高速公路富水隧道宽幅防水结构层自动铺设施工工法.pdf

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1、1高速公路富水隧道宽幅防水高速公路富水隧道宽幅防水高速公路富水隧道宽幅防水高速公路富水隧道宽幅防水结构层结构层结构层结构层自动自动自动自动铺设铺设铺设铺设施工工法施工工法施工工法施工工法1 1 1 1前言前言前言前言近年来，随着高速公路建设的飞速发展，遇山筑隧，势在必行。但是在修建隧道的过程中，采用人海战术，也不能满足施工标准化、品质化、人文化的要求，为了提高机械化引领新变革和隧道防排水的工程质量，便成了隧道建设过程中的关键问题和技术难题。甘肃路桥建设集团有限公司、甘肃万泰建设工程有限公司按照全国高速公路项目建设标准化、规范化、精细化、人文化施工要求，针对目前公路隧道二次衬砌表面渗漏水的质量通

2、病，自主开展了高速公路富水隧道宽幅防水结构层自动铺设施工技术的研究与创新，自行研发了一款隧道宽幅防水板自动铺挂装置，并申报了专利，专利号为 ZL2017 2 1722943.0。采用此项技术，彻底消除了防水层的纵向接缝，提升了防水层的铺设质量，解决了二次衬砌表面渗漏水的质量通病，从而保证了隧道的整体工程质量，使得在隧道运营过程中，延长其使用寿命。公路隧道宽幅防水结构层自动铺设施工技术通过在敦煌至当金山高速公路试验段阿尔金山隧道和兰州至永靖沿黄一级公路恐龙湾隧道中施工实践，经总结和提炼，形成了高速公路富水隧道宽幅防水结构层自动铺设施工工法。2 2 2 2工法特点工法特点工法特点工法特点2.1 机

3、械化作业代替体力劳动，减轻劳动强度，最大限度降低了安全风险。2.2 作业后的防水层平整、无折皱。2.3 全断面一次性铺设，铺设防水层速度快，作业效率高。2.4 通过富水隧道宽幅防水层全断面施工技术，彻底消除了纵向接缝，解决了隧道二次衬砌表面渗漏水质量通病。2.5 采用宽幅防水层的施工工艺，节约材料成本。2.6 该设备可重复多次使用。23 3 3 3适用范围适用范围适用范围适用范围适用于各种断面的公路隧道柔性防水结构层施工。4 4 4 4工艺原理工艺原理工艺原理工艺原理采用集土工布安装、固定，防水板铺挂、固定、焊接的综合作业台车，并配套卷扬机来提供动力来源，其利用减速机自身的一种特性-反向自锁功

4、能，发挥其安全性能，由无线遥控器指挥卷扬机带动防水卷材上升、下降，完成一个完整的过程，即可实现防水卷材的摊铺、固定。5 5 5 5施工工艺流程及操作要点施工工艺流程及操作要点施工工艺流程及操作要点施工工艺流程及操作要点5.15.15.15.1 施工工艺流程施工工艺流程施工工艺流程施工工艺流程图图图图 5.1-15.1-15.1-15.1-1 施工工艺流程图施工工艺流程图施工工艺流程图施工工艺流程图施工准备测量放样台车就位安装土工布铺设固定安装 EVA 防水板接缝处理固定 EVA 防水板质量检查验收35.25.25.25.2 操作要点操作要点操作要点操作要点5.2.1 施工准备将施工机具、防水卷

5、材转运至工作面，并检查卷扬机轨道是否脱落，断链；卷扬机电机是否通电及综合作业台车的安全性能。在使用前，接通电源，开启遥控器开关，控制整个动力系统的运动，卷扬机在空载状态下沿着轨道运动，观察前进、停止、后退情况及整体协调性，满足要求后开始安装防水卷材，否则，进行调整。在保证各个环节运作正常，方可作业。5.2.2 测量放样测量人员放样隧道中线。5.2.3 定位台车将一体台车的对称轴线与隧道中线重合，确保卷扬机行走轨道与初期支护表面间距均匀。5.2.4 安装土工布先将土工布放置于连接卷扬机的承载轴上，承载轴两端与卷扬机座上的连接套相接，通过插销固定，销钉采用 M18100 的螺栓，防止脱落。5.2.

6、5 铺设、固定土工布现将土工布边缘缠绕在纵向排水管上，并在管上方开始安装第一排垫片，其垫片间距安装水平间距 1m 布设，采用红外线定位仪布点，根据布点位置安装垫片，边墙、拱腰、拱顶部位其垫片间距可通过移动红外线定位仪调整，实时量测。操作卷扬机上升的过程中，沿轨道每上升 1.5m 即停顿一次，便于安装垫片。依次类推，在拱腰部位按照 70cm 间距布设垫片，拱顶部位按照 50cm 布设。相反，卷扬机在另一侧下降过程中，每下降 1m，即可安装垫片。图图图图 5.2.5-15.2.5-15.2.5-15.2.5-1 承载轴连接套承载轴连接套承载轴连接套承载轴连接套图图图图 5.2.5-25.2.5-2

7、5.2.5-25.2.5-2 固定土工布固定土工布固定土工布固定土工布4图图图图 5.2.5-35.2.5-35.2.5-35.2.5-3 固定土工布固定土工布固定土工布固定土工布5.2.6 安装、固定 EVA 防水板为了便于利用防水板包裹纵向排水管，可提前预留其长度为 60cm，距离防水板边缘 70cm 位置贴于之前固定土工布的垫片上，用电磁焊机加热，使防水板与垫片粘结，达到面结合。在整个操作卷扬机过程中，与挂设土工布的流程一致。将防水板全部展开后，将卷扬机操作至起始位置。图图图图 5.2.6-15.2.6-15.2.6-15.2.6-1 固定防水板固定防水板固定防水板固定防水板图图图图 5

8、.2.6-25.2.6-25.2.6-25.2.6-2 防水板效果防水板效果防水板效果防水板效果5.2.7 松弛度的控制在挂设防水板过程中，应注意其松弛度的控制；由于土工布挂设在前，垫片的布置间距是按照在边墙、拱腰、拱顶部位分别为 100cm、70cm、50cm 布设，垫片的固定点数边墙为 23 点/m2、拱部为 34 点/m2。相应在边墙处的防水板，从下而上平铺于初衬表面，高度为 2.5m，拱腰部位的防水板由于重力的作用导致下坠，此时应该适当考虑松弛度，从固定点顺防水板量测 72cm，拱顶部位从固定点顺防水板量测 52cm，伸长量为 9 间距 92cm2+132cm=62cm，起拱线以上净长

9、为 19.14m，总长度为 19.76m，从而得出松铺系数为 1.03。5图图图图 5.2.7-15.2.7-15.2.7-15.2.7-1 垫片环向间距分区图垫片环向间距分区图垫片环向间距分区图垫片环向间距分区图5.2.8 搭接缝的处理与质量检验防水板搭接部位采用 RFT-501 爬焊机从一侧焊接至另一侧。单条焊缝宽度和搭接宽度均在 12.5mm 和 100mm 以上。充气检查：将 5 号注射针与压力表相接，用打气筒进行充气，当压力表达到0.25MPa 时停止充气，保持 15min，压力下降在 10%以内，焊缝合格，经实际检测，其压力均在 0.2MPa。土工布固定牢固，垫片无脱落；防水板无折

10、皱、破损，无紧绷；焊接质量符合要求。6 6 6 6材料与设备材料与设备材料与设备材料与设备6.16.16.16.1 材料材料材料材料350g/m2土工布、1.5mm 厚 EVA 防水板应满足国标高分子防水材料（第一部分片材）（GB18173.1-2012）,进场时应附带质量合格证，其技术指标均由试验人员检验合格并符合设计及国家规范要求。6表表表表 6.1-16.1-16.1-16.1-1 材料数量材料数量材料数量材料数量序号序号序号序号材料名称材料名称材料名称材料名称规格规格规格规格单位单位单位单位数量数量数量数量备注备注备注备注1EVA 防水板25000(长)5000(宽)1.5(厚)mm/

11、卷M2403889.312土工布350g/m2M2403889.31表表表表 6.1-26.1-26.1-26.1-2 1.5mm1.5mm1.5mm1.5mm 厚厚厚厚 EVAEVAEVAEVA 防水板防水板防水板防水板、土工布技术指标土工布技术指标土工布技术指标土工布技术指标序号序号序号序号项目项目项目项目单位单位单位单位指标指标指标指标备注备注备注备注1拉伸强度MPa152断裂伸长率%5003尺寸稳定性%3.04低温弯折性-35无裂纹5直角抗裂强度MPa606不透水性 24hMPa0.27耐酸性 PH 值38热熔处理尺寸变化率%2.09阻燃性燃烧状态下离火后自熄10土工布单位面积质量g/

12、m23506.26.26.26.2 设备设备设备设备表表表表 6.2-16.2-16.2-16.2-1 主要机具主要机具主要机具主要机具设备配置表设备配置表设备配置表设备配置表序号序号序号序号机具名称机具名称机具名称机具名称规格规格规格规格单位单位单位单位数量数量数量数量备注备注备注备注1综合安装台车台12卷扬机220V/2.2KW台23无线遥控器部14全站仪拓普康台1测量放样5红外线定位仪220V台1控制固定点间距6爬焊机RFT-501台27防水板电磁焊接机220V/4KW台1固定防水板8钢卷尺5m把29易损件备用77 7 7 7质量控制质量控制质量控制质量控制7.17.17.17.1 质量

13、标准质量标准质量标准质量标准表表表表 7.1-17.1-17.1-17.1-1 质量控制标准质量控制标准质量控制标准质量控制标准序号名称版本号1公路隧道施工技术规范JTG F60-20092公路工程质量检验评定标准（土建工程）JTG F80/1-20043公路工程技术标准JTG B01-20144公路隧道施工技术细则JTG/T F60-20095公路隧道设计规范JTG D70-20046地下工程防水技术规范GB50108-20087高分子防水材料（第一部分片材）GB18173.1-20127.7.7.7.2 2 2 2 质量控制重点质量控制重点质量控制重点质量控制重点表表表表 7.7.7.7.

14、2 2 2 2-1-1-1-1 防水层防水层防水层防水层质量检查表质量检查表质量检查表质量检查表7.7.7.7.3 3 3 3 外观鉴定外观鉴定外观鉴定外观鉴定7.3.1 防水层表面平顺，无折皱、无气泡、无破损等现象，与洞壁密贴，松紧适度，无紧绷现象。7.3.2 接缝粘贴密实饱满，无气泡、空隙。7.7.7.7.4 4 4 4 质量保证措施质量保证措施质量保证措施质量保证措施7.4.1 土工布铺设前先清除初期支护表面锚杆、钢筋网等突出物，然后凿平并抹水泥砂浆找平，确保喷射混凝土表面平整圆顺。7.4.2 无纺布采用电磁焊专用垫片和水泥钉进行固定，水泥钉长度为 35cm，水泥钉外漏长度与垫片表面齐平

15、或略低，确保衬砌混凝土浇筑过程中防水板受到挤压被戳破。序号检 查项 目规定值或允许偏差检查方法和频率备注1搭接宽度(mm)100尺量：全部搭接均要检查2缝宽(mm)焊接两侧焊缝宽25尺量：每个搭接检查 5 处粘接粘缝宽503固定点间距(mm)拱部0.5-0.7尺量：检查总数 10%侧墙1.0-1.287.4.3 每个垫片的焊接时间为 34s，时间不能过长也不能过短。8 8 8 8安全措施安全措施安全措施安全措施8.1 贯彻“安全生产，人人有责”的方针，组织施工人员进行安全教育与培训，增强全员安全意识，提高安全知识水平。8.2 施工现场严格按照“三相五线”进行低电压电力线路安装，并确保“一机、一

16、箱、一闸、一漏”，作业面供电系统由专业电工管理、维护，在防水板的作业区应配齐灭火器材，安排专职安全员负责管理。8.3 建立健全安全保障体系，做到安全工作制度化、日常化，确保人员与设备的安全，加强操作人员的日常安全技术交底和培训。8.4 卷扬机必须指定专人操作，应具有熟练操作技能，并对爬行轨道是否脱落应加大检查力度，做好机具设备的使用、维修、保养记录。8.5 卷扬机施工前应检查电力系统，其工作电压需满足设计要求，应检查电线是否破损，电机壳体不得不得有任何杂物包裹，电机无渗油现象。8.6 隧道口配备医疗器械和急救药箱，一旦出现高原反应立即启用，隧道内作业人员应配备个人防护用品，避免人身伤害和职业危

17、害。8.7 高原地区隧道施工，应随时监测洞内 O2和 CO 的含量，确保人员安全。8.8 卷扬机在爬行过程中，下方严禁站人。8.9 施工时绝对禁止不佩戴安全防护工具进入隧道，隧道内加强通风。8.10 严格遵守劳动纪律，不得酒后上岗和连续疲劳作业，严格执行操作规程和安全规章制度。9 9 9 9环保措施环保措施环保措施环保措施9.1 在施工过程中严格遵守国家和地方政府下发的有关环境保护的法律、法规和规章制度，加强对工程材料、设备控制和治理，遵守有关防火及废弃物处理的规章制度。9.2 施工现场需配备专用洒水车在洞内二次衬砌已完工段落进行洒水降尘，防止二次粉尘污染。9.3 将施工场地和作业限制在工程建

18、设允许范围内，合理布置、规范围挡，9做到标牌清楚、齐全，各种标识醒目，施工场地整洁文明。9.4 优先选用先进的环保机械设备，尽可能避免夜间施工，降低工地噪音污染。9.5 安排专人定期清理和打扫场地，充分利用自动铺设的优势，减少对防水板的切割次数，避免余头浪费，不能用的边角料及土工布等废料，应集中妥善处理。10101010资源节约资源节约资源节约资源节约10.1 以机械化代替人工，传统工艺中完全靠人力将卷材运至挂布台架顶部，一模二衬以纵向长度 12m 计算，传统工艺中防水板作业 4 人，需要 12h，改进后作业人员 3 人，需要 5h，可大大减轻作业人员的劳动强度，节约了时间,节约了社会劳动力资

19、源。10.2 采用宽幅防水层，减少了搭接缝道数，节省了原材料。10.3 防水层自动铺挂装置可以多次重复使用，降低设备成本，节约资源。11111111效益分析效益分析效益分析效益分析11.111.111.111.1 与传统工艺对比与传统工艺对比与传统工艺对比与传统工艺对比11.1.111.1.111.1.111.1.1 经济效益分析经济效益分析经济效益分析经济效益分析以单洞长度 7500m 计算，每月完成 70m，工期 107 个月，进行效益分析：10备注备注备注备注：防水防水防水防水层层层层搭接宽度按照搭接宽度按照搭接宽度按照搭接宽度按照 10cm10cm10cm10cm 计算计算计算计算，其

20、铺挂有效长度其铺挂有效长度其铺挂有效长度其铺挂有效长度（纵向纵向纵向纵向）分别为分别为分别为分别为 2.8m2.8m2.8m2.8m、4.8m4.8m4.8m4.8m。从表中数据可以看出：防水层的环向接缝由 2680 道减少为 1563 道，搭接缝明显减少，同比面积减少了（2680-1563）/2680=41.6%，一方面减少了爬焊机焊接次数，另一方面节省原材料（土工布+防水板）558522=22340m2，节省 22340/（222680 卷25m/卷3m）=2.77%。共计 5585m26 元/m2+5585m222 元/m2=156380 元，节省工资支出 642000 元，扣除卷扬机费

21、用 40000 元/套，共节省758380 元；同时工艺改进前，人工为 4 人，改进后建为 3 人，而防水板重量由原来的 105kg/卷增加至 175kg/卷，增重 66.67kg，充分说明机械代替体力劳动的作用之大。11.1.211.1.211.1.211.1.2 工艺效果分析工艺效果分析工艺效果分析工艺效果分析序号名称传统工艺改进工艺传统工艺改进工艺节省1卷材（土工布）重量 kg/卷0.35kg3m25m=26.25kg0.35kg5m25m=43.75kg2卷材（防水板）重量 kg/卷1.4kg3m25m=105kg1.4kg5m25m=175kg3搭接缝/道（以洞身长度2680 道15

22、63 道1117 道4搭接缝面积/m226800.225=1340015630.225=78155585m25土工布13400m26 元/m2=80400 元7815m26 元/m2=46890 元33510 元6防水板13400m222 元/m2=294800 元7815m222 元/m2=171930 元122870 元7劳动力/人4346000 元107=2568000 元36000 元107=1926000元642000 元8卷扬机/套无140000 元-40000 元9综合分析综合分析综合分析综合分析758380758380758380758380 元元元元11以一模二衬 12m 长

23、度进行工艺对比：图图图图 11.1.211.1.211.1.211.1.2-1-1-1-1 传统工艺效果传统工艺效果传统工艺效果传统工艺效果图图图图 11.1.211.1.211.1.211.1.2-2-2-2-2 改进工艺效果改进工艺效果改进工艺效果改进工艺效果11.1.311.1.311.1.311.1.3 社会效益社会效益社会效益社会效益通过工艺改进，防水板搭接缝明显减少，提高了防水板平整度，彻底解决了二次衬砌表面渗漏水的质量通病，加快了施工进度，缩短了工期，更节省人力，节省成本，确保作业安全。12121212应用实例应用实例应用实例应用实例1 1 1 12 2 2 2.1.1.1.1

24、应用实例一应用实例一应用实例一应用实例一：甘肃省甘肃省甘肃省甘肃省敦煌敦煌敦煌敦煌至至至至当金山当金山当金山当金山高速公路高速公路高速公路高速公路试验试验试验试验合同段合同段合同段合同段12.1.1 工程地点：甘肃省酒泉敦煌市12.1.2 工程概况：敦当高速试验合同段，全长 4.792Km(包括互通式立交1 座)，全线按照双向四车道、全封闭全立交高速公路标准设计，设计行车速度80km/h。主要工程量有路基土方 781309m3，路基防排水工程 7907m3，装配式钢筋混凝土箱涵320.74m/11道，隧道右线起讫桩号YK285+421YK292+954,长7533m，左线起讫桩号 ZK285+

25、441ZK292+957,长 7516m，1.5mm 厚 EVA 防水板序号细 目传统工艺改进工艺1搭接缝/道多（3m 一道缝）少（5m 一道缝）2渗漏水几率大小3用工大小/工日61.8754效率/小时/以一模二衬长度统计12 小时5 小时5外观质量搭接缝处折皱、鼓包明显平整6卷材运送装载机配合人工卷扬机提升7安全风险系数低高12403889.31m2，350g/m2土工布 403889.31m2。12.1.3 合同工期：42 个月。12.1.4 工程造价：12.99 亿元（其中包含暂列金额 5000 万元）。1 1 1 12 2 2 2.2 2 2 2 应用实例二应用实例二应用实例二应用实例

26、二：兰州至永靖沿黄一级公路第五合同段兰州至永靖沿黄一级公路第五合同段兰州至永靖沿黄一级公路第五合同段兰州至永靖沿黄一级公路第五合同段12.2.1 工程地点：甘肃省永靖县盐锅峡镇12.2.2 工程概况：合同段起止桩号为 K24+450YK26+200，路线全长2.01km，主要工程量有：恐龙湾隧道 1 座，右线长 1174m，左线长 1177m，左右线总长 2351m；涵洞 6 道，共计 258m；路基土石方挖方 12.7 万 m3（隧道进口端主线挖方 5.84 万 m3，隧道出口端主线挖方 0.58 万 m3，恐龙湾平交 A、B 岔道挖方 4.49 万 m3），填方 35.2 万 m3（隧道进

27、口端主线填方 19.36 万 m3,隧道出口端主线填方 5.55 万 m3,恐龙湾平交 A、B 岔道填方 6.83 万 m3），特殊路基处理 3.3万 m3，防排水 2.1 万 m3，1.5mm 厚 EVA 防水板 58790.00m2，350g/m2土工布58790.00m2。12.2.3 合同工期：24 个月12.2.4 工程造价：1.715 亿元（其中包含暂列金额 485 万元）。1 1 1 12.32.32.32.3 应用效果应用效果应用效果应用效果该技术通过在阿尔金山隧道和恐龙湾隧道实践应用，即实现了施工机械化作业，又提升了防水板的挂设效果，彻底解决了隧道二衬表面渗漏水的病害，最显著的四个优势是：第一，以机械化作业代替体力劳动，省时省力，并且增加了安全风险系数；第二，该设备操作简单、方便，操控性极强；第三，防水板摊铺次数少，充分利用了不可避免的中断时间，其效率大大提高，从而加快了隧道施工进度；第四，消除了防水层纵向接缝，减少了环向接缝，保证防水板平整，达到了防水的目的。其工期、效益、质量、安全均得到了有效保证，符合“四节一环保”的要求，具有很高的推广价值。