深层排水隧道管片预制PVC防水及防腐技术

深层排水隧道管片预制PVC防水及防腐技术

江诚

广州轨道交通建设监理有限公司 广东 广州 510010

摘要：针对广州市深层隧道排水系统东濠涌试验段工程盾构隧道防水及防腐的施工难题，为了保证后期运行过程中隧道防水及防腐的要求，通过在管片内弧面预制带T型条的PVC材料，隧道拼装成型后再通过贴PVC板封堵环、纵缝及手孔的施工方法，确保隧道防水及防腐的要求。

关键词：深层隧道；全国首创；预制带T型条的PVC；防水及防腐

广州市存在降雨量大、暴雨频繁和城市空间拥挤的问题，但对中心城区现有浅层排水系统改造困难   极大。针对广州市老城区“截污”、“初雨污染”和“内涝”三方面的排水问题，建设深层隧道排水系统是一种有效手段。污水隧道常采用的隧道形式为顶管隧道，但顶管隧道的截面直径一般为800~3000mm，当面对暴雨等需满足较大排水量的时候可能出现排水能力不足的情况。故业界希望通过对盾构隧道进行合理地设计和改进，形成一种新的排污隧道形式；排污隧道作为水工隧洞，隧道内部的防水和防蚀是隧道正常运行的关键。经探讨分析，在盾构管片内弧面预埋厚度为 2mm的 PVC内衬作为防水防蚀结构。该防腐系统包括多个衬砌管片和嵌装在各衬砌管片内壁上的防腐内衬，极大地增强了管片结构的耐腐蚀性；衬砌管片拼装完成后，对防腐内衬之间的缝隙和防腐内衬上的孔洞等局部无防腐内衬部位进行热熔搭接处理，保证了盾构隧道具有可靠的整体密闭性。

1、工程概况

广州市深层隧道排水系统东濠涌试验段工程盾构隧道分为两个区间段，分别为中山三路竖井~尾端竖井区间、中山三路竖井~东风路竖井区间，两次始发两次到达，两个始发端头为中山三路竖井南北端头，两个到达端头分别为东风路竖井及尾端泵站。中山三路竖井～东风路竖井区间长度424.890m，中山三路竖井～尾端竖井及泵站区间长度1315.916m，盾构区间总长1740.806m。区间最大转弯半径R=300m，最大坡度0.2%，采用衬砌管片外径Ø6000，内径Ø5300，t=350，宽1.5m，管片采用内衬厚度2mmT型键PVC板进行污水管道的防腐，PVC板在管片制作时通过T型键嵌固在管片内径内，环缝、纵缝、吊装孔、手孔位置后期通过焊接成一个封闭的整体。

图1管片内壁腐蚀示意图

2、水文地质

深隧工程场区地下水主要有人工填土层中的上层滞水、第四系冲积砂层孔隙潜水、承压水及基岩层风化裂隙水。

（1）填土上层滞水

场区内人工填土层分布较广，地势低洼地段厚度较大，结构疏松，含上层滞水，季节性明显，在雨季水量较多，在旱季水量较少，但总体上水量不大。

（2）孔隙潜水

海陆交互相沉积层淤泥质粉、细砂层〈2-2〉，上更新统冲积层粉、细砂层〈3-2〉、中、粗砂〈3-2〉孔隙中，砂层孔隙水主要为承压水，局部地段含水砂层直接位于人工填土层之下，则为潜水，孔隙水主要接受大气降水的渗入补给和河涌水的侧向补给。

（3）基岩层裂隙承压水

碎块状强风化岩，中～微风化岩裂隙发育地段，断裂带以及溶蚀孔洞发育地段含裂隙承压水。本工程在断裂带及溶蚀孔洞发育地段钻进过程发生漏水现象表明溶蚀孔洞发育地段及断裂带含水量较为丰富，其他地段含水量较弱，基岩裂隙水主要接受孔隙含水层的越流补给和上游地下水径流的侧向补给。

根据地质资料，场地地下水混合稳定水位埋深一般位于1.70～4.60m，标高3.2～8.2m。

（4）地下水腐蚀性

地下水对混凝土结构部分地段“微腐蚀”性，部分地段具“弱腐蚀～中等腐蚀”性，地下水对钢筋混凝土结构中的钢筋“微腐蚀”性。

3、预制PVC材料组成及主要性能指标

本工程防腐采用预埋带T型条的2.0mmPVC材料，主要是参考美国标准A.S.T.M.D.412、A.S.T.M.D.543及台湾标准《聚氯乙烯防蚀衬里片》，结合国家建材行业标准《内衬PVC片材混凝土和钢筋混凝土排水管》（JC/T2280-2014）的规定，PVC片材由合成树脂、填料、着色剂和润滑剂等材料配制而成，要求其力学性能和电性能优良、耐酸碱力极强、化学稳定性好、且软化点低。PVC片材物理性能和耐化学试剂性能参见下表

4、PVC防腐系统组成及施工方法

隧道管片预制PVC防水及防腐系统，包括多个衬砌管片和嵌装在各衬砌管片内壁的防腐内衬，各衬砌管片与防腐内衬共同拼装衬砌形成管状，各衬砌管片之间具有接缝，各防腐内衬之间通过热熔搭接形成一体。

衬砌管片由钢筋混凝土浇筑形成，防腐内衬采用聚氯乙烯（PVC）防腐片材构成，衬砌管片与防腐内衬是一体浇筑形成的，作为优选，聚氯乙烯防腐片材侧面具有多个锚固在钢筋混凝土管片内壁上的固定键，以提高防腐内衬与衬砌管片的结合力，避免防腐内衬脱落，该固定键优选为“T”型键。

在盾构隧道管片拼装完成后，对衬砌结构中存在的接缝、螺栓手孔以及管片内表面受施工影响破损等部位，通过后补片段防腐内衬并通过热熔焊接方法对其封堵，从而构成密封一体的防腐片层，具体地，各防腐内衬之间留有缝隙作为热熔搭接区域，在缝隙上热熔搭接有片段防腐内衬以将相邻防腐内衬连接形成一体，各衬砌管片上具有螺栓手孔，各防腐内衬上位于螺栓手孔处留有孔洞作为热熔搭接区域，在螺栓手孔内填充封堵可塑料，在防腐内衬的孔洞上热熔搭接有片段防腐内衬以对该孔洞进行封堵，通过后补片段防腐内衬并通过热熔连接处理，可在隧道内形成封闭一体的防腐片层，有效减少腐蚀性物质对管片结构的侵蚀，也消除了盾构隧道在管片接缝处易渗漏的缺陷。

本工程PVC防腐片铺张过程中须做好以下几点：① PVC防腐片张铺需有专人负责；

② 张铺前先检查模具内表面是否仍留有混凝土残积物，如有应通知清模人员返工清洁；

③ PVC防腐片预留洞口及边角位置必须与模具底部粘贴牢固，防止溢浆；④ 张铺完成后，必须由现场施工员进行检查，检查合格后，方能进行下一道工序。

5、内衬PVC材料的堆放受压计算

管片一般采取每环6块进行叠放，根据深隧管片设计图纸计算，每环管片重按25t进行考虑。堆放示意图如下，管片码放对内衬PVC材料的受压进行验收。

管片码放验算受力均按照最不利条件进行考虑，管片垫条尺寸按150×100×1500（宽×高×长）取值，管片每环重25t，标准块单块管片重5t，标准块管片夹角均为72°。

最下层管片内侧上PVC为最大受力点，按垫条垫放在管片两端进行验算：

PVC材料受压力N=200/（2×cos36°）=123.6kN（第一层管片内衬PVC上压放5块管片重20t）

PVC受压强度P=N/（0.15×1.5）=445kPa=0.445MPa

综上计算可知，管片码放六层内衬PVC材料受压符合受力要求。

6、隧道结构PVC防腐层保护及修补施工措施

由于本工程为深层隧道污水工程，隧道考虑结构防腐，管片内防腐采用预埋带T型条的2.0mm PVC材料，隧道拼装成型后再通过后贴PVC板封堵环、纵缝及手孔。盾构施工过程需对管片内衬PVC板进行保护，包括轨枕铺设、隧道内支架架设、隧道清理及管片拼装过程，均要做好相应保护措施。

隧道内衬防腐PVC板厚度只有2mm，施工过程所有隧道管路支架的安装、轨枕及清理均需进行特殊保护。

（1）特殊轨枕

目前隧道内使用列车行走轨枕均为定制弧形轨枕，弧形轨枕其与管片接触面积较大，传力效果较好，为减小钢结构对PVC板影响，轨枕底部加粘一层10mm厚软木垫作为缓冲，减少轨枕对PVC板压力破坏。

图3 弧形轨枕示意图

（2）管线支架保护

常规管线支架是固定手孔螺栓上，但是架子下垂一端往往与管片表面接触，为避免支架边角割破或压破PVC板，所有支架下井前需边角打磨处理，边角位置较为尖锐部分采用胶皮包裹，隧道内放置需轻拿轻放放置材料位置隧道底部需垫胶板。

（3）人行走道板

走道板安装过程最PVC板破坏最为严重，特别是与管片接触一侧，安装及人员走动过程均容易伤及PVC板，所以在支架上需增加限位钢筋，放置走道板安装后移动触碰PVC板。

图4 走道板安装示意图

（4）隧道内清理

盾构掘进及渣土运输过程中隧道内落物，全部采用扫把及胶铲清理，水泵底部加装胶皮，清理过程严禁铁质品接触隧道表面。

（5） PVC板修补

管片内衬改性PVC层发生局部损伤，应根据损伤类型的不同进行相应修补：

①损伤类型为点状或者线状时时，例如针眼或小的刮伤或磨损等造成损伤，直接采用PVC进行覆盖焊接修补，重新覆盖尺寸应比原来修补处周边大40mm。

②当损伤类型为块状时，宜将损伤部位切除，先使用填补材料进行修补，再在填补材料背面涂上合成聚氨酯粘胶贴到损伤部位，同时采用PVC焊接带焊在破损搭接处进行覆盖。

③当PVC板出现凹陷时，先切除该位置PVC板，清理干净后，再用修补砂浆封堵，然后用PVC板焊接修补。

④PVC板焊接工艺

采用专用的热熔工具将其焊接成整体，焊接PVC板搭接宽度不少于40mm，焊缝宽度不少于20mm：

a.焊接工序分为三步：

点焊：预热焊枪4分钟时间左右，然后沿PVC防水板搭接边内侧点焊固定防水板。

预焊：沿搭接边的内侧，从点焊的位置开始进行预焊约20～30mm宽。

终焊：沿搭接边外侧，将没有焊接的部位焊接密实，且沿着搭接边外缘有溶浆溢出。

对于焊缝搭接的处理，要求被压焊一侧的PVC防水板用锋利的小刀削成坡形，并且放慢该段焊接的速度，确保搭接处的质量。

b.焊缝检查：沿焊缝外边缘观察是否有均匀发亮的溶浆溢出，不能有烧焦现象，否则进行修补。然后再用平口螺丝刀或钩刀沿焊缝外边缘稍用力，检查是否有虚焊，漏焊部位，如果有漏点，应及时作好标记并修补。

7、与常规防水及防腐层的对比情况

目前，盾构隧道主要是由预制钢筋混凝土管片通过连接螺栓拼接而成，预制钢筋混凝土管片在拼装完成后存在大量的纵向接缝和环向接缝，当将盾构隧道应用于深埋大断面排水管道工程时，因污水中还有硫酸盐、硫氰酸、镁盐与铵盐等无机盐成分，其对混凝土具有较强的腐蚀作用，会对混凝土材料造成损坏，引发昂贵的后期维护费用；

现有常规做法是在钢筋混凝土管片拼装完成后，将防腐材料直接涂抹黏贴在管片内壁上来实现防腐，但是，该种处理方式使用年限短，且难以修复、更换，耐久性较差，不能满足市政排水隧道长久使用的需求。

使用此带内衬PVC板盾构隧道管片内防腐系统中，衬砌管片内壁嵌有防腐内衬，极大地增强了管片结构的耐腐蚀性；衬砌管片拼装完成后，对防腐内衬之间的缝隙和防腐内衬上的孔洞等局部无防腐内衬部位进行热熔搭接处理，保证了盾构隧道具有可靠的整体密闭性，防止水气渗入到管片壁。

8、结语：

  深层排水隧道管片预制PVC防水及防腐系统取材便利，施工工艺成熟且工程造价不高，对于在深层环境下，由管片内衬预制PVC拼装而成的排水隧道，既隔离了腐蚀性物质对管片结构的侵蚀，也消除了盾构隧道在管片接缝处易渗漏的弊端，具有良好的应用前景。

参考文献：

[1]柳献，张宸，叶宇航，杨先华，魏立新.深层盾构排水隧道PVC防水防蚀内衬力学性能试验研究[J].隧道建设，2016（12），36：1429 -1433。

[2]惠君成．ＰＶＣ防水卷材在地下防水工程中的应用[J].山西建筑，2010（15），36：147－149。

1