1 引言
明挖法隧道防水施工向来是地下工程的关注重点，也是施工的重难点。目前，明挖法隧道防水设计均以结构自防水为根本，以结构全外包柔性防水层为核心，做好卷材接缝及收头处理为关键。
目前，地下工程柔性外包防水广泛选用自粘搭接的高聚物改性沥青防水卷材，而涂布于胎基上改性沥青，施工时容易脏污，其接头粘结质量难以保证且耐候性差。矿山法隧道复合衬砌防水层广泛采用高分子EVA柔性防水板，可焊性强，接头采用质量更有保证的热熔焊接工艺，施工快速、防水层密封可靠。高分子自粘胶膜防水卷材具有与结构混凝土满粘，防窜水，一层可达一级防水的标准，已经成为近10年来建筑和市政地下工程中应用最广泛的防水材料之一[1]。其工艺工法及施工要点对明挖隧道防水施工具备借鉴及参考价值。
2 工程概况
沪通铁路太仓至四团吴淞口长江隧道越江段站前工程HTZQⅡ-1标段，正线迄止里程DK144+210-DK151+485，线路总长7.275km。其中浦东明挖暗埋段全长487m、始发井长20m，均采用明挖顺筑法施工工艺，围护结构采用地下连续墙。3号工作井基坑开挖深度为19m，明挖暗埋段基坑开挖深度16.05～11.6m。基坑平面图如图1所示。
图1 浦东明挖暗埋段基坑平面图
浦东3号工作井及明挖暗埋段基坑开挖范围工程地质主要以第四系冲洪积层( )及第四系海相沉积层( )为主，3号工作井底板位于⑤1黏土、明挖暗埋段结构底板位于②3粉土、粉砂。地勘报告显示浦东潜水位埋深为0.60～3.00m，浦东明挖暗埋段⑤2层微承压水位埋深为3.90～5.60m。浦东明挖暗埋段地质纵断面如图2所示。
图2 浦东明挖暗埋段主体结构地质纵断面图
本工程防水等级要求一级，以结构自防水为根本，主体结构混凝土抗渗标号为C40P10，3号工作井地下连续墙混凝土标号为水下C40，明挖暗埋段为水下C35。主体结构全外包防水采用高分子复合EVA单面自粘防水卷材作为附加防水层。防水形式如图3所示。
图3 明挖暗埋段防水结构横断面图
3 高分子复合EVA自粘防水卷材优势
对于外包防水卷材而言，防水材料的自然老化、耐久性与其所处的气候、水文地质条件等使用环境因素密切相关。研究表明[2]，运营期隧道结构外防水失效的原因主要为：1）防水材料质量不达标；2）过大的结构变形及不均匀沉降导致防水材料破裂；3）防水材料搭接和收头部位的缺陷破坏了防水层的完整性；4）基面平整度不够扎破了防水材料，导致防水层丧失完整性；5）防水材料与主体结构混凝土黏结不良。
而对于软土地区的明挖隧道而言，由于隧道不均匀沉降及主体结构与围护结构不协调的变形，导致卷材接头及卷材本身被剪切破坏是主要的原因。对于防水等级达到Ⅰ级的地下工程，采用物理特性更优的高分子复合EVA自黏防水卷材是今后的一个趋势和方向。
3.1 材料性能优势
乙烯—醋酸乙烯共聚物（EVA）是最主要的乙烯共聚物之一。与聚乙烯相比，EVA由于分子链上引入了醋酸乙烯（VA）单体，从而降低了结晶度，提高了柔韧性、耐冲击性、与填料的相容性和热密封性，具有较好的耐环境应力开裂性、光学性能、耐低温性等，并且无毒，因此用途非常广泛[3]。
从拉力、不透水性、扯断伸长率、与混凝土剥离强度等方面对比，复合高分子EVA自粘防水卷材明显优于高聚物改性沥青防水卷材，如表1所示。
表1 高分子复合EVA自粘防水卷材与改性SBS沥青防水卷材物理性能指标对比表
注：以上表格数据来自《GB-T 23457-2017预铺防水卷材》及《TB-T 3360.1-2014铁路隧道防水材料第1部分：防水板》
物理性能指标更优的高分子复合EVA自粘防水卷材相较常规的高聚物改性沥青防水卷材，更能适应地下工程的不均匀沉降及结构与围护结构不协调变形带来的剪切应力集中。
3.2 施工优势
目前，高聚物改性沥青防水卷材大多采用热熔法施工，而高分子复合EVA自粘防水卷材均采用冷粘法施工。相较常规改性沥青防水卷材，具备质量轻，防水基层及作业环境要求相对宽泛，温度较低时也可施工等施工优势，这是传统涂料、常规自粘卷材所不具备的。此外，高分子复合EVA自粘防水卷材幅宽可做到2～3m，是常规高聚物改性沥青防水卷材幅宽的2倍左右，可有效减少环缝数量，提高外包防水整体性及施工效率。
3.3 防水优势
由EVA防水板、粘合剂胶膜和耐穿刺的土工布复合而成的高分子复合EVA自粘防水卷材，性能优良。浇筑混凝土时的水泥浆与卷材粘结层特殊的高分子聚合物湿固化反应粘结，卷材与结构层混凝土形成永久的有机结合，形成“皮肤”式的粘结效果，减少中间窜水的隐患。
4 复合EVA自粘防水卷材施工技术要点
4.1复合EVA自粘防水卷材性能
高分子复合EVA自粘防水卷材是由土工布（保护层）、EVA防水板（胎基)和粘结层3种成品复合而成。防水卷材材料结构如图4所示。
图4 高分子复合EVA自粘防水卷材构造图
4.2 施工工艺及方法
主体结构外包采用厚4mm的单面自粘复合EVA防水卷材，接缝采用双轨热容焊接，每幅防水卷材每边预留15cm焊接面，焊接面范围内取消粘结层及土工布，方便焊接施工作业。
4.3 施工工艺流程
图5 高分子复合EVA防水卷材施工作业流程
4.4 施工技术要点
4.4.1 基面处理
原设计要求侧墙基层采用厚2cm的 M10防水砂浆基面找平，综合考虑EVA材料较好的撕裂强度、延伸率及对基层要求不高等特点，并结合基坑本体结构回筑施工的“时空效应”及进度，向设计方提请联系单对基面处理工序进行优化。
底板外包防水卷材基面为C20早强混凝土垫层，无需对基面处理。在侧墙防水卷材铺设施工前，必须先调查地下连续墙基面，清除围护结构基面上的尖锐突出物，并确保“凹”坑的深长比小于1/10，否则应用M10防水砂浆找平。错台或小于90°转角处亦应用砂浆抹成R≥5cm的平滑曲面。顶板防水层基面需干燥、无浮尘，采用厚2mm的水乳型沥青防水涂料满涂，以增强防水且提高卷材和混凝土的粘结效果。
图6 “凹”坑深长比
4.4.2 阴阳角加强层
为避免EVA防水板因过大弯折角造成EVA防水板损坏，阴阳角处用M10防水砂浆做5cm的倒角，铺设宽70cm的单面自粘卷材加强层。
4.4.3 防水卷材铺贴
复合EVA防水卷材定型尺寸为幅宽2m，每卷定尺10m，卷材按照隧道环向铺设，无论是底板及侧墙的预铺法还是顶板的后铺法，铺设时迎水侧为卷材土工布面，背水侧为粘结面。卷材正式铺贴前，需做好卷材铺贴“翻样”工作，并绘制防水卷材外包节点图。为避免接头贯通，现场施工按照奇偶数幅卷材接头错开0.5m来布置。
图7 防水卷材翻样图
4.4.4 焊接施工
单面自粘复合EVA防水卷材接头采用双轨热熔焊工艺，单条焊缝的有效焊接宽度不应小于10mm。由于此种EVA防水卷材在市政及房建地下防水工程中应用较少，防水作业班组正式施工前进行了试验性焊接，现场分别做了2组10个焊接试件拉伸强度的对照试验：（1）焊接温度相同，焊接速度不同；（2）焊接温度相同，焊接速度不同的测试。试件强度试验结果如下：
1）焊接温度为250℃时，不同焊接速度下的接缝剥离强度对比如表2所示：
表2 焊接速度不同条件下的试件拉断强度
由表2数据可以得出，焊接温度相同，焊接速度控制在2.0m/min，焊接试件拉断强度满足焊缝强度不低于母材拉断强度的70%。
2）焊接速度设定为2.0m/min，焊接温度不同条件的试件拉断强度对比如表3所示：
表3 焊接温度不同条件下的试件拉断强度
由表3可以得出焊接速度相同，焊接温度在220℃～260℃的范围内，焊接试件拉断强度满足焊缝强度不低于母材拉断强度的70%。
通过防水班组的实验性焊接试验，施工现场最终确定焊接工艺参数为：温度200℃～250℃，焊接速度2.0m/min。
防水卷材施工时机器需保证断电状态，以免烧坏EVA胎基。将相邻幅卷材按顺坡向下压上装入热焊机焊轨下，启动机器前确保焊机与卷材边缘平行，准备工作就绪后双轨热容焊机即可按确定的焊接工艺参数自行焊接。在焊接结束时，及时切断电源，合开将压杆手柄，防止长时间接触烧穿卷材。在焊接施工过程中，如出现焊缝焊接不饱满有脱空现象，小范围内可通过调整焊接速度来弥补温度的偏差。
4.4.5 附加防水层施工
为确保防水接头止水质量，焊缝处附加一层宽50cm的高分子复合EVA双面自粘防水卷材，附加层范围内涂刷厚2mm的水乳型沥青防水涂料，以增强防水效果及附加层的粘结效果。
图8 焊缝附加层范围水乳沥青涂刷示意图
4.4.6 卷材收头处理
该工程明挖暗埋段隧道设计考虑高铁运营期沉降及上浮影响分别于隧道结构底板及顶板处设计了牛腿梁及压顶梁，这就造成常规闭环的隧道外包防水要多增加一个卷材收头处理。结构顶板压顶梁处防水细部图如图9所示。按照设计意图，卷材收头需埋入地下连续墙的凹槽内并填充M10聚合物改性水泥基防水砂浆。实际施工中此凹槽很难做出来，经过联系单与设计方确认，此凹槽后期通过风镐人工修正出宽深比1:10的凹槽，按照增强设防的原理，防水层铺设好后在防水板收口处用金属收口压条压紧，用射钉依次钉压，钉距300～500mm，收头处通过双组份聚硫密封胶封缝后凹槽用M10防水砂浆抹平。
图9 压顶梁防水卷材收头处理构造图
5 总结与结论
沪通铁路太仓至四团段站前1标明挖暗埋段共计487m，目前累计完成101m，3号工作井及工区A（车架段）隧道主体结构自2021年4月29日完成至今，结构底板及顶板变形缝及施工缝等防水薄弱环节未发现有渗水湿迹，防水效果良好。项经部首次接触到这种防水材料及施工工艺，施工过程也出现一些问题，通过工艺性焊接试验及总结施工经验，最终总结建议如下：
1）防水卷材接头焊接质量对防水效果起到关键作用，本工程的焊接参数可作为其他工程确定焊接参数提供参照依据；
2）第1块底板施工前，班组未严格执行先翻样后施工制度，自检发现卷材接头在同一截面及随意裁剪导致材料浪费的情况。之后严格要求班组执行先翻样后下料制度，质量验收一次通过，减少返工时间及材料浪费；
3）已完成的101m明挖基坑防水卷材采用宽2m、长10m的模数，实际施工下来卷材长边方向及短边方向的接头数量较多，综合考虑减少接缝数量及施工便捷性，决定剩余基坑段采用宽3m、长15m的模数，有利于调节接缝与施工缝的相对位置关系；
4）开挖阶段要同步处理侧墙地下连续墙基面，避免结构回筑阶段重新搭设排架去处理基面，不仅提高防水的施工效率，而且减少额外费用。
目前，沪通铁路已完成101m明挖暗埋隧道结构，采用的高分子EVA自黏防水卷材由于具备较大的尺寸模数、可靠的接缝质量及优异的材料性能等，结构防水效果良好。结合具体工程，做好卷材翻样工作并优化卷材定尺模数，不仅可以提高防水效果，还可以提升施工功效。此工艺在软土地区明挖隧道成功的应用，为其他防水等级要求Ⅰ级的软土地区地下工程提供相关施工经验参考。
摘自《上海隧道》