采用抗渗喷射混凝土的防水喷层结构及其施工方法与流程

本发明涉及一种隧道内壁的防水层施工方法，更具体的说，本发明主要涉及一种采用抗渗喷射混凝土的防水喷层结构及其施工方法。

背景技术：

目前在隧道工程领域中，利用新奥法原理修建隧道是目前的主要施工方法。根据新奥法的原理，我国隧道通常采用复合式衬砌结构，利用喷射混凝土（主要支护构件）与其它支护构件（锚杆、钢筋网片、拱架等）施作组成的喷层结构（初期支护）与隧道围岩共同形成主要承载结构，隧道防水主要依靠在二衬和喷层之间设置的防水系统。传统的喷射混凝土材料不具备抗渗能力，对初期支护无防水标准要求，若无特殊的设计和措施，喷层结构往往成为透水层，无耐久性可言。喷层形成透水后，喷层中大量的金属材质构件（钢筋网片、钢拱架）遇水会发生锈蚀，并产生体积膨胀，导致喷层开裂，加剧喷层结构性能的劣化，致使支护效应逐渐减弱，诱发隧道病害产生。

喷层结构作为隧道永久支护结构，亦可独立的作为单层衬砌结构。单层衬砌与复合衬砌相比，取消了二次衬砌和防水板，更具经济和社会效益。此结构类型多应用于硬岩条件，北欧国家应用十分广泛，其中挪威几乎所有隧道均采用单层衬砌结构形式（因此单层衬砌也被称为挪威法）。喷层结构作为单层衬砌结构时也面临着围岩渗漏水的侵蚀危害，国外主要采用了以下措施：围岩裂隙注浆堵水、在喷层与围岩之间布设半圆排水盲管、喷膜防水（在两次喷层之间设置喷涂防水膜）、离壁衬套排水（类似隧道吊顶）。喷膜防水一是成本高（防水膜国内无成熟产品），二是由于防水膜造成喷层不是整体结构，受力条件不利。离壁衬套只能起到排水作用，同时需要增大开挖断面，增加建造成本。半圆排水盲管容易破损堵塞。而国内在应用单层衬砌结构时，大多依靠提升喷射混凝土材料的抗渗性进行防水，对喷层结构的防水缺乏系统性的解决方案。

祝云华公开的文献（《钢纤维喷射混凝土抗渗及抗冻性能试验研究》，《新型建筑材料》，2011年第3期，第55-58页,2011年3月），介绍了一种提升钢纤维喷射混凝土抗渗能力的方法，通过采用钢纤维和硅粉能够较大幅度的提升喷射混凝土的抗渗性能，抗渗等级达到了p8。采用上述作法，使喷射混凝土材料具备了高抗渗能力，但材料的高抗渗性不代表结构具有良好的防水性。究其原因，一方面喷射混凝土作为非匀质脆性材料存在自收缩会产生裂纹，同时也由于材料、工艺和施工等原因也会存在防水的薄弱环节；另一方面因围岩荷载作用以及喷层背后地下水汇集产生的局部水压力亦会造成喷层开裂，导致渗漏水出现。渗漏水在喷层施作后的早期（1-7d）就会发生，而喷射混凝土材料需要一定时间（7d）才能形成抗渗性能，故往往在喷层材料的抗渗性没形成之前喷层就会出现渗漏，喷层中的渗漏水通道形成后不可逆转，导致喷层防水失效。

技术实现要素：

本发明的目的之一在于针对上述不足，提供一种采用抗渗喷射混凝土的防水喷层结构及其施工方法，以期望解决现有技术中喷射混凝土材料不具备抗渗能力，对初期支护无防水标准要求；喷膜防水施工成本较高，防水膜不是整体的结构，受力条件不利；采用高抗渗性能的喷层材料往往在抗渗性未形成之前喷层就出现渗漏，使喷层上形成不可逆转的渗漏水通道等技术问题。

为解决上述的技术问题，本发明采用以下技术方案：

本发明一方面提供了一种采用抗渗喷射混凝土的防水喷层结构，所述防水喷层结构包括临时引流系统与混凝土喷层，所述混凝土喷层置于临时引流系统的外部，且所述临时引流系统由混凝土喷层封闭；所述临时引流系统包括多根横向排水盲管，所述多个横向排水盲管的端部用于与排水沟相连通，所述多个横向排水盲管之间还设有多根与之相连通的纵向排水盲管；所述横向排水盲管与纵向排水盲管均为透水布包裹植物秸秆填料的结构。

作为优选，进一步的技术方案是：所述混凝土喷层包括以重量份计的酸盐水泥0.5至1.5份、硅粉0.1至0.2份、矿粉0.4至0.5份、级配砂2.5至3.5份、级配碎石2.3至3.2份、纤维素纤维0.01至0.03份、减水剂0.015至0.030份、拌合用水0.6至0.7份。

更进一步的技术方案是：所述横向排水盲管上还设有注浆孔，所述注浆孔贯穿至混凝土喷层的外部；所述横向排水盲管与纵向排水盲管的连通位置均通过pvc半圆三通管覆盖。

更进一步的技术方案是：所述临时引流系统中的横向排水盲管与纵向排水盲管均通过卡扣固定在裸岩层上，裸岩层的两侧设有排水沟，所述横向排水盲管的端部与波纹管相连通，所述波纹管与排水沟相联通，且所述波纹管上还安装有阀门开关；每相邻的两根横向排水盲管之间的纵向排水盲管相互错开。

更进一步的技术方案是：所述裸岩层为隧道内壁的岩层，所述横向排水盲管均与隧道内壁的弧度相一致，且与隧道内壁岩层的渗水位置相对应；所述排水沟位于隧道的边墙的底部，且延伸方向与隧道的走向相一致。

更进一步的技术方案是：所述临时引流系统中还包括至少一根随机排水盲管，所述随机排水盲管至少与任意一根横向排水盲管或纵向排水盲管相连通；所述随机排水盲管也为透水布包裹植物秸秆填料的结构。

更进一步的技术方案是：所述随机排水盲管与裸岩层上的零星渗水处相对应；所述随机排水盲管与横向排水盲管或纵向排水盲管之间的连通位置通过pvc半圆三通管覆盖。

更进一步的技术方案是：所述混凝土喷层至少为两层，每层混凝土喷层均由多块喷层单元构成，且相邻的两块喷层单元之间设有施工缝；相邻两层混凝土喷层的施工缝相互错开。

本发明另一方面提供了一种上述防水喷层结构的施工方法，所述的方法包括如下步骤：

步骤a、在预处理完毕的裸岩层上布设固定横向排水盲管与纵向排水盲管，将横向排水盲管的两端与裸岩层两侧的排水钩相连通，所述横向排水盲管与纵向排水盲管的布设数量根据裸岩层的面积以及渗水量确定；布设完毕后，即可在裸岩层上形成临时引流系统；

步骤b、称取以重量份计的酸盐水泥0.5至1.5份、硅粉0.1至0.2份、矿粉0.4至0.5份、级配砂2.5至3.5份、级配碎石2.3至3.2份、纤维素纤维0.01至0.03份、减水剂0.015至0.030份、拌合用水0.6至0.7份；并将其加入搅拌机内搅拌均匀后得到可用于喷射施工的混凝土，待用；

步骤c、使用湿喷机械向裸岩层上喷射混凝土，使之覆盖临时引流系统并达到预设厚度，从而形成首层防水喷层；

步骤d、待首层防水喷层养护完成后，再使用湿喷机械向首层防水喷层喷射混凝土，使之覆盖首层防水喷层，从而形成第二层防水喷层，待第二层防水喷层养护完毕后，裸岩层上的防水喷层结构即施工完成。

作为优选，进一步的技术方案是：所述步骤a中，在横向排水盲管上安装一个柱状隔离模具，在步骤c和d喷射混凝土的过程中，使首层防水喷层与第二防水喷层上自然形成注浆孔；在步骤d结束后，根据防水效果和排水流量的整体观测和评估结果，通过注浆孔进行注浆封堵；

更进一步的技术方案是：所述步骤a中，在横向排水盲管与排水沟连通的端部上安装波纹管，再在波纹管上安装阀门开关；在步骤d结束后，根据防水效果和排水流量的整体观测和评估结果，利用阀门开关对横向排水盲管的排水量进行控制；

更进一步的技术方案是：所述的施工方法中，步骤c循环进行，每进行一次，形成一块首层防水喷层的喷层单元，直至覆盖裸岩层上的全部临时引流系统；多块喷层单元之间形成施工缝，所述施工缝与裸岩层上的渗水处相对应；

更进一步的技术方案是：所述的施工方法中，步骤d循环进行，每进行一次，形成第二层防水喷层的一块喷层单元，直至覆盖全部首层防水喷层，第二层防水喷层的多块喷层单元之间形成施工缝；且第二层防水喷层相邻两块喷层单元之间形成施工缝，与首层防水喷层相邻两块喷层单元之间形成施工缝相互错开；

更进一步的技术方案是：所述步骤a中，在横向排水盲管与纵向排水盲管安装完毕后，再在裸岩层上的零星渗水处布设固定随机排水盲管，并使随机排水盲管与任意一根横向排水盲管或纵向排水盲管相连通；

更进一步的技术方案是：所述步骤d结束后，再使用湿喷机械向第二层防水喷层喷射混凝土，使之覆盖第二层防水喷层，从而形成第三层防水喷层，待第三防水喷层养护完毕后，裸岩层上的防水喷层结构即施工完成；

更进一步的技术方案是：所述步骤a中的预处理为对裸岩层表面浮渣和危岩进行打磨或开凿处理，对裸岩层上较大地下渗漏水通过“防、排、堵、截”措施进行处理。

与现有技术相比，本发明的有益效果之一是：通过在裸岩层上预先设置临时引流系统，临时引流系统中的排水盲管可对渗水起到引流的作用，使渗水由排水盲管流入排水沟，避免混凝土作为永久防水结构时在抗渗性未形成前被水所侵蚀，使得喷层结构实现自防水，御水于传统的支护与衬砌结构之外，效果可达一级防水标准，尤其适宜于在隧道的围岩上安装使用，为隧道结构的耐久性提供基础保障条件；同时本发明所提供的一种采用抗渗喷射混凝土的防水喷层结构简单，施工便利，亦可在其他岩层上作为防水结构层，应用范围广阔。

附图说明

图1为用于说明本发明一个实施例的结构示意图；

图2为用于说明本发明一个实施例中临时引流系统的结构示意图；

图3为用于说明本发明一个实施例中排水盲管的剖面结构示意图；

图4为用于说明本发明另一个实施例的结构示意图；

图中，1为临时引流系统、11为横向排水盲管、12为纵向排水盲管、13为透水布、14为植物秸秆填料、15为卡扣、16为阀门开关、17为随机排水盲管、2为混凝土喷层、21为首层混凝土喷层、22为第二层混凝土喷层、23为第三层混凝土喷层、3为排水沟、4为注浆孔、5为渗水位置、6为裸岩层、7为施工缝。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步阐述。

参考图1所示，本发明的一个实施例是一种采用抗渗喷射混凝土的防水喷层结构，该防水喷层结构包括临时引流系统1与混凝土喷层2，其中混凝土喷层2置于临时引流系统1的外部，并且临时引流系统1需由混凝土喷层2封闭；结合图2所示，更为重要的是，前述临时引流系统1中包括多根横向排水盲管11，多个横向排水盲管11的端部用于与排水沟3相连通，多个横向排水盲管11之间还设有多根与之相连通的纵向排水盲管12；并且前述的横向排水盲管11与纵向排水盲管12均为透水布13包裹植物秸秆填料14的结构。前述的植物秸秆填料14经过预处理后，遇水后期会完全降解为溶于水的成分，且外包透水布，便于岩层渗水透过透水布与秸秆填料相接触，进而阻止水继续渗漏，渗水按照网状临时引流系统1的设置，逐步流入预留的排水沟内。

一般而言，上述的混凝土喷层2为至少两层，并且为方便施工，每层混凝土喷层2均由多块喷层单元构成，每次施工一块喷层单元，且相邻的两块喷层单元之间设有施工缝7；相邻两层混凝土喷层2的施工缝7相互错开，以进一步防止渗水，并且上下两个施工缝7相互错开的距离至少需为300mm；根据实际的需要，亦可如图4所示的将混凝土喷层2设置为依次叠加的三层。

在本实施例中，临时引流系统1直接安装固定在裸岩层上，裸岩层与临时引流系统1之间没有其他隔层，临时引流系统1中的排水盲管可对渗水起到引流和控水的作用，使渗水由排水盲管流入排水沟，避免混凝土作为永久防水结构时在抗渗性未形成前被水所侵蚀，使喷层结构实现自防水，御水于传统的支护与衬砌结构之外，效果可达一级防水标准，尤其适宜于在隧道的围岩上安装使用，为隧道结构的耐久性提供基础保障条件。

在本发明的另一及实施例中，发明人还对上述混凝土喷层的材质进行了改进，即用于形成混凝土喷层2的混凝土材质为以重量份计的酸盐水泥0.5至1.5份、硅粉0.1至0.2份、矿粉0.4至0.5份、级配砂2.5至3.5份、级配碎石2.3至3.2份、纤维素纤维0.01至0.03份、减水剂0.015至0.030份、拌合用水0.6至0.7份。在本实施例中，前述的酸盐水泥的重量份数比优选为1份；

正如上述所提到的，上述用于形成混凝土喷层的材料采用为二元活性粉体复掺及纤维素纤维的超高强抗渗防水喷射混凝土材料，包括水、水泥、骨料、活性粉体外掺料、外加剂和纤维材料。上述活性矿物粉体外掺料为矿粉和硅粉，上述外加剂为减水剂和无碱液体速凝剂，上述纤维材料为纤维素纤维。其中纤维素纤维、减水剂、无碱液体速凝剂以及活性矿物粉体外掺料的加入量分别为总胶凝材料质量的：0.2%至0.4%、1%至1.2%、6%至8%、30%至38%。上述超高强抗渗防水喷射混凝土材料具体指其抗渗能力达到p12至p40、抗压强度达到c30以上。同时为了进一步实现防水喷射混凝土材料的超高强抗渗防水性能，作为优选，上述防水喷射混凝土的水胶比为0.38至0.45，砂率为45%至55%，胶凝材料与骨料质量比为1:3.7，胶凝材料为水泥和活性矿物粉体外掺料质量总计。骨料（级配砂与级配碎石）的中的细骨料细度模数范围在2.7至3.2之间，粗骨料的粒径符合5至15mm连续级配。

参考图2所示，为方便对网状的临时引流系统1进行排水控制，从而进一步验证整体防水喷层结构的防水效果，可再在上述横向排水盲管11上增设注浆孔4，并且该注浆孔4贯穿至混凝土喷层2的外部，通过前述的注浆孔4，可对防水喷层结构进行局部或整体的注浆封堵，建立注浆防渗圈，以实现防水喷层结构的分区控水和防水。同时，为使横向排水盲管11与纵向排水盲管12能保持连通隔，在两者连通的位置均通过pvc半圆三通管覆盖；

进一步的，上述临时引流系统1的布设方法为，在对裸岩层6进行预处理后，在裸岩层6的两侧设置排水沟3，然后在裸岩层6上布设上述的横向排水盲管11，其间距一般为3m，亦可根据地下渗漏水2情况进行加密布设，横向排水盲管1的两端与排水沟6联通，横向排水盲管11与排水沟6连通的端部与波纹管相连通，该波纹管与排水沟3相联通，且还需在波纹管上安装阀门开关16；在两条横向排水盲管11之间设置纵向排水盲管12，该纵向排水盲管12可垂直于横向排水盲管11布设，也可沿裸岩层6的裂隙斜向布设，也可根据地下渗漏水情况进行加密布设，与相邻两条横向排水盲管11保持联通，正如上述所提到的，两者联通关节处采用pvc材质的半圆三通管进行覆盖保护，并且每相邻的两根横向排水盲管11之间的纵向排水盲管12相互错开。

根据本发明的另一个优选实施例，上述裸岩层6为隧道内壁的岩层，横向排水盲管11均与隧道内壁的弧度相一致，亦可称之为环向排水盲管，且与隧道内壁岩层的渗水位置5相对应；而上述的排水沟3可位于隧道的边墙的底部，且延伸方向与隧道的走向相一致。

另一方面，为使临时引流系统1能覆盖岩层上的零星渗水部位，还可在临时引流系统1增设随机排水盲管17，并且该随机排水盲管17需至少与任意一根横向排水盲管11或纵向排水盲管12相连通；与上述的排水盲管相同，随机排水盲管17也为透水布13包裹植物秸秆填料14的结构。并且该随机排水盲管17需与裸岩层6上的零星渗水处相对应；同样的，随机排水盲管17与横向排水盲管11或纵向排水盲管12之间的连通位置也可通过pvc半圆三通管覆盖。

上述横向排水盲管11、纵向排水盲管12以及随机排水盲管17的断面构造如如图3所示，一定直径的植物秸秆填充材料14表面整体外包透水布13，例如透水土工布，间隔一定长度采用马鞍形的金属卡扣和水泥射钉紧贴岩层的表面进行固定安装。

本发明的另一个实施例是一种防水喷层结构的施工方法，即上述防水喷层结构的施工方法，该方法包括并优选按照如下步骤进行操作：

步骤s1、在预处理完毕的裸岩层6上布设固定横向排水盲管11与纵向排水盲管12，将横向排水盲管11的两端与裸岩层6两侧的排水钩相连通，横向排水盲管11与纵向排水盲管12的布设数量根据裸岩层6的面积以及渗水量确定；布设完毕后，即可在裸岩层6上形成临时引流系统1，该临时引流系统1在裸岩层6呈网状；前述的临时引流系统1也可根据裸岩层6的面积进行分段布设；

在本步骤中，对裸岩层6表面浮渣和危岩进行打磨或开凿处理，对裸岩层6上较大地下渗漏水通过“防、排、堵、截”措施进行处理；

步骤s2、称取以重量份计的酸盐水泥0.5至1.5份、硅粉0.1至0.2份、矿粉0.4至0.5份、级配砂2.5至3.5份、级配碎石2.3至3.2份、纤维素纤维0.01至0.03份、减水剂0.015至0.030份、拌合用水0.6至0.7份；并将其加入搅拌机内搅拌均匀后得到可用于喷射施工的混凝土，待用；

步骤s3、使用湿喷机械向裸岩层6上喷射混凝土，使之覆盖临时引流系统1并达到预设厚度，从而形成首层混凝土喷层21；在实际施工过程中，本步骤循环进行，每进行一次，形成一块首层混凝土喷层21的喷层单元，直至覆盖裸岩层6上的全部临时引流系统1；多块喷层单元之间形成施工缝7，施工缝7与裸岩层6上的渗水处相对应；

超挖的地段的首层混凝土喷层21无需喷射至圆顺平整，可沿岩层有所起伏，满足设计承载能力和支护安全的厚度即可；待首层混凝土喷层21分段施作累一定长度区域，并且该区域的喷层均已养护7天后，对该区域内的首层混凝土喷层21的质量进行检查和评估，并进一步的对局部缺陷进行处理，如出现局部渗漏水，仍可采用凿槽并布设随机排水盲管17对渗漏水进行引排。

步骤s4、待首层混凝土喷层21养护完成后，再使用湿喷机械向首层混凝土喷层21喷射混凝土，使之覆盖首层混凝土喷层21，从而形成第二层混凝土喷层22，待第二层混凝土喷层22养护完毕后，养护周期一般在7天左右，裸岩层6上的防水喷层结构即施工完成。同样的，在施工过程中，本步骤循环进行，每进行一次，形成第二层混凝土喷层22的一块喷层单元，直至覆盖全部首层混凝土喷层21，第二层混凝土喷层22的多块喷层单元之间形成施工缝7；且第二层混凝土喷层22相邻两块喷层单元之间形成施工缝7，与首层混凝土喷层21相邻两块喷层单元之间形成施工缝7相互错开；

第二层防水喷层22对首层防水喷层21及其施工缝7和局部缺陷的完全覆盖，使得两层结构的内部缺陷与裂纹难以贯通；

在本实施例中，亦可在步骤s1中在横向排水盲管11上安装一个柱状隔离模具，在步骤s3和s4喷射混凝土的过程中，使首层混凝土喷层21与第二防水喷层上自然形成注浆孔4；在步骤s4结束后，根据防水效果和排水流量的整体观测和评估结果，通过注浆孔4进行注浆封堵；除此之外，还可在步骤s1中在横向排水盲管11与排水沟3连通的端部上安装波纹管，再在波纹管上安装阀门开关16；在步骤s4结束后，根据防水效果和排水流量的整体观测和评估结果，利用阀门开关16对横向排水盲管11的排水量进行控制；从而建立注浆防渗圈，以实现防水喷层结构的分区控水和防水。

当上述的防水喷层结构在隧道中使用时，隧道的围岩即为上述裸岩层，上述的步骤s1至s4不断循环，直至施工完成。

根据本发明的另一个实施例，根据设计厚度，亦可继续使用湿喷机械向第二层混凝土喷层22喷射混凝土，使之覆盖第二层混凝土喷层22，从而形成第三层防水喷层23，如图4所示，待第三层防水喷层23养护完毕后，裸岩层6上的防水喷层结构即施工完成；

与上述防水喷层结构相对应，在步骤s1中，在横向排水盲管11与纵向排水盲管12安装完毕后，再在裸岩层6上的零星渗水处布设固定随机排水盲管17，并使随机排水盲管17与任意一根横向排水盲管11或纵向排水盲管12相连通；另外，在步骤s3结束后，即首层混凝土喷层21施工完毕后，如在检查和评估过程中发现渗水，仍可在首层混凝土喷层21上凿槽并布设随机排水盲管17对渗漏水进行引排。

除上述以外，还需要说明的是在本说明书中所谈到的“一个实施例”、“另一个实施例”、“实施例”等，指的是结合该实施例描述的具体特征、结构或者特点包括在本申请概括性描述的至少一个实施例中。在说明书中多个地方出现同种表述不是一定指的是同一个实施例。进一步来说，结合任一实施例描述一个具体特征、结构或者特点时，所要主张的是结合其他实施例来实现这种特征、结构或者特点也落在本发明的范围内。

尽管这里参照本发明的多个解释性实施例对本发明进行了描述，但是，应该理解，本领域技术人员可以设计出很多其他的修改和实施方式，这些修改和实施方式将落在本申请公开的原则范围和精神之内。更具体地说，在本申请公开、附图和权利要求的范围内，可以对主题组合布局的组成部件和/或布局进行多种变型和改进。除了对组成部件和/或布局进行的变型和改进外，对于本领域技术人员来说，其他的用途也将是明显的。