第一篇：勞亞爾砂漿防水劑在地下工程中的應用

勞亞爾砂漿防水劑在地下工程中的應用

地下室滲漏問題是建筑物較為普遍的質量通病。據中國建筑防水協會近日發布的2013年全國建筑滲漏現狀調查報告顯示，全國多數城市地下室滲漏率超過70％。

地下防水工程是一個系統工程，所涉及的范圍非常廣泛。包括建筑防水設計、防水材料的應用和施工、防水工程的質量管理與維護等方面。

防水材料的正確應用是確保防水質量的重中之重。地下室結構外的防水通常在背水面進行，這就對防水材料提出了更高的要求，與基面的粘接力和耐久性能是重要的參考指標。隨著建筑技術越來越成熟，建筑物結構越來越穩固，為剛性防水材料的應用提供了廣闊空間。剛性防水材料（砂漿防水劑）是依托水泥砂漿存在，其最大的優勢就是能夠與基面成為整體，施工后無須再做保護層，并且防水年限長，只要建筑不拆，防水就永久有效。尤其是用在地下室背水面做防水層或者剛性防水保護層，都有著重要的意義。

總的來說，在地下工程中，應堅持澆筑好混凝土結構自防水及細部構造處理的同時，認真遵循“因地制宜，按需選材”的原則，切實做好工程管理與維護，將各環節有機串聯起來，才能最大化保證防水工程質量。

第二篇：地下工程在我國的應用與發展

地下工程在我國的應用與發展 摘 要： 21世紀中國的城市化進程對城市地下空間的開發利用帶來了空前的機遇與挑戰，隨著我國城市化的不斷發展與進步，人民的物質生活水平不斷提高，城市出現的擁擠的情況，這時，地下工程的建設就尤為重要。本文主要分析目前我國地下工程在我國的歷史，闡述了我國城市地下工程施工技術的關鍵技術，及地下工程建設所引發的環境問題，希望可以為我國地下工程的應用和發展起一定的借鑒作用。

關鍵詞：城市地下工程；施工技術；環境；發展趨勢 作者簡介：

the Application and the Development of the underground engineering in China

chou-xuan1

(Zhejiang University City College, Hangzhou 31000, Zhejiang，China)Abstract: 21 century China urbanization process of urban underground space development and utilization of the unprecedented brings opportunities and challenges, along with the continuous development of China's urbanization and progress, people's material life level increases, appear crowded city, then, the construction of the underground engineering, is important.This paper mainly analyzes the underground engineering in our country at present the history of our country, this paper expounds the city underground project construction technology of the key technology, and underground engineering construction which caused by the environmental problems, hope for our underground engineering application and development plays a reference.Key words: Urban underground engineering;Construction technology;Environment;Development trend

0 引 言

中國是全球第一人口大國，改革開放以來，其經濟發展速度和城市化速度目前位居世界之首。隨著經濟的發展，我國城市化水平進入了加速發展階段我國的城市化自1949 年 10.6% 曲折的發展到 1978 年時為12%。從 1990 年以來，我國的城鎮化水平已經從 18.96% 提高到1998年的30.4%，至2011年，中國城鎮人口占總人口的比重已超過50%。隨著中國改革開放和社會主義市場經濟的確立，中國的經濟步入快速發展的階段。

隨著社會生產力的巨大發展，人口和生活需求與自然資源逐漸枯竭之間的矛盾越來越突出，已引起人們的普遍關注。地球上每增加一個人，就占用一定的生活空間，它包括生態空間，即生產糧食等必需品，和供人們居住的及從事的各種活動的空間。這兩類空間都是以土地為依托，隨著人口的不斷膨脹，人類現有的生活空間是十分有限的。因此，迫切需要開拓新的空間。

國際上推出一種普遍接受的觀點：認為19世紀是“橋”的世紀，20世紀是“高層建筑”的世紀，21世紀將是人類開發和利用“地下空間”的世紀。在我國，農村、城市居民點及可耕地面積約占國土面積的15%，這樣計算，我國可供有效利用的地下空間資源總量接近1.15*1015 m3。因此，有理由認為，在城市地下空間開發利用上，地下建筑在未來相當長的時間內有著非常廣闊的前景。國際上已經把21世紀作為人類開發利用地下空間的世紀，世界各國也都作為國策去努力。我國近現代地下工程應用歷史

雖著建筑業的迅速發展，我國地下工程突飛猛進，許多大的地下建筑陸續投入使用。據不完全統計，當前我國巳建發電1600Kw以上的128座水電站中，建有引水隧洞的就有87座，占總數的68%，其中最長的引水隧洞是在施工中的引大入秦工程的盤道嶺引水隧洞，全長15．782Km，斷面最大的引水隧洞為藏工中的二灘電站導流洞，寬17．5m，高23m。在洞室施工方面，解放以來，我國已建地下廠房3O多座，且修建規模越來越大，例如，八十年代動工興建的魯布格電站裝機6O萬KW，地下廠房開挖尺寸125×17．5X 39m(長×寬

×高)，目前在建的東風電站，地下廠房尺寸達106×20×47．8m，二灘電站廠房尺寸達296X26×72．6m 在鐵路隧洞方面也有較大的發展，我國已建成并投入使用許多大型的鐵路隧洞群，其中五十年代建成的寶成線有隧洞304座，累計長84．4Km。六十年代建成的成昆線有隧洞427座，累計長340Km 八十年代，我國在勘測、設計手段上不斷改進，施工技術和機械化程度日益提高，著名的衡廣線大瑤山隧洞．全長14．295Km，是我國目前最長的鐵路隧洞，在世界已建成的長大鐵路隧洞中居第十位。

近十幾年，髓著國民經濟的發展，我國地下工程發展迅速，建設規模越來越大，施工機械化程度也不斷提高，施工組織、施工管理進一步完善。就目前國外地下工程發展水平，我國還有一定的差距與不足，特別是在勘測、設計手段上，施工機械化程度上，有待于引進、提高。

為公路隧道(road tunne1)，城市隧道占到40 左右。從這兩個國家的城市修建隧遭來看．一是在大城市，隧道的修建日益增長，二是在整個國家運輸系統中城市輸送的作用愈來愈起到重要的位作用.在上海，近年來的發展使人民感覺到城市隧道與地下工程在總的城市建設中的作用．而且隨著經濟發展，這一分量將越來越大。截止2000年上半年，上海的城市交通領域已建成了總長度達7251．5m 的黃浦江越江隧道三條、近四十公里的地鐵、16條地下過街道、黃浦江人行越江隧道1條、車行地下立交7條、各類地下車庫227座，使用面積56萬m，總泊位13000個，其中單建式地下車庫4座；在市政工程領域，包括總長達萬余公里的各種城市市政管線越江管線隧道5條 地下水庫3座(總蓄水能力達到50萬m。)、半地下雨污水泵站270余座、地下變電站2座、半地下發電廠1座、共同溝1條(近12km)；與此同時還包括已逾百萬平方米的各類民防地下工程。可以想象，如果現在的上海沒有這些隧道與地下構筑物．上海一天都不可能正常運營下去。另外，根據上海城市發展的規模 及未來的實際需求，上海共規劃有l1條地鐵和7條輕軌線，路網總長447．5km。其次上海城市人均綠化面積不僅與國際大都市有著巨大的差距，就是與全國大中城市比較，也處于落后的水平。2000年上海規劃人均綠化指標達到3．5m。，需要調整27．56平方公里的城市用地。可以看出在城市修建隧道和地下工程的必要性，而且這已成為一個社會問題，對城市的發展起著越來越重要的作用 地下工程對城市發展的作用

由于快速的工業化和人口的高度城市集中化，為緩解或從根本上解決人口增長對城市環境的壓力和威脅，修建各種城市隧道和地下構筑物在世界各國呈現急劇增長的趨勢在城市向現代化發展的同時，離開地下設施幾乎不能夠維持或者根本無法發展 一般規模的城市，其煤氣供應管道、供水、排污、電、通訊、遠距離的供熱等是必須的地下設施}在超過50多萬人口的大中城市，除以上外，還有區軌道交通、郊區火車、汽車及電車和人行走道等的運輸隧道，在人口超過數百萬的大或特大城市，還有地下購物商店(mal1)，地下文化設施(博物館等)、地下住宅、地下辦公室、地下停車場、地下行人通道、儲藏室及廢物處置地等集生活、儲存、運輸及廢物處置的地下設施。據全世界的統計，在過去的30到40年間．人口超過50萬的100多個城市修建或正要修建在地下運行的地鐵、城市軌道或快速運輸系統。截止1999年，世界上約有70個城市建有地鐵運輸系統。目前日本有運營地鐵的城市達u 個，共37條線長度約601km，其中282km在東京。東京的地鐵發展異常迅速，這與人口的增長和城市交通的擁擠是直接有關的，例如東京乘坐地鐵的人數從1955年的3．7 到今天的25，1955年每天平均乘座人數大約在3O萬人左右，而1995年增長到每天約760萬人 在德國，自1990年來，平均每年修建的運輸隧道大約有25kin，其中10到12kin 為地鐵、城市和快速運輸系統隧道，約5km為長距離鐵路隧道(railtunne1)，10km 我國地下工程常用的開挖方法

3.1我國地下工程開挖的現狀

進入21 世紀, 我國經濟快速增長, 現代化程

度明顯加快。據資料顯示, 我國城市化水平由1989 年的不到20%提高到2000年的35.7%。城市數量增加, 規模擴大, 人們的活動范圍隨之不斷擴大, 對地下空間的需求逐漸增大。隨著公共設施的大規模建設, 西部大開發和北京成功申辦2008 奧運會, 我國需要在許多領域進行地下工程的建設, 其中包括鐵路、高速公路、大中型水電站、南水北調和西氣東輸工程。而且, 現代城市建設將會有越來越多的地鐵、市政工程(排水供水管道等)、穿江隧道需要建設。當我們進行大量的地下工程建設時,選擇一個合適的開挖方法就顯得十分重要。我國地下工程走過了一條不平凡的道路, 其開挖方法大體上經歷了3 次大的技術革新: 第一次, 明挖法;第二次, 暗挖法;第三次, 盾構法。3.2我國地下工程中常用的開挖方法

我國從90年代以來，已成功地研制了直徑3.8～

6.34m的土壓平衡盾構掘進機10余臺，用于地鐵隧道、地質條件較好的工程項目。

引排水隧道、電纜隧道工程，技術水平已接近國際先進，在隧道導向技術、監控技術方面的研究也達到了國際先進。但由于我國液壓泵和閥件的加工制造水平與國外相比尚存在一定差距，在一些盾構掘進機中適量采用了國外的零部件。在直徑1.2～3m的頂管掘進機方面，我國已經先后研制了先進的反鏟頂管機、土壓平衡頂管機和泥水加壓頂管機，國內已完全有能力制造國產機械，替代進口設備。最近，上海已研制了國內第一臺3.8m×3.8m組合刀盤土壓平衡式矩形頂管機，完成了2條62m長的地下人行通道，使我國在異形盾構的開發研究方面擠入世界先進行列。在微型隧道掘進機方面，我國也已研制了直徑600～800mm的中心螺桿出土頂管機、夯管頂管機和水平定向鉆機等設備。

上海隧道工程股份有限公司機械廠是盾構掘進機專業制造廠。1995～1999年，該廠制造各類盾構32臺（其中制造46m地鐵盾構5臺，修復9臺，制造φ3～5m盾構6臺，制造φ1.5～φ3m盾構10臺，制造矩形盾構2臺）。土壓平衡盾構的設計制造技術水平已接近國際先進水平，國產化率達70％，掌握了泥水加壓盾構的設計制造技術，并制造了1臺直徑2.64m的泥水加壓盾構。在 TBM掘進機方面，已具備設計制造能力，并為國外廠商制造安裝了2臺φ4.88mTBM掘進機。1999年為廣州地鐵2號線改制了2臺φ6.lm的復合型盾構掘進機。上海隧道股份研究所具有設計開發國外各種盾構掘進機的能力，并有20余項盾構掘進機的成果獲國家、建設部、上海市科技進步獎。3.2.1明挖法

明挖法(Cut and Over 或Open Cut)俗稱對地表 開膛破肚 ,是直接在地下工程建造處進行露天開挖和支護, 然后在開挖處建造地下結構, 完工后再進行覆蓋, 恢復地貌的方法。明挖法具有施工作業面多、速度快、工期短、易保證工程質量和工程造價低等優點, 但因對城市生活干擾大、對周圍環境破壞大, 應用受到各種因素的限制。

明挖法適用于淺埋的地下工程, 可修建的空間比較大。自1950 年前后起, 東京、大阪重新開始的地鐵建設全部采用明挖法施工。目前, 我國在大面積深基坑降水和邊坡支護等方面取得了進步, 明挖法也在許多地下工程中得到了更好的使用。3.2.2礦山法

一般把埋置于基巖, 用傳統鉆爆法或臂式掘進機開挖隧道的方法稱為礦山法(Mine Tunneling Metho d), 有的文章中稱為鉆爆法。礦山法是暗挖法中目前最為常用的一種開挖方法,一般適用于線路埋深較大、礦山法具有施工工藝簡單、應用靈活、減少拆遷和交通疏解、造價合理等優點, 但礦山法也存在弊端。由于礦山法采用爆破或機械掘進開挖硐室, 對周圍巖體的擾動比較大。此外, 礦山法對地質勘探要求較高, 對圍巖地質情況的預見性較差, 需要超前地質探明和預報。

礦山法隧道施工技術在北京地鐵、廣州地鐵一號線中被廣泛應用。3.2.3盾構法

盾構法(Shield Method)亦稱掩護筒法, 是法國人1818 年發明的土層或松軟巖層中暗挖隧道的一種方法, 采用盾構頂進, 而后拼裝預制管片形成襯砌。經過近100 年左右的時間, 從氣壓盾構到泥水加壓盾構及更新穎的土壓平衡盾構的應用與發展, 已使盾構法能適用于各種條件下的施工。

盾構法施工的優點是施工速度快、精度高、振動小、噪音低,且對周圍建筑物影響較小。缺點是新型盾構購置費昂貴, 對施工區段短的工程不經濟, 成本高, 對斷面尺寸多變的區段適應能力差。目前, 在我國盾構機主要用于軟弱和富水地層(上海), 普通地層(北京)和滑移巖層(廣州)。3.2.4隧道掘進機法

隧道掘進機法, 顧名思義, 是使用隧道掘進機進行開挖的一種施工方法。隧道掘進機(Tunnel Bor ing Machine 縮寫TBM)是目前世界長大隧道施工最有效、最先進的大型綜合性施工機械之一。1851 年美國工程師Charles Wilso n 發明了隧道掘進機, 通常被認為是第一臺成功地在巖石中連續掘進的機器。另一個著名的探索是Co lo nel Beaumo nt 在1881 年發明的壓縮空氣驅動的隧道掘進機, 曾用于英吉利海峽的一條探測隧道。目前, 隧道掘進機正朝著機械、電氣、液壓和自動化一體化、智能化的方向發展。

隧道掘進機法具有快速、優質、經濟和安全等優點, 但掘進機法對具有坍塌、巖爆、軟弱地層、涌水、膨脹巖等不良地質情況的地段適應性較差。此法應用最多的是水工和污水隧洞, 這主要是因為這類隧道的斷面多為圓形的緣故。著名的英吉利海峽隧道就是采用隧道掘進機法施工的, 我國的秦嶺隧道同樣也是。3.2.5頂管法

頂管法(Pipe Jacking Method)是將預先造好的管道按設計要求分節用液壓千斤頂支承在后座墩上, 在工作基境內將管道逐漸壓人士體中, 同時將管內工作面內的泥土, 在管內開挖并運輸出來的一種敷設管道的施工技術。它是一種不需要地面開挖,又不破壞地表建筑物的比較方便適用的施工方法。

頂管法最早始于1896 年美國的北太平洋鐵路鋪設工程的施工中, 至今已有一百多年的歷史。頂管法的使用范圍十分廣泛, 除硬質巖地層以外, 其他地質情況幾乎都可使用。其優點是: 占地面積少、對周圍土體的擾動小、不破壞現有的管線和筑物正常使用;缺點是: 施工精度的保證較為困難, 容易出現頂管方向的偏移。

我國1953 年開始采用頂管法施工, 1981 年我國在浙江甬江的頂管技術已達到可頂管徑2.6m, 單邊連續一次頂進581.9m, 成為當時繼美國依里諾斯州單邊一次頂進558m 之后,世界上單邊一次頂進最長的頂管工程。如今在我國, 不論是大城市還是偏遠地區, 隧道和管道的建設都有使用頂管法。3.2.6沉管法

所謂沉管法(Immer sed T unnelling Metho d), 就是先在船塢中預制大型混凝土管段或混凝土和鋼的組合管段, 并在兩端用臨時隔墻封閉, 裝好拖運、定位、沉放等設備, 然后將管段浮運沉放到江中預先挖好的溝槽中, 并連接起來, 最后回填砂石將管段埋入原河床中。用于修建水下隧道, 是重要的越江手段之一。

自1894 年, 美國在波士頓市修建了世界上第一座混凝土(與磚)結構的沉管隧道以來, 沉管工程歷史至今已逾百年。多數地基條件均適于沉管法施工, 并能適應于縱向發生不均勻沉陷的地基。此種施工法一般完全適用于地震地區。其優點有: 管段是預制的, 質量好, 水密性好;斷面形狀無特殊要求, 可自由選擇。最主要的缺點是在沉管階段對于河道上的船舶交通的干擾, 這樣會對河流所服務的地區產生經濟上的約束。

迄今為止, 世界各國采用沉管法修建的水下隧道已達130 余座。2003 年通車的上海外環隧道是用沉管法建造的雙向8 車道的大型隧道, 為我國大陸迄今修造的第四條越江公路沉管隧道。隧道規模目前居亞洲首位, 是繼荷蘭Drg ht 隧道(同為八車道)后世界上第二大規模水底道路沉管隧道。3.2.7 新奧法

新奧法(New Austr ian Tunnelling Method, 縮寫為NATM)是新奧地利隧道施工方法的簡稱。新奧法是20 世紀60 年代奧地利人總結前人的隧道工程實踐經驗后提出的一套隧道設計、施工的新技術, 它是以噴射混凝土和錨桿作為主要文護手段, 將經驗、量測和理論相結合, 形成的一種隧道工程新概念和方法。我國也常把新奧法稱為噴錨構筑法。3.2.8凍結法

凍結法(Fr eezing Method)是指利用人工制冷 的方法把土壤中的水凍結并形成凍土帷幕, 用人工凍土帷幕來抵抗水土壓力,以保證開挖順利進行的施工方法。作為一種成熟的施工方法, 凍結法在國際上已有100 多年的歷史, 我國采用此法已有40 多年的歷史。凍結最大深度達435m, 凍結表土層最大厚度達375m,凍土強度可達5~ 10MPa。

確切地說, 凍結法不是一種開挖方法, 而是面向含水地層的一種處理方法, 常配合著其他開挖方法使用。

上海地鐵2 號線共9 個旁通道, 其中4 個是使用水平凍結技術完成的。此外, 北京、廣州、南京等許多大中城市的地鐵工程和市政基礎等多項工程建設中都曾用到過凍結法。3.2.9蓋挖法

蓋挖法施工技術是先用連續墻、鉆孔樁等形式作圍護結構,然后做鋼筋混凝土蓋板, 在蓋板、圍護墻、中間樁保護下進行土方開挖和結構施工。蓋挖法有逆作與正作兩種施工方法;蓋挖法的主要優點是安全、占地少、對居民生活干擾少, 但施工速度比較低。地下工程建設誘發的環境問題

地下工程主要有隧道工程、沉井工程、基坑工程等, 地下工程在施工中或施工后都會對地質環境產生影響。由城市地下空間引起的工程環境地質災害具有突發性、潛在性、隱蔽性、社會性等特點, 應該引起我們的高度重視。4.1地下水環境變異

地下工程施工常需要采用水泵將施工區的地下水位降低, 以疏干工作面, 改變著施工區周圍的地下水的分布。同時巖土體的變形對地下水也產生影響。巖土體是地下水滲流的介質, 巖土體的空隙結構限定地下水的活動場所和運行途徑, 控制著地下水的補給、徑流和排泄條件。巖土體處于一定的地質環境中, 存在著地應力、地下水及溫度等。巖土體中地應力的改變(因地下工程施工作用)引起巖土體結構的變化, 從而影響巖土體的滲流特性(改變了巖土體的滲透性、滲流邊界條件以及滲透壓力)。巖土體中溫度場的改變也引起地下水流速和滲透壓力的改變。地下水與巖土體同處于地質環境中, 在時間和空間域內發生相互的改造作用, 使地質環境經受著不斷地調整狀態, 當這種調節處于極限狀態時, 地質災害將會發生。4.2地表移動和變形

影響地表移動和變形的因素很多, 地表移動和變形的大小不僅與地下工程的埋深、斷面尺寸和施工方法、支護方式有關, 而且受地層條件的影響。由于人

們環保意識的不斷增強, 對于城市市區內地下工程施工引起的地表移動與變形及其對周圍環境影響預計顯得更加必要。人們對于地表移動和變形預計采用了很多方法, 主要有現場實測、理論分析和模型試驗方法等。

4.3鄰近建筑物損壞

工程降水造成地層的沉降, 其影響范圍很大。地層沉降可能造成周圍建筑及管線的剪應力增大, 致使建筑或管線斷裂。另外, 由于地質條件的區別或者排水量的不同還可能會造成地層的不均勻沉降, 而地層的不均勻沉降亦會造成建筑物的傾斜, 影響其正常使用。同時, 工程降水造成降水漏斗內外的水頭差, 在高水頭差的作用下易于出現滲透變形問題。在滲透水流作用下, 土中的細顆粒在粗顆粒形成的孔隙中移動, 以致流失;隨著土的孔隙不斷擴大, 滲透速度不斷增加, 較粗的顆粒也相繼被水流逐漸帶走, 最終導致土體內形成貫通的滲流管道, 造成土體塌陷。上述情況中, 當地下水的補給遇到建筑物基礎的阻攔時, 就會繞過基礎, 從而加強了基礎周邊的地下水流量, 加快土顆粒的流失速度。基礎周圍土的流失, 必將影響 基礎及上部建筑物的穩定。4.4洞室圍巖失穩

地下工程施工影響范圍內的巖土體稱為圍巖。圍巖穩定指一定時間內, 在地質力或工程荷載作用下, 巖土體不產生破裂或失穩。自穩性較好的圍巖,開挖過程中可以無需支護;自穩性較差的圍巖, 施工中會出現坍塌, 必須修筑襯砌加以支護。一般情況下, 巖土體在自重及殘余地應力作用下, 處于初始應力平衡狀態, 開挖洞室將會破壞巖體的這種初始平衡, 引起圍巖失穩。如頂圍的懸垂與塌落、側圍的突出與滑塌、底圍的鼓脹與隆破、圍巖的縮徑與巖爆等。

地下工程洞室開挖后, 地下形成了自由空間, 原來處于積壓狀態的圍巖, 由于解除束縛, 而向洞室空間松脹變形。當圍巖應力超過了巖土體強度時, 便失穩破壞, 有的顯著而突然, 有的變形和破壞不易劃分。洞室圍巖的變形與破壞, 是發展的連續過程。彈脆性巖石構成的圍巖, 變形尺寸小, 發展速度快, 肉眼不察覺, 而一旦失穩, 突然破壞, 其強度、規模和影響都極顯著。彈塑性巖石和塑性土構成的圍巖, 變形尺寸大, 甚至堵塞整個洞室空間, 但其發展速度緩慢。

地下空間資源正越來越多被開發利用于各種領, 如地鐵、地下街、地下室、地下車庫、等各類地下工程, 已經成為現代城市功能轉入地下的重要載體。但是, 地下工程建設一般都在市區內, 在其施工過程中常常會引起周圍地層的位移、變形、沉降與塌陷等環

境地質效應, 對周圍地面建筑物及基礎、地下早期人防和其他構筑物、公共地下管線和各種地下設施以及城市道路的路基、路面等都可能構成不同程度的危害。因此, 研究城市地下建設工程的環境地質問題及其防治技術具有相當重要的現實意義。我國城市地下工程施工技術的發展趨勢

發達國家開發地下空間的歷史表明，當各國人均國民生產總值（GDP）達到 500 美元以后，就進入開發利用地下空間階段；人均國民生產總值超過 3000 美元，開發利用地下空間達到高潮。我國現階段人均國民生產總值已超過 600 美元，沿海地區人均國民生產總值超過 1000 美元，上海、廣州等地區人均國民生產總值已超過 3000 美元。

同時，我國人口眾多，土地資源十分緊缺，僅為世界平均水平的 1/3。我國一些大城市人口壓力、交通擁擠和環境污染的程度不亞于六十年代發達國家的城市。進入九十年代以后，我國大城市地價將繼續上 揚；不久的將來將進入人口密集、老齡化、生活快節奏的時期。鑒此，城市可持續發展的目 標是努力建造方便、安全、舒適、富有發展動力的高品位的城市，以適應 21 世紀的生活方 式。開發利用城市地下空間資源是完善城市功能設施、高效使用土地、方便生產生活、滿足未來城市要求的唯一途徑。實踐表明，我國許多城市已進入開發利用地下空間的階段，部分大城市已經進入開發高潮。隨著我國經濟、科學技術水平發展、城市化水平的提高及城市可持續發展戰略的貫徹，開發利用城市地下空間越來越表現出巨大效益和潛力，我國城市地下空間開發利用必將向現代化、國際化、科學化的方向發展。具體說來，我國城市地下空間開發利用事業將出現下述幾個發展趨勢：

綜合開發利用的趨勢。城市地下空間開發利用將不再是滿足某一單項功能，將立足于城市的整體建設與功能要求，是多項城市功能的整合共容，如滿足交通、商業、供給與環境等的大型綜合體。同時，也不再是一種空間形態的孤立，而是由點、線、面、體等多種形態的空間靈活組合貫通的有機的、豐富的空間整體。

規劃與設計理論的發展。建立在城市可持續發展與城市三維立體發展的戰略思路上，將地下空間作為城市三維發展的一個維度，地下空間規劃與設計理論將會逐步充實完善，其將指導城市科學地向地下延伸。開發技術的發展。我國目前的地下空間開發的土木技術已接近或處于世界先進水平，但涉及到一些關

鍵輔助設備等技術，如機具技術、計算機與電氣控制技術、自動化技術等等，與世界先進水平還有大的差距，會影響到地下空間開發的規模與成本，將來隨著對引進技術 的消化吸收和加大研制開發的投入，將會逐步縮小這些差距。

法規與管理維護越來越完善。不僅有完備的法規、政策及管理措施和先進的維護技 術水平，還將形成一整套推動地下空間綜合開發利用的實體和管理部門。

環境要求與環境控制將被更加重視，相應技術工藝日益成熟。無人的城市地下空間 設施會更加安全、高效，有人的城市地下空間設施會更加舒適、美觀，地下空間內環境中的 造景、幻境及地面環境模擬等技術會大大發展。同時，將更多地從環境保護、城市景觀保護 和歷史文物保護的角度開發利用城市地下空間。

新工藝與新材料不斷涌現。為了降低城市地下空間開發的成本與難度，并適應多種形態的地下空間的組合，滿足多種設施功能的交叉與共容，高效、經濟的施工工藝將會不斷產生，尤其是機械挖掘技術與施工自動化技術會有較大進步。同時，新的建筑裝飾材料尤其是地下防水與環境改善的材料也會不斷涌現。結 語

隨著國家經濟建設的發展，地下建筑工程施工技術的應用領域越來越廣泛，無論是在交通、市政、水利水電、礦床開采等工業民用建設領域，還是在現代化的軍事建設中都得到了廣泛的應用。在城市地下空間開發利用上，地下建筑在未來相當長的時間內有著非常廣闊的前景。于此同時，在加強理論技術，施工技術的同時要注重與環境的相互協調，使得我國的城市化進程能得到快速有序，優質長足的發展。

參考文獻：

[1] 彭

穎.地下空間在我國城市立體開發中的發展.2003.[2] 朱合華.地下建筑結構.北京: 中國建筑工業出版社, 2011.[3] 梁

波, 洪開榮, 梁國慶.城市地下工程施工技術在我國的現狀、分類和發展.現代隧道技術，[4] 張海 非開挖技術與城市建設

工程機械與維修 2002 11 [5] 施建勇, 徐

偉, 張維東, 呂鳳梧.計算機技術在在地下施工結構可靠性研究中的應用.建筑技術

[6] 黃宏偉 城市隧道與地下工程的發展與展望 2001

第三篇：HE0抗裂型混凝土防水劑在工程中的應用

HE0抗裂型混凝土防水劑在工程中的應用

總裝備部科研設計綜合辦公樓位于北京市左家莊12號，建筑總面積24460m2；地下2層，基底標高-10.4m；主樓地上12層（局部14層），建筑高度55.3m；為全現澆鋼筋混凝土框架剪力墻結構，梁板式筏基，筏基底板厚600mm；地下室板、梁、墻混凝土強度等級C40、抗滲等級為P10.地下室底板及墻板主輔樓為一體，長×寬=120m×60m，地下水位較高（近期-2.0m），地下室底板及墻板外接觸面積較大（6100m2）。在設計上為達到理想的整體防水效果，防水工程設計遵循剛柔相濟、多道設防的原則，即采用剛性防水與柔性防水相結合的技術。因混凝土采用泵送技術，混凝土的坍落度不能過小，且地下室的板墻為一超長寬結構，混凝土施工期又處于夏季，這樣就加大了混凝土干縮及冷縮的作用，使混凝土極易產生收縮開裂，最終導致混凝土失去自防水功能。為了解決這一矛盾，必須采取有效可靠的措施，才能達到設計目的及施工質量目標，為此施工前綜合調研分析了多種施工方案，最終確定了在混凝土中摻加HE抗裂防水劑的施工方案。

一、HE－0抗裂型混凝土防水劑的防水機理

混凝土是多孔、脆性材料，在干縮、冷縮的作用下產生收縮應力引起混凝土開裂，而這種多孔及開裂就會引起壓力水對混凝土的滲透，從而使混凝土失去自防水功能。因此混凝土自防水要解決的根本問題就是要提高混凝土的密實性、防止混凝土的收縮開裂。而HE－0抗裂型混凝土防水劑就能解決這一問題。

HE－0抗裂型混凝土防水劑其成份為硫鋁酸鈣類無機礦物質與少量有機物和高分子聚合物復合而成，摻入到混凝土組份中后，由于鋁酸鹽、硫酸鹽與水泥漿體中的Ca（OH）2作用生成鈣礬石膨脹組份，在混凝土中產生適量膨脹，在鋼筋的協同作用下產生0.2－0.8MPa的自應力，從而抵消、補償了混凝土因干縮與冷縮而產生的收縮應力，同時由于產生的微膨脹提高了混凝土的密實性；另外有機物高分子材料具有超塑化作用，大幅度提高了混凝土的流動性、可泵性，這樣十分利于混凝土澆灌過程中的澆搗密實。

二、HE－0抗裂型混凝土防水劑的性能

摻量（水泥重量%）6－8；7天限制膨脹率≥0.030%；抗滲等級≥P35；抗凍等級≥D200；抗壓強度比同配比砼提高10%；細度（0.08mm方孔篩余量）≤10%；凝結時間同于基準混凝土；物理性為粉狀、不燃、無毒、無氯、低堿（＜0.50‰）。

三、HE－0抗裂型混凝土防水劑的技術特點

1、高效能：國內礦物類抗裂防水劑要同時符合JC474-1999標準（混凝土防水劑標準）與JC476-2001標準（混凝土膨脹劑標準），其摻量要在10－12%左右，而HE－0抗裂型混凝土防水劑其摻量為6－8%.同時可替代同量水泥。

2、高性能：高工作性、高強度和耐久性能是現代建筑施工要求混凝土結構能具備的三大重要特征。

（1）由于HE－0抗裂型混凝土中有機物高分子材料的超塑化作用，大大提高了混凝土的粘度及澆灌過程中流動性，從而大大提高了混凝土施工過程中的可操作性，為混凝土的振搗密實創造了必要條件。在總裝科研設計綜合辦公樓工程中得出，其可實現2小時內保持高工作性的目標，為夏季施工及商品混凝土的遠距離運輸提供了可靠的施工保證。

（2）由于HE－0抗裂混凝土的機理及性能提高了混凝土的密實度，同時混凝土的強度也得到了提高，在總裝科研設計綜合辦公樓的運用中證明，其比未摻HE－0抗裂型混凝土防水劑同強度等級混凝土的28天平均抗壓強度提高了12%.（3）由于HE－0抗裂混凝土所含的機理及性能，從而達到了混凝土的不裂、不滲、不漏的最佳防水效果，這樣也就提高了混凝土的耐久性。在總裝科研設計綜合辦公樓的運用中證明，其抗滲檢驗全部符合依據GBJ82－85方法試驗的P10抗滲等級要求。

3、多功能：HE－0抗裂型混凝土防水劑集高效、減水、抗裂、抗滲、抗凍、緩凝、泵送、增強、增塑、耐久等功能為一體，在配制中、高強混凝土與商品化泵送防水混凝土中無需與其他外加劑配合使用，便可達到施工目的，是一種多功能兼容的高性能防水劑。這樣同時達到了節約工程成本的目的。

4、高補償收縮功能：由于HE－0抗裂型混凝土防水劑在摻入混凝土后，具有前期（7天內）微膨脹效果好，后期膨脹性能穩定的效果，具有大幅度提高混

凝土密實性的機理。在對混凝土防裂要求較高的非防水混凝土工程也可使用，從而能達到避免由于混凝土干縮、冷縮而產生的裂縫。

四、HE－0抗裂型混凝土防水劑使用方法及注意事項

1、用HE－0抗裂型防水混凝土配合比設計上遵守《普通混凝土配合比設計技術規范》（JG55－81），《混凝土結構工程施工質量驗收規范》（GB50204－2002）。

2、水泥宜選用不低于32.5級硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥或礦渣水泥，每立方混凝土HE－0抗裂防水劑用量，應根據設計的混凝土強度等級、抗滲等級以及是否摻加粉煤灰等條件，經試驗達到最佳配合比后確定。

3、HE－0抗裂型混凝土防水劑與水泥、砂、石直接摻入攪拌后，宜先干拌、后濕拌。攪拌時間較普通混凝土延長30－60秒。

4、澆灌防水混凝土時應振搗密實，不漏振，不過振。

5、為保證混凝土的密實性，提高抗滲性，在滿足施工要求的前提下，水灰比一般控制在0.3－0.5范圍。

6.混凝土有充分的濕養護才能更好地發揮HE－0抗裂型防水劑的膨脹效應，混凝土澆灌完畢，應及時用薄膜等覆蓋并澆水保濕養護不少于14d.一般大體積混凝土要有保溫保濕及減小混凝土內外溫差措施。冬季施工的混凝土要有防冬保溫措施。總裝科研樓地下結構施工季節為春末夏初，所以筏基底板蓋草簾一層，每天噴水三次保持濕潤，養護14d；墻板模板在混凝土澆灌7d后拆除，再噴水養護7d.7、要嚴格控制好拆模及去除養護覆蓋物的時間，不然會增大混凝土的內外溫差，易于出現溫差裂紋。

8、HE－0抗裂型防水劑，貯存應防潮，受潮結塊影響攪拌均勻。

五、HE－0抗裂型混凝土防水劑運用效果

1、質量方面：

總裝備部科研設計綜合辦公樓地下室混凝土工程中運用了這一技術施工后，現工程結構竣工已近半年，經檢查未發現地下室有裂縫和滲漏現象。試塊各項抗滲指標全滿足要求，抗壓強度與未摻HE－0抗裂型防水劑的同強度等級混凝土相比提高了12%左右，因此取得了良好的效果。

2、效益方面：

因HE－0抗裂型防水劑具有高效、減水、抗裂、抗滲、抗凍、緩凝、增強、增塑等特性，所以在混凝土中摻入HE－0抗裂型防水劑后：（1）可減去其他外加劑的摻加；（2）HE－0抗裂型防水劑摻量比其他外加劑摻量要減少3－4%，而目前，其市場價與其他外加劑基本相同；（3）摻加HE－0抗裂型防水劑后可替代等量的水泥。

第四篇：掘進機技術在我國隧道及地下工程中的應用與發展

掘進機技術在我國隧道及地下工程中的應用與發展

郭陜云萬姜林

中鐵隧道集團有限公司

提要：簡要介紹了我國采用巖石掘進機和盾構修建隧道的發展情況，闡述了我國掘進機法與盾構法的技術進步及存在的主要問題，展望了我國掘進機與盾構技術的發展前景，并提出了發展掘進機和盾構技術及產業化的幾點建議。

關鍵詞：隧道及地下工程，巖石掘進機，盾構，產業化，展望與建議，前言

本文所謂的隧道掘進機法是指應用掘進機開挖隧道的方法，隧道掘進機英文全稱為(Tunnel Boring Machine,簡稱TBM).應用于巖石隧道的稱為巖石掘進機（本文簡稱掘進機），用于軟土層隧道的則稱為盾構。

盾構法和掘進機法是修建隧道的一種先進方法。最近十多年來，隨著我國隧道和地下工程的快速發展，盾構法和掘進機法也得到了快速發展，尤其在城市地鐵、水利水電隧洞中越來越多應用盾構法和掘進機法修建。我國是目前世界上應用盾構數量較多的國家之一，并且隨著我國隧道和地下工程的發展，對盾構和掘進機的市場需求仍會有較大的增長。由于盾構和掘進機技術在一定程度上反映了國家的綜合國力和科技水平，并且對我國的制造業和建筑業影響較大，因而也引起了國內業內外的普遍關注。近幾年來在國內已召開過許多國際、國內的盾構和掘進機技術交流會或專題研討會；2001～2002年國家科技部已將盾構研發技術列入國家“863”發展計劃，并在國內就盾構研發試制進行了招標，落實了中標單位；2002～2003年10余位全國政協委員提出“實現隧道掘進機本地化生產”和若干政策建議的提案；2004年3月，錢偉長同志上書胡錦濤主席，提出充分發揮盾構作用，推進我國隧道掘進機產業發展的建議，得到中央領導的重視。2004年4月，建設部、中國土木工程學會和中國巖石力學與工程學會在北京聯合召開了推進隧道掘進機技術及產業化的專家座談會。可見，隧道盾構和掘進機技術的發展已成為當前國內工程技術界和政府部門關注的一個重大課題。本文就我國掘進機和盾構技術的發展情況、技術發展動態及應用前景等作一簡介，并就今后的技術發展以及其產業發展提出若干建議，以拋磚引玉。我國隧道盾構法和掘進機法的應用情況

2.1 開始于二十世紀五、六十年代，發展于二十世紀九十年代

2.1.1盾構

我國研究應用盾構法修建隧道是從20世紀50～60年代開始的。1956年在東北礦山采用直徑

2.6m的手掘式盾構在砂層中修建疏水巷道，這是我國的第一條盾構隧道。1957年北京采用2臺直徑2.0m和2.6m的手掘式盾構施工下水道。上海從1963年開始研究應用盾構法技術，用于城市地下排水隧道修建，1965年研制兩臺直徑5.8m的網格式盾構用于地鐵區間隧道修建試驗，掘進長度1200m。1966年研制直徑10.22m的網格式盾構并輔助于壓氣穩定開挖面施工打浦路越江隧道。從此之后，我國陸續研制應用手掘式盾構總計達30臺用于各種排水隧道施工，施工總長度約20km。

1985年引進日本的1臺直徑4.33m的土壓平衡盾構施工排水隧道，之后研制應用了幾臺土壓平衡盾構，但效果并不理想。二十世紀九十年代初，隨著上海、廣州地鐵的建設，開始大量引進國外的土壓平衡盾構施工地鐵區間隧道。1994年開始引進日本的直徑11.2m泥水平衡盾構修建延安東路越江隧道。由于采用土壓平衡式、泥水平衡式等現代盾構修建隧道具有安全、可靠、快速、環保等優點，因而盾構法在我國特別是地鐵建設中得到了迅速的發展。繼上海地鐵1號、2號線區間隧道、1

廣州地鐵1號、2號線部分區間隧道成功采用盾構法外，北京、天津、深圳、南京地鐵以及上海、廣州地鐵的其它地鐵線區間隧道等也相繼大量推廣采用盾構法，并且在越江道路、輸氣和市政排水隧道等也越來越多采用盾構法。盾構法目前已成為我國地鐵隧道的一種主要方法。據不完全統計，我國各城市地鐵采用的盾構已有60多臺，掘進完成的和正在掘進的隧道總長度已超過200km（單線）,采用的盾構類型為土壓平衡（包括加泥式土壓平衡）和復合式盾構計50余臺，泥水加壓平衡盾構10 臺。采用的盾構直徑3.3m～12m不等，其中以6.3m左右直徑的居多。

2.1.2巖石掘進機

1964年，經周恩來總理批準，在國家科委領導下，成立全斷面巖石隧道掘進機攻關小組，完全自力更生，先后制造出50多臺掘進機。由于核心技術不過關，在地下工程建設中基本沒有發揮作用。80年代初，國家科委成立掘進機辦公室，采取聯合攻關方式制造了8臺掘進機，先后在云南西洱河水電站等工程應用，但與國際水平相比差距甚大。80年代中期，在天生橋水電站引水隧洞采用了羅賓斯公司的一臺直徑10m的二手掘進機施工，但效果并不理想。

進入九十年代以后，在甘肅引大入秦工程中，山西萬家寨引黃入晉工程中，由外國承包商采用巖石掘進機施工多條輸水隧洞取得成功。在2000年后，云南昆明掌鳩河引水工程也由外國承包商應用掘進機施工，并且中國第二重型機械集團與美國羅賓斯公司合作制造了一臺雙護盾巖石掘進機在該工程中使用。九十年代初，鐵道部在西安~安康鐵路18.4km長的秦嶺鐵路隧道，引進2臺德國的8.8m直徑的敞開式掘進機由國內單位操作使用成功建成隧道，之后采用該2臺掘進機在西安~合肥鐵路成功完成了6km長的磨溝嶺和7km長的桃花鋪隧道施工。由此也推動了我國掘進機技術的應用。

2.2 工程應用技術得到快速發展提高

2.2.1 盾構應用技術水平迅速提高

隨著盾構法應用的增加以及對技術研究的深入，我國在盾構隧道的設計計算、盾構的選型及配套、盾構的使用及施工技術等方面都得到了快速提高和發展。技術已基本成熟，有的（尤其在地鐵隧道盾構技術）達到了國際先進水平。

以城市地鐵盾構法技術為代表，目前已有二十家國內承包商在使用近60臺盾構施工，不僅采用了土壓平衡盾構，也采用了泥水平衡盾構，還有復合式盾構；除區間單圓盾構外，在上海地鐵還采用了雙圓盾構一次施工兩條平行的區間隧道；盾構隧道地面環境除復雜的建構筑物外，也有在江下、湖下穿越的（上海穿越黃浦江、廣州穿越珠江、南京穿越玄武湖）；盾構穿越地層除粘土、淤泥質軟土、砂粘土外，還有砂層、砂礫層、卵石層、以及較高強度的巖石地層等。需要特別指出的是，廣州地鐵2號線越三區間研究采用具有土壓平衡、氣壓平衡和局部氣壓平衡模式的新型復合式盾構成功修建了既有軟土、又有堅硬巖石以及斷裂破碎帶的復雜地層的區間隧道，打破了長期被認為的盾構法應用的地質禁區，大大拓寬了盾構法的應用范圍。

目前，我國地鐵盾構法隧道管片環寬已從1.0m，普遍加大到1.2m，在廣州地鐵2號線率先采用了1.5m環寬的管片，是目前地鐵區間隧道所用的最寬管片，有利于提高隧道結構的整體剛度，拼裝接縫減少，安裝效率提高，并節約成本。接縫防水大多采用遇水膨脹橡膠或三元乙丙橡膠彈性密封防水，使隧道建成后不滲不漏，達到A級防水標準。

采用激光導向或陀螺儀導向，并輔于人工測量技術等，以及運用盾構推進油缸分區操作和姿態控制與糾偏技術，管片排版選型和拼裝技術等，可將隧道線形精度控制在30～50mm以內，管片錯臺高度控制在5～10mm內。

管片背后環形間隙注漿除采用日本常用的即時注漿和歐洲常用的惰性漿液同步注漿外，也已開發應用非惰性漿液的同步注漿技術，具有更好的早期穩定管片和控制地層沉降效果。在掘進控制、泥水與土壓力和排碴管理、碴土改良、防刀盤結泥餅技術等方面也已作的很好。端頭加固、聯絡通道施工、始發到達、安全換刀、信息化施工等方面都已掌握。在盾構的故障診斷及管用養修上已有很高技術，可以達到55%～67%的高機時利用率。

我國盾構施工中的地表隆沉一般可控制在+10～-20mm以內，可以在距既有建構筑物很近的距離下安全掘進隧道。廣州地鐵2號線越三區間隧道穿越既有14股鐵路軌道，軌面沉降控制在5mm以內，軌道沉降差小于2mm。上海地鐵2號線近距離下穿地鐵1號線區間隧道、引水箱涵和地下室，地面沉降控制在3.5～8.5mm。我國盾構掘進速度平均一般為180～200m/月以上，廣州地鐵2號線越三區間最高月進尺405m，平均進度為236m/月。在相似地質的廣州地鐵三號線大漢區間，盾構施工進度平均已達334米/月，最高月進度達到562.5米，達到國際先進水平。

在城市地鐵隧道盾構法得到快速發展的同時，我國采用盾構法修建越江隧道技術也得到了發展。上海采用直徑11.2m的泥水盾構已建成穿越黃浦江的大連路隧道，平均進度超過200m/月。上海、廣州地鐵也成功采用土壓平衡盾構修建地鐵越江區間隧道。此外，也建成了或在建一些地層復雜、水頭高度超過60m越江隧道，南京三江口、湖北忠縣紅花套、湖南城陵磯采用泥水盾構修建穿越長江輸氣隧道（直徑3.3m），已建成2條，第三條即將建成；重慶正在采用直徑6.5m的泥水盾構修建穿越長江的排污隧道，計劃于今年建成。

2.2.2巖石掘進機應用技術開端良好，且在運用中不斷創新

以西安-安康鐵路秦嶺隧道為標志，我國已掌握了巖石掘進機隧道的設計施工及掘進機的使用技術，不但在秦嶺特長鐵路隧道施工中得到成功的使用，而且在磨溝嶺、桃花鋪隧道長距離破碎帶巖石中施工也發揮了它的優異的機械性能，在配件、配套國產化上邁出了第一步。秦嶺隧道全長18.4km，采用2臺直徑8.8m的巖石掘進機相向施工，由鐵道第一設計院設計，中鐵隧道集團和中鐵十八局集團施工。結合設計、施工和掘進機的管用養修等開展了6大課題24個子課題的研究和攻關，解決了極硬巖和不良地質的掘進、刀具布置及磨損與圍巖特性的關系，高地應力圓形襯砌、掘進機的故障診斷與維修保養等一系列技術難題，隧道掘進最高月速度達到573m，平均達到300m以上。掘進機機時利用率平均達到58.31%的高水平。該工程技術成果獲國家2003科學技術一等獎。在西安-合肥鐵路，采用敞開式巖石掘進機成功完成施工磨溝嶺隧道和桃花鋪隧道，運用超前管棚支護、超前周邊預注漿加固地層等輔助技術較好解決了不穩定破碎圍巖的安全掘進施工難題，拓寬了敞開式掘進機的應用范圍。同時實現了17英寸盤形滾刀和部分部件及部分后配套設備的國產化。

2.2.3 設備的設計制造有了新的進步

我國已完全能夠自行設計制造手掘式盾構。而對現代盾構的設計制造則是從二十世紀八十年代末、九十年代初以后，通過與國外公司合作，設計制造了一定數量的盾構，包括上海、廣州、北京等城市的重型機械廠或造船廠等，由國外公司設計，國內制造組裝，在工程應用基本能夠滿足要求。通過中外合作，我國在設計制造的關鍵技術有所提高，已經掌握了結構件的設計及制造技術與工藝，已實現了部分部件的國產化，如盾構用于軟土和軟硬不均地層的刀盤、刀具已基本能夠自行設計制造；盾構和掘進機的后配套設備、運輸設備和高精度管片鋼模具等已能自主設計制造，因此也降低了設備的采購和使用成本，也有利于促進掘進機和盾構技術的發展。

2.3 存在的主要問題

總體說來，經過多年來在掘進機和盾構技術上的應用研究，我國在盾構施工使用技術方面已達到了國際先進水平，在巖石掘進機施工使用技術方面已接近國際水平，有的盾構監控軟件已具有自主知識產權，在盾構和掘進機的選型設計、維修、零部件、后配套設備的設計制造等已接近國際水平，但也還存在不少的問題,主要有以下幾個方面：

（1）巖石掘進機和盾構的設計制造的關鍵核心技術尚未完全掌握，與國際先進水平尚有相當大的差距，目前國內使用的盾構和掘進機基本都是國外公司設計制造的，依賴國外的局面未得到改變；

（2）巖石掘進機的應用仍然較少，掘進機數量少、機型和應用方法單一；

（3）在盾構和巖石掘進機施工中仍然出現過一些問題，如盾構施工時隧道端頭塌陷、沉降過大、有的甚至引起地面建筑物的損壞等；在巖石掘進機施工中出現圍巖坍塌、掘進方向嚴重偏差等。我國盾構和掘進機技術的前景展望及發展建議

3.1發展前景廣闊

21世紀是我國隧道及地下工程大發展的世紀，據有關專家預測，到2020年，我國將要完成近6000km的地下隧道建設，平均每年約300km。到2010年，國內各種地下工程建設約需巖石掘進機、盾構約180臺（不包括微型機），年均需求量約為30臺，可見市場需求巨大，發展前景廣闊。

（1）城市地鐵快速發展，對盾構需求最多。我國城市地鐵正處在高速發展期，地鐵和軌道交通規劃總長度已超過3000km。目前已建成和在建的數量僅占規劃數量的10%多，未來城市地鐵建設仍將快速發展。除上海、北京、廣州、南京、深圳、天津地鐵將繼續需要采用較大數量的盾構施工外，武漢、杭州、蘇州、成都、沈陽等城市地鐵也有采用盾構施工的需求。城市地鐵仍將是今后對盾構需求最多的領域。

（2）越江隧道建設方興未艾，對大直徑和超大直徑盾構的需求將有快速增長。除上海、廣州地鐵區間越江隧道外，上海計劃在2010年采用盾構法建成20多條越江隧道，穿越黃埔江的中環隧道已開工，盾構直徑14.87m；穿越長江的雙向六車道公路崇明隧道，采用直徑15.2m的盾構施工，計劃于2004年底開工；武漢長江隧道為雙向四車道，采用直徑12m的盾構施工，計劃于2004年下半年開工建設；南京穿越長江雙向六車道公路隧道已通過預可研設計，目前正在前期準備；舉世矚目的南水北調中線工程，采用2條3.9km隧洞穿越黃河，計劃采用直徑9m的盾構施工。此外，擬建的浦東鐵路越江段也計劃采用盾構法施工；北京站至北京西站的地下直徑線也在考慮盾構法施工；溫州歐江道路隧道、哈爾濱松花江隧道也計劃采用盾構施工，正在規劃之中。

（3）城市各種地下管線隧道有待發展，對盾構的潛在需求大。有關專家預測，我國城市的給水、排水、電纜、電訊、熱力、輸氣等隧道工程的長度將超過1000km，其對小型盾構、微型盾構或掘進機的需求量也相當大。

（4）長大、特長山嶺隧道增加，對掘進機需求增加。在山嶺隧道工程領域，鐵路和水利水電工程都將出現越來越多的長大、特長隧道，對掘進機的需求也越來越大。85km長的遼寧大伙房輸水隧洞，采用3臺直徑8m的掘進機施工，掘進機施工長度約60km，掘進機計劃2004年下半年進場掘進。云南、青海、陜西、山西、新疆等擬建的水利水電隧洞總長超過200km，約需掘進機10臺。規劃修建的南水北調西線工程一期約有240km輸水隧洞，也計劃大部分采用掘進機施工。擬建中的錦屏二級水電站4條長16.6km、直徑13m的輸水隧洞，也有采用掘進機施工的方案設想。

3.2 幾點建議

鑒于我國盾構和掘進機巨大的市場需求以及存在的問題，實現盾構和掘進機的國產化，全面提升工程應用技術水平已是必然的趨勢。作者提出如下幾點建議：

3.2.1加速盾構和掘進機的研發步伐，掌握設計制造等關鍵技術，形成具有自主知識產權的產品，推進我國掘進機的產業化

（1）組織力量協同攻關，盡早突破核心關鍵技術

現代的盾構和掘進機是高科技設備，其設計制造涉及機、電、液、氣、控、測、計算、結構、材料、制造、自動化、信息化、管理科學等多學科領域，是復雜的系統工程，難度很大。必須有效組織整合國內的各有關學科領域的優勢技術資源共同努力方能完成。在引進技術、合作制造的同時，應組織國內設計、施工、研發、制造等單位對掘進機的核心技術、綜合集成技術等進行攻關，在國外現有技術基礎上進行創新，形成具有自主知識產權的全套技術和掘進機產品。

（2）國家應加大力度扶持盾構和掘進機的研發

原國家經貿委將全斷面巖石掘進機技術研究與開發列為“十五”重大攻關項目，國家科技部于2002年將直徑6.3m盾構掘進機研發列入了“863”重大專項，并由中鐵隧道集團、上海隧道公司分別牽頭，聯合國內有關單位正在進行研究攻關，已在河南和上海建立盾構研發基地和設計試驗中心，前期計劃研制兩臺樣機，目前正在進展之中。由于盾構和掘進機的研制風險高，基地建設及樣機研制資金投入大，回報難于預期。建議國家重點扶持，在政策上實行優惠，在資金上加大投入，以使盡快建立起盾構從研究、設計、制造、工業性試驗和改造，以及集產、學、研、用等為一體的研發基地。同時也避免一哄而上，粗制濫造和重復建設，造成不必要的浪費。研發的思路必須正確，不搞象計劃體制下那樣的“大而全”或“小而全”。

（3）建立實驗工程或示范工程

盾構和掘進機樣機的現場工業性試驗必不可少并且十分重要。由于樣機可能存在缺陷，試驗性施工可能出現一些問題，甚至實驗失敗的可能等，由研發承擔單位找尋并通過有關業主來確定試驗段工程的方法不太現實，難度很大。建議國家給予特別支持，在適當的地方分別劃出若干典型的專門的國產盾構和掘進機的試驗性工程。

（4）加強修理改造研究和配件及消耗材料的研發

如前所述，我國目前及今后使用的盾構和掘進機數量很大，而盾構和掘進機是對地質高敏感的非標設備，并且我國地域廣大，地質類型多樣，因此應加強對盾構和掘進機舊設備的修理和更新改造的技術研究，以盡可能延長設備的使用壽命，提高設備利用率；同時也應加強盾構和掘進機配件和消耗材料的國產化研發，以降低工程費用。

（5）盾構和掘進機類型的多樣化

我國地質類型多樣，各地區環境條件不同，隧道功能和斷面各異，需要的盾構和掘進機有所不同，因此，盾構和掘進機的研發宜多樣化。

3.2.2進一步創新發展設計與施工技術，全面提升盾構和掘進機的工程應用水平

由于我國掘進機和盾構技術的應用將迅速增加，應用范圍不斷加大，遇到的地質水文條件、周邊環境條件會千變萬化，并且對其應用的可靠性、安全性、經濟性、以及效率的要求也會隨之提高，因此建議在以下幾個方面加強其工程應用技術的創新研究：

3.2.2.1在盾構法方面：

（1）進一步研究盾構與地質的適應性關系，以及地中障礙物的超前探測技術，開發盾構在復雜地質條件及穿越障礙物時的安全、高效掘進技術及配套技術；

（2）深入研究高水壓下和長距離隧道盾構（包括超大斷面盾構）掘進技術，尤其在防突水涌水、停機檢修和換刀安全技術方面應有所突破；

（3）城市地鐵車站多采用明挖法，拆遷量大，對地面干擾大，費用也不斷增加，因此應研究采用異型盾構修建地鐵車站或單圓盾構先行掘進然后擴挖的修建車站的成套技術；

（4）應研究完善盾構輔助工法的應用配套，尤其是始發、到達端頭加固技術以及聯絡通道的安全施工技術；

（5）簡易的盾構如插刀盾構、網格盾構等在我國仍然具有一定的適應性，并且其價格低，設計制造簡單，適合中國國情，目前已完全具備自行設計制造能力。建議加強對簡易盾構及施工配套設備的研究開發與工程應用，研究壓縮混凝土襯砌與簡易盾構的成套技術。

3.2.2.2巖石掘進機法方面：

（1）進一步研究掘進機法的適應性、可靠性和經濟性等方面的綜合對比研究，尤其要進一步研究完善掘進機在不良地質的安全掘進技術及配套與輔助技術，以為擴展掘進機的應用提供依據和技術支持；

（2）研究應用巖石掘進機與鉆爆法結合的“混合法”施工成套技術；

（3）進一步研究完善適應掘進機施工的圍巖分類（或巖石分級）和地質工作規范，尤其要完善創新掘進機施工中的配套的地質超前預報技術和手段。

3.2.3 規范市場，完善法規，有序發展

目前在我國掘進機法和盾構法隧道工程的招標、投標中，還在一定程度上存在不公正、不公平，地方保護和行業保護以及無序競爭等現象，在一定程度上影響著盾構和掘進機的國產化；建筑隊伍“魚龍混雜”、低價中標，缺乏統一的權威的規范、規程等也影響著我國盾構和掘進機工程應用技術水平的提高。因此建議：

（1）建立健全并嚴格執行相關的政策法規，努力做到招投標的公正、公平、科學、有序，營造有利于我國盾構和掘進機產業的形成與發展及工程應用技術水平提高的市場環境，尤其要避免無資質、無業績和無技術的隊伍進入盾構和掘進機市場，要改變不合理低價中標現象；

（2）要認真總結國內外盾構和掘進機應用的經驗與教訓，在此基礎上，結合我國國情，盡快組織編制我國盾構和掘進機研發、設計制造、和施工生產的系統完善的技術法規，使規劃、設計、研制、工程建設、施工等都有法可依，有章可循。

3.2.4加速人才培養，建立數量足夠的、技術過硬的隊伍

目前我國在盾構和掘進機研發人才特別是高素質的復合人才十分匱乏，建議盡快培養和引進，有關高校和研究機構設置相關課程和實驗室，以盡快建立起數量充足、技術過硬的研發、生產、設計、施工隊伍。

五、結束語

綜上所述，我國的隧道盾構和掘進機技術歷經四、五十年的“波折”，特別是經過最近十多年來的快速發展，取得了顯著的成就，積累了比較豐富的技術和經驗，已成為世界上應用數量最大、發展最快、今后需求最大的國家。但在掘進機和盾構設計制造及工程應用技術方面總體上與先進國家相比尚有相當的差距，需要我們廣大科技工作者攜手努力，不斷創新，迎頭追趕。

作者簡介：

1、郭陜云，大學本科學歷，現任中鐵隧道集團有限公司董事長，中國土木工程學會隧道及地下工程分會理事長，教授級高級工程師。

2、萬姜林，碩士研究生學歷，中鐵隧道集團有限公司副總工程師，中國土木工程學會隧道及地下工程分會秘書長，教授級高級工程師。

通訊地址：河南省洛陽市陵園東路3號院，郵編：471009

聯系電話：0379-2632027，2632757（總工辦），***（萬姜林）

email:crtgzgb@163.com,wjlctg@163.com

第五篇：水泥基滲透結晶型防水材料在地下工程中的應用

水泥基滲透結晶型防水材料在隧道工程中 的應用

摘要：隧道工程防水技術一直都是個國內外研究難點問題，其中滲漏水原因主要集中在以下幾個方面：防水構造設計與防水工程施工中均存在問題、防水材料的耐久年限普遍短于建筑工程的設計使用年限、以及地下水文環境復雜條件的影響等。基于水泥基滲透結晶型防水材料良好的混凝土抗滲性、抗碳化性、抗凍性、裂縫修復性及無毒、環保性，本文綜述了水泥基滲透結晶型防水材料的組成成分、作用機理、主要功能及在隧道工程中的應用，旨在為隧道工程防水問題提供新的思路。關鍵詞：隧道工程；水泥基滲透結晶型防水材料；組成成分；作用機理

中圖分類號：TU 470

文獻標志碼：A

文章編號：000-0000(2014)00-0000-00 The application of Cementitious Capillary CrystallineWaterproofing

Materials in tunnel engineering Abstract: Waterproof technology of tunnel engineering has always been a difficult problem at domestic and international research, the water seepage reason mainly in the following aspects: there are problems in waterproofing design and construction of waterproof engineering and design of durability of waterproof materials are shorter in architecture engineering service life and the complex hydrological environment influence of underground.Based on the good performance of Cementitious Capillary CrystallineWaterproofing Materials, this paper reviews the composition, mechanism, main function and its application in tunnel engineering, provided a new idea for waterproof problem of tunnel engineering.Key words: tunneling;Cementitious Capillary CrystallineWaterproofing Materials;composition;mechanism 1 引言

隧道與地下工程防水技術一直都是個國內外研究難點問題，現有的防水板防水技術主要存在以下缺點：不能和混凝土密貼、易被扎破、易受拉拉伸、易斷裂破壞、焊縫多、薄弱環節多等。目前，防排水業界萌生了多種新材料、新技術的應用，如噴膜防水技術[1-3]、涂刷防水材料技術[4-7]。噴膜防水技術是以丙稀酸鹽水溶液為主要成分，加入氧化劑和還原劑制作而成，兩種溶液在噴嘴內混合后，用噴射法噴在混凝土表面上形成具有防水和隔離功能的薄膜。該方法具有質量均勻、無接頭、耐久性優越、施工快速方便、整體性好等特點，在日本、德國等已有實踐經驗，目前國內也亦開始試用；涂刷防水材料技術采用水泥基滲透性防水材料，其典型材料為加拿大生產XYPEX（賽柏斯）[8]，其工作原理是采用特有的活性化學物質利用水泥混凝土本身固有的化學特性及多孔性，以水為載體，借助滲透作用，在混凝土毛細管及微孔中再次發生水化作用，激發水泥再產生新的晶體，從而將水堵住。施工方法比較簡單，可以采用直接涂刷法；在出水量大，水壓大的情況下，也可采用多舉措防排水。如廈門翔安海底隧道，按“以堵為主，限量排放，多道防水，剛柔結合”的永久防排水原則，采用全封閉與局部限量排導的綜合方案。在其“多道防水”原則下，加強了初期支護與防水板、防水板與二次襯砌之間的排水措施。在其“限量排放”原則下，利用截水、集水、抽水系統將滲水、雨水、運營用水等排出。

水泥基滲透結晶型防水材料（CCCW）作為綠色環保的防滲堵漏新材料，不僅具有防水抗滲功能，還具有裂縫修復、抗凍、抗碳化等多種優良特性，被廣泛應用于水庫大壩、地下洞室、道路橋梁的防水抗滲和裂縫修補。本文主要闡述水泥基滲透結晶型防水材料的功能、組分作用及其相關應用。水泥基滲透結晶型防水材料組成

2.1 水泥基滲透結晶型防水材料的組成[9]

水泥基滲透結晶型防水材料簡稱CCCW（Cementitious Capillary CrystallineWaterproofing Materials），通常以普通硅酸鹽水泥或硅酸鹽水泥、石英砂等為主要成分，摻入活性化學物質制成。不同的水泥基滲透結晶型防水材料中所含的活性化學物質各不相同，根據其作用劃分主要有兩大類：一是復合混凝土外加劑，包含防水劑、引氣劑、膨脹劑、表面活性劑等，不同的外加劑組分使水泥基滲透結晶型防水材料的具體功能和效果不一；二是活性陰離子催化劑，可以使Ca2+和SiO32-在極低濃度下進行反應生成水化硅酸鈣并加快反應的速率。

圖2.1.1 水泥基滲透結晶型防水材料

Fig 2.1.1 Cementitious Capillary CrystallineWaterproofing Materials

2.2 水泥基滲透結晶型防水材料組成成分的作用[4]

各組分所起的作用，眾多文獻描述不一。有的認為水泥是載體，有的認為水是載體，有些文獻對什么是載體未作說明；結晶體產生的過程中發生了什么樣的化學反應，很多產品說明的描述含糊不清，致使入們不能正確理解各組分的作用，因此，有必要說明各組分所起的作用。水泥基滲透結晶型防水材料中的各組分與未水化水泥的反應，是在水溶液中進行的，即各組分首先溶解在水中，然后發生化學反應。

（1）復合型混凝土外加劑的作用

復合型混凝土外加劑在水泥基滲透結晶型防水材料水化初期，就參與化學反應，生成致密的水泥基滲透結晶型防水材料涂層（外涂型和干撒型），或提高混凝土本身的致密性（內摻型），其作用機理隨復合型外加劑的組成不同而異，并在水泥水化初期，被大量消耗掉。

（2）活性陰離子催化劑的作用

水泥水化產生Ca(0H)2，在水中電離產生Ca2+：水泥中未水化的水泥顆粒及水泥基滲透結晶型防水材料中含有活性Si032-；活性陰離子是一種正催化劑，它發揮如下作用：①加速Ca2+和Si032-反應生成CaSiO3·nH2O的反應速度；②它能使水泥中的Ca2+和Si032在極低的濃度下（1?10-8）發生化學反應，生成水合硅酸鈣CaSi03·nH20的反應更加完善、更加徹底，生成的晶體也更多，使防水涂層或防水混凝土更加致密；③它在水中具有較高溶解度和滲透性，能滲透到混凝土的細微孔隙中，從而在混凝土深層產生結晶體。

隨著水合硅酸鈣的不斷生成，結晶體逐步長大，從而堵塞混凝土中毛細孔微細裂紋，反應前后，活性陰離子作為催化劑，質量不發生變化，始終存在于混凝土中。

活性陰離子的這種特性，賦予混凝土具有二次自我修復能力，也就是具有二次滲透能力。水泥基滲透結晶型防水材料凝固后，隨著拌合水的減少，活性陰離子催化劑、Ca2+和Si032-從溶液中析出形成固體，Ca2+和Si032-產的反應停止。當混凝土開裂，水分再次滲入混凝土時，活性陰離子、Ca2+和Si032-再次溶解到水中，形成水溶液，開始新一輪的反應，再次生成結晶，堵塞混凝土裂紋。由于活性陰離子始終存在于混凝土中，且混凝土中Ca2+和Si032-含量豐富，因此，理論上講，二次愈合能力具有永久性。

（3）水的作用

在水泥基滲透結晶型防水材料的應用過程中，水發揮了3種作用：①溶劑，所有的反應都是在水溶液中進行的，水是反應的介質；②活性化學物質滲透的載體，活性化學物質溶解在水中，擴散到水能到達的區域。③固化劑，水不僅是水泥的固化劑，也是Ca2+和Si032-反應生成CaSi03·nH20結晶體的固化劑，在結晶體中，含有n個水分子；

（4）水泥的作用

在水泥基滲透結晶型防水材料中，水泥也發揮了3種作用：①反應物，水泥為結晶體CaSi03·nH20的生成提供了Ca2+和Si032-；②成膜物質，水泥是水泥基滲透結晶型防水涂膜的主要成膜物質之一，在涂膜中發揮粘結和防水作用；③載體，在制造水泥基滲透結晶型防水材料時，活性化學物質均勻分散在水泥中，使活性化學物質能被均勻地涂刷（或干撤）在混凝土表面或被均勻地拌合在混凝土中。

（5）石英砂的作用

在水泥基滲透結晶型防水材料中，石英砂發揮了2種作用：①成膜物質，石英砂是水泥基滲透結晶型防水涂膜的主要成膜物質之一，在涂膜中發揮骨料作用；②載體，發揮和水泥一樣的載體作用。

2.3 水泥基滲透結晶型防水材料的技術原理

水泥基滲透結晶型防水材料通過活性化學物質在混凝土孔隙中的滲透而產生結晶體，因此，有必要探尋滲透有關的因素。

（1）滲透的動力

滲透是水泥基滲透結晶型防水材料中的活性化學物質在混凝土孔隙中擴散的過程，既然有擴散，必然有動力，滲透的動力有以下4種：a、機械力：在內摻型產品（水泥基滲透結晶型防水劑）中，通過機械攪拌，使活性化學物質均勻地分散在混凝土中；在干撒型產品中，通過抹壓使活性化學物質均勻地分散在混凝土表層；b、水載流動：活性化學物質的水溶液在較大的裂紋中，向混凝土內部流動，從而把活性化學物質帶入到混凝土內部；c、擴散理論：活性化學物質在水溶液中，自動從高濃度區向低濃度區擴散；d、毛細管作用：活性化學物質的水溶液，通過毛細管作用，在混凝土微細孔中擴散。

（2）滲透的條件

滲透必須具備2個條件：①滲透主要發生在混凝土的毛細孔和微細裂紋中，因此，毛細管道必須敞口。為此，必須清除混凝土表面的有機薄膜成分，如脫模劑、油漆、涂料等，有利于含有活性化學物質的水溶液對混凝土潤濕及毛細管現象的產生；②活性化學物質以水為載體滲透，因此，水是滲透產生的必要條件，在水泥基滲透結晶型防水材料的養護過程中，必須始終保持濕潤狀態。

（3）滲透深度

滲透的深度并不代表產品的性能，這是因為：①滲透與混凝土表面毛細孔、微細裂紋的分布、形狀有關，滲入深度與混凝土表面的孔隙率成正比，孔隙率越高，滲入深度越深；②滲入深度與活性化學物質的黏度成反比，黏度越低，滲入深度越深；③滲入深度與活性化學物質的活性成反比。這是因為，在滲透過程中，伴隨有結晶體的產生，堵塞毛細管，阻止滲透。活性越高、產生結晶的速度越快、對毛細孔的堵塞也越快，滲透越淺。

（4）滲透方向

在使用水泥基滲透結晶型防水材料時，我們必須控制滲透的方向，使活性化學物質向混凝土內部滲透，在混凝土深層產生結晶，堵塞混凝土中的毛細孔。為此，我們必須做到：①使混凝土表面滿足2.3所述的（2）中滲透條件；②水泥基滲透結晶型防水涂料成膜后，禁止覆蓋塑料薄膜養護，因為覆蓋塑料薄膜后，毛細孔孔口被封閉，活性化學物質的水溶液在毛細孔中上升時，在毛細孔中形成負壓，不利于活性化學物質的水溶液在毛細管現象作用下向混凝土深層滲透，應覆蓋草墊灑水養護，使毛細孔具有透氣性。

所有的操作，應防止活性化學物質從混凝土中析出，預防發生反向滲透，為此應該做到：①養護水泥基滲透結晶型防水涂膜和含有水泥基滲透結晶型防水劑的混凝土期間，表面應無明水，如果有明水存在，會在混凝土表面形成活性化學物質的低濃度區（濃度為0）混凝土中的活性化學物質會向低濃度區滲透，從混凝土中析出；對于使用水泥基滲透結晶型防水材料的蓄水池，應充分養護后，使混凝土表面形成一道致密的防水層后才能注水使用，這時，水不能浸入混凝土內部，活性化學物質也就不能從混凝土中向水中擴散；②在地下工程中使用水泥基滲透結晶型防水材料時，應充分養護后才能回填，回填土應保持濕潤。如果回填土干燥，活性化學物質在毛細管現象的作用下，易向回填土中滲透；如果回填土過分濕潤，如地下建筑物浸泡在水中，在建筑物周圍形成活性化學物質的低濃度區（濃度為0），活性化學物質易從混凝土中高濃度區向低濃度區滲透，造成活性化學物質的損失。所以，水泥基滲透結晶型防水涂膜或含有水泥基滲透結晶型防水劑的混凝土必須充分養護，在混凝土表面形成致密的防水層，堵塞造成滲透的毛細孔，使反向滲透終止。水泥基滲透結晶型防水材料的主要功能

3.1 提高混凝土抗滲性

抗滲性是水泥基滲透結晶型防水材料最基本的性能。CCCW在建筑施工中的使用一般采用兩種方式：一種是均勻拌合于混凝土中的摻合劑，可以減小混凝土孔隙率，提高密實度，減少水滲入的途徑；一種是干撒或摻水攪勻涂抹在混凝土表面的濃縮劑，隨同水的滲入向裂縫內滲透，沿途在適宜條件下結晶修復裂縫，提高混凝土的抗滲能力。CCCW在遇水后通常可發生兩次甚至多次的重復結晶，因此防水抗滲效果顯著且持久。3.2 抗碳化性

當水泥基滲透結晶型防水材料發生化學反應生成不溶性結晶物填充、密實孔隙和裂縫之后，提高了混凝土的密實度，能有效阻止CO2等氣體物質的入侵，減小混凝土的碳化程度[10]。3.3 提高混凝土抗凍性 混凝土的凍融破壞機理中，破壞力主要來自兩個方面，一是溫度降低時水的相變引起的體積變化產生的膨脹壓力，二是在溫度變化時由于水的遷移引起的滲透壓力，此外還有由于熱膨脹系數不同導致溫度變化是變形不協調等原因。兩個主要的破壞原因都與水的存在有關，因此提高混凝土的密實度和抗滲能力，降低水的滲入量，可以有效提高混凝土抗凍性。諸多品牌的CCCW在具有抗滲作用的同時，也具有抗凍效果。3.4 裂縫修復性

國內外眾多學者通過研究發現，混凝土本身具有自愈性。這是由于混凝土中存在部分未水化或不完全水化的水泥顆粒，當混凝土開裂后有水滲入時或在一定濕度條件下，這些水泥顆粒會發生水化反應，生成的水化結晶產物使裂縫逐漸愈合。混凝土裂縫自愈性能和自身配合比、縫寬、溫度等因素有關。水泥基滲透結晶型防水材料的主要成分就是硅酸鹽水泥，因此也具有自愈合性[11]，而且由于活性化學物質的存在，使自愈合性能比水泥更強。3.5 無毒、環保性

水泥基滲透結晶型防水材料是綠色環保型產品，與化學灌漿材料、聚合物材料或其他摻有高分子防水劑的水泥基材料相比，具有無毒無害的特點，對環境沒有污染，可用于飲用水工程。水泥基滲透結晶型防水材料在隧道工程中的應用

4.1 隧道工程防水理論

國內外隧道工程基本上都采用“截、堵、排相結合，多道設防”的防治水原則[12-13]，對隧道工程進行從圍巖到初期支護到二次襯砌全方位的防排水處理。

“截”主要是指截斷流向隧道區域的水流，即把所有可能流向隧道的地表水、地下水的通道截斷。截水措施主要包括：隧道洞口仰坡設置截水天溝，截留地表水，防止水流流向隧道洞門；對洞身上方的積水坑等可能導致地表水下滲的位置進行處理，如地形疏導、修建排水溝、噴抹灰漿等；對有明顯流向和穩定補給的地下水，應當采取截水導坑或封堵措施，防止隧道開挖后出現大量涌水。

“堵”主要是在隧道開挖以后，針對隧道圍巖出現的或者可能出現的明顯滲水、涌水情況，采取封堵措施或者超前堵水措施，同時也包括在隧道結構內采取措施，對侵人隧道結構的滲漏水進行封堵，防止水流向隧道內滲透。除了在施工時采取的注漿堵水外，隧道永久性結構堵水措施主要包括：設置防水層對滲水進行封堵；采用抗滲混凝土進行襯砌自防水；對于混凝土襯砌的工作縫，采用止水帶、止水條等材料進行堵水，防止滲水出現在隧道內空表面。

“排”是整個防排水體系中重要的一環，無論是截水還是堵水，最終還是要通過排水措施才能將水引出隧道區域以外，保證不侵入隧道。排水方式包括盲溝排水、泄水管排水、排水溝排水、排水管排水等。在隧道洞內主要采用排水溝和排水管排水。排水溝用于匯集排水管和隧道路面的水排出洞外；排水管包括隧道襯砌內的縱向、橫向和環向排水管，用于匯集被防水層封堵的圍巖滲水，最后排到排水溝。只有實現了通暢的排水，才能降低襯砌和圍巖內水壓，做到無壓防水，防止高水壓下滲水通過襯砌裂隙等薄弱環節滲出。

“截、堵、排”相結合的防排水措施是一個有機整體，相互間不可分割。其中任何一項措施實施不理想，都將引發其它措施失效或者效果不佳，導致隧道防排水失敗。4.2 基于水泥基滲透結晶防水材料的防水施工工藝

水泥基滲透結晶型防水材料一般通過刷涂施工或噴涂施工。采用水泥基滲透結晶型防水材料對隧道工程的防水處理可在初期支護后進行，也可在二期支護后進行，具體施工方法[14]如下：

1、施工前必須用清水徹底潤濕工作面，形成內部水分飽和，以利于CCCW借助水分向混凝土結構內部滲透；

2、按產品說明書的要求配置水泥基滲透結晶型防水涂料，邊攪拌邊將水加入，然后用手提攪拌器攪拌成均勻的涂料，攪拌時間約為3～5min。每次調好的漿料應盡可能在30min內用完，當混合物變稠時應頻繁攪動，不可加水沖稀；

3、噴涂或刷涂：由于隧道表面（初期支護或二期支護后的表面）可不用再做找平處理，所以表面較粗糙，用刷涂法施工不宜取得良好的效果，因此建議使用噴涂法施工，即快捷又能保證工程質量；

4、檢查驗收及養護：檢查涂層是否噴涂均勻，不應有漏噴和漏底；按規定做好養護，保證養護時間、次數及使用霧水。同時，養護期間不得有磕碰；噴涂層不得有剝落、裂紋等現象出現。結論

水泥基滲透結晶防水材料具有良好的混凝土抗滲性、抗碳化性、抗凍性、裂縫修復性及無毒、環保性。基于水泥基滲透結晶防水材料的一些良好性質，因此，可假想用水泥基滲透結晶型防水材料替代一般的防水板或防水卷材，使隧道工程防水施工更方便、快捷，并達到永久性的防水效果，使整個防水系統更為合理、耐久，為隧道工程防排水設計、施工積累了大量的工程經驗。參考文獻

[1] 楊娟.隧道工程丙烯酸鹽噴膜防水層效能體系及其評價方法研究[D].成都：西南交通大學, 2013.[2] 楊其新, 盛草櫻, 張曉鋒.侵蝕性介質對丙烯酸鹽噴膜防水材料性能的影響[J].現代隧道技術, 2008, 45(6): 39-45.[3] 楊其新, 張曉鋒.復合侵蝕性介質對丙烯酸鹽噴膜防水材料的影響[J].新型建筑材料, 2009,(9): 51-55.[4] 劉騰飛.水泥基滲透結晶型防水材料功能及組分作用分析[D].北京：清華大學, 2011.[5] 張新慶, 趙長才, 王惠明.水泥基滲透結晶型防水涂料的作用機理與應用[J].新型建筑材料, 2008, 4: 68-70.[6] 陳寶貴, 倪貴泉, 李國營.水泥基滲透結晶型防水材料的組成與作用[J].新型建筑材料, 2008, 5: 65-67.[7] 陳光耀.水泥基滲透結晶型防水劑及其裂縫自修復性能的研究[D].廣州：華南理工大學, 2010.[8] 王成言.賽柏斯等防水材料在混凝土壩中應用的試驗研究[D].西安：西安理工大學, 2006.[9] 王丹, 張玉奇, 曾昌洪, 等.水泥基滲透結晶型防水劑的性能研究及微觀分析[J].新型建筑材料, 2008, 2:77-80.[10] 孫學志, 王元綱, 張高勤, 等.滲透結晶型涂料對混凝土碳化的影響[J].混凝土與水泥制品, 2008, 4:65-67.[11] 余劍英, 李旺林, 郭殿祥, 等.滲透結晶型防水材料賦予混凝土裂縫自愈合性能的研究[J].中國建筑防水, 2009，8:14-16.[12] 申 峰, 李咸友.公路隧道防排水體系缺陷與對策[J].現代交通技術, 2010, 2(7): 71-73.[13] 張小華, 劉清文, 楊其新.鐵路隧道防排水現狀與思考[J].現代隧道技術, 2007, 44(4): 61-66.[14] 張洪, 丁占來, 付書峰.水泥基滲透結晶型防水材料在鐵路隧道工程中的應用探討[C].第十屆中國科協年會論文集

（一）, 2008.