12，陆域段其抗渗等级≥S10。初期支护设计采用抗海水侵蚀高性能防渗喷射混凝土，并采用湿喷混凝土工艺，湿喷混凝土强度等级C30，抗渗能力大于S8。

一．防水混凝土的原材料要求及现场施工技术规范

防水混凝土原材料及外加剂质量应严格按照有关规范的材料要求，对水泥、砂、石料、外加剂等进行质量控制。

1． 严格按照配比进行配料，不得随意增减；

2． 防水混凝土必须用搅拌机进行搅拌，掺外加剂时，严格按外加剂的技术要求确定搅拌时间；

3． 加强对水灰比的检测，尤其在高温天气时，更应加强；

4． 浇筑时要清除模板内杂物，浇筑高度不应超过2米，并分层浇筑，每层厚度不大于250mm ；

5． 必须使用振捣器进行振捣，振捣时间为10~30s ，振捣器的插入间距不大于500mm 。

6． 可通过掺入外加剂如减水剂、缓凝剂或粉煤灰控制大体积混凝土的收缩裂缝。

7． 防水混凝土的原材料，在施工过程中，必须进行检查；

8． 每班检查混凝土原材料称量不应小于2次；

9． 在拌制和浇筑混凝土地点测定混凝土坍落度，每班不应少于2次；

10．掺引气剂的防水混凝土含气量测定，每班不应少于1次；

隧道衬砌每200米应制作检查试件1组（6个），不足200米时，也应留置1组。如使用的原材料、配合比或施工方法有变化，均应另行留置试块。试块应在浇筑地点制作，其中一组应在标准条件下养护，另一组应与现场相同情况下养护。试块养护期 不得少于28天。

二．防水混凝土的密实度、抗渗性能检测方法及验收标准

混凝土的密实度是判定混凝土抵抗环境中各种有害离子侵入性能的重要指标，传统做法是采用混凝土抗高压水渗透的能力—抗渗标号来表示混凝土的密实性能。实践证明，抗渗标号比较适合于判定低强度等级混凝土的密实性，但却难以区分现代混凝

土的密实性，因为强度等级超过C30的混凝土抗渗等级几乎均能达到P20及以上的水平，单靠抗渗标号已难以区分混凝土抵抗外界水、气及溶于水汽中的其他有害物质侵入混凝土内部的能力大小，对于这种高强度混凝土，常用电测法评价混凝土抵抗外界有害离子渗入的能力。混凝土密实度对混凝土的防水性能影响很大，若局部存在不密实，蜂窝麻面等，地下水就易从此处发生渗漏。

混凝土密实度检测的方法，主要表面观察法（主要适用于典型的蜂窝麻面），锤击法，钻孔取芯法，地质雷达法、声波法、射钉法等。其中地质雷达法应用最为广泛，因为在衬砌质量无损检测中，可同时检测到衬砌厚度、衬砌背后空洞情况及衬砌混凝土密实性等指标。

衬砌混凝土的抗渗等级应符合设计要求，应按规定留置抗渗试件，并应按现行国家标准《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法》（GBJ82）的规定进行试验评定。

第4章 胶州湾隧道排水系统施工技术规范及质量验收标准

胶州湾海底隧道排水系统应考虑施工期间排水及运营期间排水。施工期间隧道内产生的水主要为围岩渗水和施工用水，要根据实际施工情况设置集水坑，并进行逐级抽水。运营期间主要水来源为围岩渗水、清洗用水和消防用水，因此可靠的排水系统是保证隧道正常运营的关键。根据前面所述的控制排放标准，按20l/min/100m的标准计算出4km 的海底段隧道涌水量（单洞）约为：1152m /d，而海底段单洞隧道原始最大涌水量约6000~7000m 3/d，因此施工过程中在涌水量大的地段要做好注浆堵水，控制地下水的排放量。胶州湾海底隧道的排水系统主要包括：面状排水板，可清洗的纵向排水盲管，横向排水管，中央排水管，检查井等。中央排水管及纵向排水盲管都应为圆形。

一．面状排水板

衬砌背后排水设施位于防水层与初期支护喷射混凝土之间，为初期支护喷射混凝土与防水板之间提供过水通道，并使之下渗到纵向排水盲管中。考虑到传统的弹簧透水管容易淤塞或者变形，不利于衬砌背后的围岩渗水能顺畅的排除，易导致衬砌结构承受的水压力上升，对结构安全造成隐患，因此采用面状排水板（见图1）。面状排水板可采用射钉固定铺设，面状排水板集中下来的渗水要引排到纵向排水管中。另外在局部渗漏水量比较大的地方，需要采用排水半管将渗水集中引排到纵向排水盲管中。

3

图1 面状排水板

二．纵向排水盲管与横向排水管

纵向排水盲管是沿隧道纵向设置在衬砌底部外侧的透水盲管，主要有两个作用：一是将环向排水盲管流下的水经其排至横向盲管；二是将防水卷材阻挡的水经过纵向

盲管上部透水孔向管内疏导。考虑到以下可能的情况，对纵向排水盲管设置检查井并能够进行压力冲洗，保证排水系统的通畅性及可靠性是必须的。

（1）围岩中的细颗粒进入到排水系统中，导致排水系统堵塞。

（2）由于胶州湾海底隧道的地下水环境为海水，根据地质勘察报告，海水对混凝土具有强结晶分解复合类腐蚀性及中等结晶类腐蚀性，如混凝土外加剂选择不当失效，或喷射混凝土中水泥发生碱骨料反应，形成沉淀导致排水系统堵塞。 传统的纵向排水管一般采用Φ80~100的弹簧透水管，同样存在淤塞及变形的问题，并且无法进行冲洗，因此采用抗压强度较高的PVC 和PE-HD 树脂管，且能承受12MPa 的冲洗压力而不发生破坏。另外排水盲管应有光滑的内表面，以保证地下水能顺畅流动。纵向上每隔50米设置一个排水盲管检查竖井，以备将来进行排水盲管的冲洗。冲洗纵向排水盲管的安装如图2所示。

图2 纵向排水盲管的安装示意图

纵向排水盲管是在二次衬砌施做以前安设，施工条件极为不利，施工中易出现管身高低起伏不定，平面上出现忽内忽外的现象，这种情况纵向盲管易被淤积或冰冻封堵，造成排水不畅。施工中应将其与二次衬砌边墙基础结合统筹考虑，并将其牢固固定在边墙基础上。纵向排水盲管在安装时必须注意其细部构造，首先应用土工布将纵向排水管包裹，使泥砂不得进入纵向盲管，其次，应用排水板和防水卷材半裹纵向盲管，使从上部流下的水在纵向盲管位置尽量流入管内，而不让地下水在盲管位置纵横漫流。纵向排水盲管在整个隧道排水系统中是一个中间环节，起着承上启下的作用，施工中注意检查与横向盲管的连接，两管一般采用三通管连接，三通管留设位置应准确，接头应牢固，防止松动脱落；其次要检查纵向排水盲管的坡度，用坡度规进行检查，测定纵向盲管的坡度，使地下水在进入盲管后按一定的方向流动。

横向排水盲管布设方向与隧道轴向垂直，是连接纵向排水管与中央排水管（或侧沟）的水力通道。横向排水盲管通常为硬质塑料管，施工先在纵向盲管上预留借口，

然后在仰拱及填充混凝土施工前接长至中新排水沟（管）。施工时注意检查接头牢固，以保证纵向盲管与中央排水管之间的水路通畅，严防接头断裂发身渗漏，造成路面的翻浆冒泥，影响行车安全。其次是横向盲管上部应有一定的缓冲层，以免路面荷载对横向盲管施压，造成横向盲管的变形，影响正常使用。

三．中央排水管

中央排水管主要用于排水，疏干底板下积水。中央排水管采用带孔预制混凝土管段拼接而成，纵向间隔一定距离设置检查井。

中央排水管安装前的外观检查包括：

（1）预制管段的规整性。用钢尺量测管段直径，观察管身是否变形或有严重裂缝；检查管身透水孔是否通畅；

（2）管壁的强度。检查混凝土强度是否满足设计与施工要求。

（3）缓冲排水层选用的无纺布应符合下列要求：

① 具有一定的厚度，其单位面积质量不宜小于280g/m2；

② 具有良好的导水性；

③ 具有适应初期支护由于荷载或温度变化引起变形的能力；

④ 具有良好的化学稳定性和耐久性，能抵抗地下水或混凝土、砂浆析出水的侵蚀。

施工检查：

（1）中央排水管基础的稳定性检查，施工时先挖基槽，整平基础，然后再铺设管段，最后回填压实。在有仰拱的场合，在仰拱下方设路基排水会增加新的开挖量和扰动围岩，因此，原则上设在仰拱的上面。

（2）中央排水管的坡度检查，施工中注意检查中央排水管的坡度，不仅总体坡度要符合要求，而且局部的几个管段间也应符合要求，尽量避免高低起伏。

（3）管段铺设检查，铺设时要保证将具有透水孔的一面朝上，管段逐个放稳后，要用水泥砂浆将段间接缝密封填实。待沙浆凝固后，应逐段进行通水试验，发现漏水，及时处理。之后用无纺布覆盖管段透水孔，在横向排水管出口处注意与中央排水管的连接方式。回填时注意保护管段的稳定及其上部透水性。