刘帅鹏，许志东

(1.南水北调中线干线工程建设管理局河南直管局，郑州 450000；2.葛洲坝集团第三工程有限公司，湖北 宜昌 443000)

喷涂聚脲防渗技术在有压输水隧洞中的应用

刘帅鹏，许志东

(1.南水北调中线干线工程建设管理局河南直管局，郑州 450000；2.葛洲坝集团第三工程有限公司，湖北 宜昌 443000)

喷涂聚脲防渗技术虽然在我国水利工程中使用已有十余年时间，但在大直径预应力混凝土有压输水隧洞中的应用还较少。文章就聚脲喷涂防渗技术在南水北调中线穿黄工程中的应用及防渗效果进行了简要的总结与探讨。

聚脲防渗；大直径有压输水隧洞；应用；施工方法

1 工程概况

南水北调中线穿黄工程是整个南水北调中线的标志性、控制性工程。穿黄隧洞采用双洞过河方案(分别为：上游洞和下游洞)，中心线间距为28 m。隧洞为盾构法施工的双线大型高压输水隧洞，单洞全长4 250 m。

盾构隧洞为预应力复合衬砌结构，根据隧洞所处位置地质结构情况，设计为内、外衬之间由排水弹性垫层分隔，排水垫层内水通过隧洞底板排水管排向隧洞北岸集水井。

内外衬分别独立工作，外衬只受洞外土、水压力，内衬承受隧洞内水压力；外衬为拼装式钢筋混凝土管片结构，厚度40 cm，内径7.9 m；内衬为现浇预应力混凝土结构，厚度为45 cm，成洞内径为7.0 m。

洞身衬砌分节施工，标准节长9.6 m，内衬管节之间设置2 cm宽结构缝。隧洞运行期最大水压力0.55 MPa。

2 内衬防渗施工材料性能选择要求

穿黄隧洞特殊的结构型式要求隧洞内水不能对外衬拼装结构产生压力。

根据隧洞结构型式要求，对内衬防渗材料选择必须满足以下要求：

1)不能改变接缝伸缩工作特性，满足抵抗0.55 MPa水压的要求[1]。

2)耐久性好，耐老化、耐水、防冲刷(流速约4.3 m/s)，能满足长期运用要求。

3)处理材料无毒、满足不污染水源的要求。

经综合考虑结合其他水利工程运用实践，决定采用喷涂聚脲弹性体材料进行防渗处理。

3 施工范围

穿黄隧洞内衬聚脲施工范围主要包括：隧洞各管节间伸缩缝、锚具槽、底板通信光缆和监测电缆手孔周边混凝土施工缝、纵向施工缝等[2]。

典型环向管节间伸缩接缝处理封闭范围参见图1。

图1 典型环向管节间伸缩缝聚脲封闭范围

喷涂聚脲范围沿缝两侧及缝端各延伸150 mm进行喷涂覆盖。结构缝沿环向喷涂一周。环向各管节间伸缩缝单洞共喷涂约3 086 m2，锚具槽周边混凝土施工缝等需喷涂约10 883 m2[3]。

4 施工方法

施工方法包括2项内容：表层柔性止水施工材料和施工工艺及施工方法。

4.1 表层柔性止水施工材料

4.1.1 喷涂

喷涂聚脲弹性体材料型号为SPUA—SKJ，日本配方中国生产，性价比较高，此材料干燥速度快(5～13 s)，适合于立面及任意曲面喷涂。材料的延伸率、撕裂强度等各项综合性能指标高，无毒、并满足不污染水体、产品有害物质含量符合JC 1066—2008标准中反应型防水涂料A型的环保要求，而且耐久性好，耐老化，耐水、防冲刷，基本性能指标需满足《喷涂聚脲防水涂料》(GB/T 23446—2009)的要求。适合于各种土木建筑、水利工程。

4.1.2 底涂

本底涂现场调配方便，使用简单，适应长期水中浸泡。

根据穿黄工程特点，采用环氧型底涂涂刷第一遍然后使用环氧腻子进行缺陷修补，待腻子表干后进行第二道环氧型底涂涂刷(封闭腻子)，表干(12 h)后48 h内涂刷聚氨酯类底涂。

专用底涂(以下简称底涂)涂在打磨基面上，介于打磨基面与聚脲涂层之间，用于提高黏结力[4]；要求底涂与打磨基面、底涂与聚脲涂层之间的黏结力均大于2.5 MPa。

底涂技术指标需满足《建筑防水涂料试验方法》(GB/T 16777—2008)规定的要求。

4.2 施工工艺及施工方法

4.2.1 施工工艺流程

打磨、切槽—基面清尘—采用汽油喷灯烘干表面明水—喷涂区域外保护—第一道环氧底漆—环氧腻子修补—刷第二道环氧底涂(封闭腻子)—刷聚氨酯底涂—表层喷涂聚脲施工—养护—质检。

4.2.2 施工方法

施工方法包括以下7个方面：基面处理、烘干表面明水、底涂施工、贴边保护、喷涂施工、聚脲修边和养护。

4.2.2.1 基面处理

1)对需封闭范围的内衬表面采用砂轮打磨，要求磨出新鲜混凝土面，不留阶坎；在封闭范围边缘设倒三角嵌槽，如图2。

倒三角嵌槽务必定位准确，采用砂轮打磨以形成嵌槽，并满足宽度和深度要求；对局部性缺陷采用强度≥45 MPa的水泥砂浆修补，要求达到实干后，再次打磨。

2)打磨完成后，用高压风清扫，不得留有泡沫板残渣、混凝土灰渣和尘土，以形成新鲜基面。

图2 聚脲嵌槽大样图

4.2.2.2 烘干表面明水

因洞内潮湿，打磨后的基面短时间易有凝水出现，因此，在刷底涂前使用煤气喷灯对表面明水进行短时间的烘干处理，且不使打磨的混凝土表面温度升高过高为宜。

4.2.2.3 底涂施工

底涂施工的工作步骤为：

1)双组份环氧型的底漆材料用搅拌机充分搅拌(搅拌5 min)。

2)将环氧底漆Ⅰ采用涂刷方法均匀涂布。

3)环氧底漆刷完后24 h内刮涂无溶剂环氧腻子(最短可在刷涂完底漆Ⅰ后马上刮涂腻子)。

4)环氧腻子表干后进行第二道底漆Ⅰ的施工，底漆施工12 h后，48 h内，进行聚氨酯底漆涂刷。如果时间间隔超过48 h。如果时间间隔超过48 h，需要重新刷涂(或刮涂)一遍底漆Ⅰ，再进行下一步施工。需要重新刷涂(或刮涂)一遍底漆Ⅰ，再进行下一步施工。

5)3～4 h聚氨酯底漆干燥后进行下一步聚脲施工。

4.2.2.4 贴边保护

为了避免对喷涂工作面以外的混凝土面造成污染，同时为了保持聚脲喷涂面的整洁，需要对聚脲喷涂面两侧使用双面胶黏贴牛皮纸或其他材料进行贴边保护。

4.2.2.5 喷涂施工

1)喷涂前必须检查，并确认喷涂设备吐出量正常。

2)同一位置喷涂遍数≥2遍。为了保证喷涂厚度均匀，喷涂时，喷枪口与喷涂面保持80～100 cm的距离，走枪以一枪覆盖住前一枪的3/4～4/5为准，按约每两秒一步的行进速度控制。

第1遍尽可能喷薄一些，走枪速度要稍快，同一位置喷涂第1遍后，应待涂层凝固1 min左右后，再喷第2遍。

3)聚脲喷涂厚度：喷涂施工时，喷枪手应严格控制行走速度及喷涂遍数，以满足≥喷层厚3 mm的要求。

4)聚脲喷涂施工宜在环境温度10 ℃～50 ℃，相对湿度<85%的条件下进行。

5)喷涂施工时应保证表面平整，表面无气孔、气泡、褶皱；涂层厚度要均匀，层间不得有水或灰尘，确保各层黏结良好。

6)聚脲喷层厚度应≥3 mm，两端应嵌入内衬内壁面的三角嵌槽

7)喷涂时需做好劳动保护。

4.2.2.6 聚脲修边

喷涂完成后，及时对聚脲边缘进行修整，以达到平整美观的效果。

4.2.2.7 养护

施工完成后，应注意养护，尤其是车道平台底部喷涂范围，应采取防护措施避免完成喷涂的聚脲受损。

4.2.3 施工面保护

1)喷涂作业面需要使用大功率风扇做防尘处理。

2)每一步施工前需要使用吸尘器等除尘措施进行彻底清理。

3)涂刷底涂后需使用保护罩对工作面进行保护，施工完成后等强阶段也需要使用保护罩进行成品保护。

5 施工质量控制要点及质量检测

施工质量控制要点：

1)本工程隧洞夏季期间洞壁潮湿，不能满足聚脲施工基面干燥的条件，保证聚脲底涂基面以及喷涂基面干燥，是保证聚脲施工质量的关键。

2)隧洞线线路达4.25 km，聚脲基面打磨施工与喷涂施工必须同期在洞内进行，如何避免粉尘污染也是保证聚脲施工质量的关键。

质量检测严格按照《喷涂聚脲防水工程技术规程》要求的方法执行。

6 聚脲施工防渗效果总结

喷涂聚脲施工分两期进行，一期仅对各管身间伸缩缝进行环向喷涂聚脲防渗，一期喷涂施工后对隧洞进行了充水试验，洞内水深达21 m时，上、下游洞渗漏量分别为40.1 L/s和25.89L/s。

考虑到隧洞结构安全，并退水后对隧洞进行了排查，确定对隧洞锚具槽、纵向施工缝、底板通信光缆手孔和监测电缆手孔等可能渗水的部位防渗进行二期施工，处理完毕进行了继续充水试验，洞内水深达55 m时，上、下游渗漏量分别为5.6 L/s和15.7 L/s。

实践证明，在本工程中聚脲防渗起到了明显的作用。

7 结 语

用聚脲对结构缝、施工缝等存在渗水可能的部位进行封闭施工，可大大降低输水结构的渗漏量，且能承受较大的水压力。

本工程实践过程中采用汽油喷枪加热驱潮、增加通风设备以及及时对已处理基面进行覆盖防尘，很好地解决了潮湿和粉尘问题。

从本工程实际使用聚脲喷涂效果来看，喷涂聚脲在大直径有压隧洞中的防渗效果还是显而易见的。值得在其他类似工程中借鉴使用。

[1]李伟，艾久红.喷涂聚脲防渗材料在山口岩水库大坝上的防渗应用[J].江西水利科技，2014,40(01)：31-33.

[2]孙志恒，喻建清.300m级拱坝喷涂聚脲防渗仿真模型试验及应用[J].水利水电科技进展，2009,29(06)：49-53.

[3]李建波，杨洁，李炳奇.高坝迎水面聚脲防渗涂层耐击穿实验装置改进及应用[J].水电能源科学，2013,31(11)：195-197.

[4]邓汉鹏，颜再荣.聚脲在锦屏水电站拱坝裂缝防渗处理中的应用[J].水力发电，2013,39(09)：42-44.

1007-7596(2014)12-0203-03

2014-10-30

刘帅鹏(1977-)，男，河南禹州人，助理工程师；许志东(1979-)，男，河南民权人，工程师。

TV441；TV698.23

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