HDPE自粘胶膜防水卷材在隧道中的应用
摘 要：介绍了HDPE 自粘胶膜防水卷材在北京地铁 6 号线某区间隧道中的施工与应用技术，重点介绍了高分子自粘胶膜防水卷材的构造、性能、防水机理，以及防水工程的施工工艺、质量及验收要点。
关键词：地铁隧道；高分子自粘胶膜防水卷材；土工布；“上环下纵”铺设法；无穿孔固定系统
1工程概况
北京地铁 6 号线东大桥站至呼家楼站区间线路由西向东，纵断为单向坡，低点在东大桥站，右线里程单线长度 540.6 m，防水面积约 1 万 m2。该区间隧道工程防水等级为二级，选用了2.4 m 幅宽、1.2 mm厚的高分子自粘胶膜（非改性沥青类）防水卷材全包设防。
2 材料介绍
本工程选用了“雨虹”牌 PMH-3040 高密度聚乙烯（HDPE）自粘胶膜防水卷材作为主要防水材料，该材料具有特殊的构造和功能界面，能与后浇筑的混凝土形成带有塑性缓冲层的紧密结合体系。
2.1产品构造及功能
PMH-3040 HDPE 自粘胶膜防水卷材由一层主体卷材（HDPE 薄膜）、一层塑性凝胶状缓冲结合层、一层反粘结合层复合而成，其表面覆盖了隔离保护膜。图 1 为 HDPE 自粘胶膜防水卷材构造图。
2.1.1 主体防水卷材
主体防水卷材为合成高分子薄膜，是主体薄膜防水层，也是塑性凝胶缓冲层和反粘结合层的载体，承担卷材防水的功能。本工程产品主体防水卷材为HDPE 土工膜，其具有高强度、高延伸、耐磨、耐穿刺、耐化学品腐蚀等优良性能。
2.1.2 塑性凝胶缓冲层
塑性凝胶缓冲层为功能层，是自粘型有机凝胶塑性材料，致密且不溶于水，与固体材料具有优异的粘结性能。塑性凝胶缓冲层能以塑性变形的方式消耗外来的冲击荷载，从而使防水层具有抵抗外力破坏的能力。因此，该缓冲层可使防水体系在混凝土结构体受到极限损伤的破坏模式下，依然能够维持很好的防水性能。
2.1.3反粘结合层
反粘结合层是一种含有特殊活性官能团的薄膜材料功能层。反粘结合层材料含有的官能团在硅酸盐水泥固化过程中，能与水泥中的硅酸根形成化合物，产生化学键结合。
2.2防水机理
HDPE 自粘胶膜防水卷材与后浇筑的硅酸盐水泥混凝土通过化学键形成结合体，其防水机理如下：
1）主体防水卷材通过塑性凝胶层、反粘结合层与混凝土结构附着在一起，当防水层受外力作用时，主体防水卷材可以在塑性凝胶层内发生相对位移变形，发挥出主体卷材的防水功能；
2）当混凝土结构内部出现裂缝（温度裂缝、应力裂缝、结构变形裂缝）时，塑性凝胶层能够发生位移变形，消除裂缝的反射损伤；
3）当主体卷材与混凝土结构剥离、脱落时，高分子自粘胶膜防水卷材能确保破坏面在塑性凝胶层内，且有一定厚度的凝胶依然附着在混凝土表面，确保防水层依然具有抗渗性能。
3 施工工艺
3.1 施工流程
本工程的施工流程见图2。
3.2 施工准备
为保证 PMH-3040 HDPE 自粘胶膜防水卷材在隧道内顺利铺设，施工中使用了专用的无穿孔固定件和专用的固定件焊接设备，以及卷材搭接用的专用搭接胶带和盖口条等辅助材料，并在施工前培训了一批专业施工人员。
3.3防水层施工基层要求
施工防水层对基层的要求：基层不得有明水，如现场有明水或渗流，应采取堵漏或排水措施；基层要求平整或平缓，混凝土初期支护凹面或凸面的矢高比（D/L）应≤1/8（图 3）。当 D/L ＞1/8 时，应视工程实际情况，采取剔凿、找平等处理措施。
在本工程中，为保证防水卷材更好地铺贴，要求施工基层 D/L =1/20～1/10。
3.4铺设土工布
1）土工布只能用土工布刀（钩刀）进行裁剪，如在场地内裁剪，需对自粘胶膜防水卷材及其他材料采取保护措施，防止损坏。
2）铺设防水卷材前应先铺设 400 g/m2的土工布缓冲层，采用射钉枪（手锤）、垫片将缓冲层固定在基层上；固定时钉头不得突出平面，固定点之间呈正梅花形布设，侧墙上的固定间距为 80～100 cm，顶拱上的固定间距为50～80 cm，仰拱上的固定间距为 1.0～1.5 m。
3）土工布采用搭接法连接，搭接宽度 50 mm，搭接缝采用垫片固定。铺设时，土工布应与基面密贴，不宜拉得过紧或出现过大的褶皱，以免影响防水卷材的铺设。
4）铺设土工布时，注意不要让石子、大量尘土或水分等进入土工布或掉进土工布的下面。
5）铺设结束后，对土工布表面进行目测以确定是否有损坏的地方，如果有必须做好标记进行修补，并确定土工布表面没有断针等异物。
3.5铺设防水卷材
本工程铺设卷材时，采用先进的摩擦焊接技术，将专用垫片焊接于 HDPE 膜上，并采用子母垫片扣合式固定于喷锚混凝土初支上（也可采用吊挂、焊接的方式）。为配合隧道二衬的施工，更合理地安排工序与组织施工，采用了“上环下纵”法（即拱顶环向仰拱纵向）进行铺设。
3.5.1 “上环下纵”法铺设自粘胶膜防水卷材
HDPE自粘胶膜防水卷材在施工过程中采用拱顶环向仰拱纵向的方式进行铺设，其最大的优势在于施工速度快、防水效果佳。隧道仰拱与二次衬砌单独作业，对各道工序均无影响，因而提高了施工效率。图 4 为本工程铺设防水卷材示意图。
铺设时应注意：
1）仰拱铺设防水卷材时，先铺设拱墙处，再铺设仰拱底部，采用5 幅卷材纵向铺设，先测量好拱墙部边缘线位置并弹线。保证两幅卷材平行搭接，搭接时，先将卷材固定再进行搭接处理。
2） 拱顶卷材短边与仰拱卷材长边搭接处垂直搭接，保证100 mm 的搭接长度。
3）铺设时要注意与喷射混凝土密贴，不宜拉得太紧，要留出≮50 cm 的搭接余量。
4）铺设拱顶卷材时，应由拱顶向拱墙铺设，同样采取垫片扣合或垫片热熔后粘结固定。
5）自粘胶膜防水卷材从隧道一端沿同一方向、逐步向前推进（顺水）。
6）因隧道地下水以空隙潜水和基岩裂隙水、断层带水、岩溶水为主，故工程局部含水量较大，在铺设卷材前，应在仰拱中心处（隧道最低点）沿隧道纵向凿出高与宽均为2~3 cm的引水槽，以快速排水和方便卷材施工，保证防水施工质量。
3.5.2子母垫片扣合固定自粘胶膜防水卷材
1）无穿孔固定系统组成
无穿孔固定系统由子母垫片、子垫片定位器、自粘胶膜防水卷材、专用焊机以及专用操作平台（含定位钢板）组成。
2）施工
①搭设操作平台，根据现场条件制作母片定位模板；②展铺卷材，将定位模板放在卷材需要固定垫片的位置，以梅花型固定垫片，间距为 800 mm；③采用摩擦焊机将母垫片焊于卷材上，卷材收卷并运至施工部位；④按母垫片位置定位子垫片，将卷材铺设于土工布上方，确定子垫片位置，用射钉枪（手锤）固定子垫片；⑤用橡胶手锤将母垫片和子垫片固定在卷材上（重复此做法）。
3.5.3卷材搭接处理
卷材与卷材的搭接宽度不小于 80 mm，长边搭接方式有自粘搭接、双焊缝搭接两种，短边一般采用专用胶带粘合搭接。
本工程卷材长边搭接采用了双缝热合焊机进行双缝焊接。焊接时，焊接温度和速度根据材质由试验确定。焊接完成后，对焊缝进行气密性检查，检查合格后用盖口条粘结焊缝处。卷材短边用专用搭接胶带粘接后，用盖口条粘贴在搭接缝上，并用压辊压实。图 5 为卷材搭接示意图。
3.5.4卷材焊接
1）施工前准备
正式焊接之前需做好以下准备工作：①对铺膜后的搭接宽度进行检查：自粘胶膜防水卷材焊接缝搭接宽度为 100±20 mm；②焊接前，要对搭接的 200 mm左右范围内的膜面进行清理，用湿抹布（不得拧出水滴）擦掉灰尘、污物，并使这部分保持清洁、干燥；③仰拱有积水处，应先清除明水；④焊接部位不得有划伤、污物、灰尘及其他妨碍焊接的杂质。
正式焊接之前，应根据经验设定设备参数，取300 mm×600 mm的小块卷材进行试焊。在拉伸机上进行焊缝的剪切和剥离试验，如果不低于规定数值，则锁定参数，并以此为据开始正式焊接。否则，要重新设定参数，直到试验合格为止。当温度、风速有较大变化时，应及时调整参数，重新试验。
3）焊接操作
①开机后，观察指示仪表显示的升温情况，使设备充分预热。
②向焊机中插入防水卷材时，搭接尺寸要准确，动作要迅速。
③在焊接中，司焊人员要密切注视焊缝的状况，及时调整焊接速度，确保焊接质量。
④在焊接中要保持焊缝平直整齐，及早对卷材下不平整部分采取应对措施，避免影响焊机顺利运行。遇到特殊故障时，应及时停机，避免将卷材烫坏。
⑤焊接过程中确保焊机不断电，保证焊机正常运行，以免损坏卷材。
3.5.5 卷材修补
已经施工完毕的卷材防水层，若在后道工序中检查出防水层上有破损之处，必须立即用黑色记号笔标记，以便随后修补。
自粘胶膜防水卷材上的任何穿透性破损点，在支立模板、浇筑混凝土前必须得到妥善的修补。
修补防水卷材上的破损点或破损面，必须采用同样型号的卷材来打补丁，补丁的尺寸应满足破损周边外有大于 100 mm 的完整搭接部分。
修补补丁可裁剪成圆形、椭圆形或边角修成圆角的长方形、正方形等形状，即无论采用何种形状的补丁，均不得存在尖锐的边角。先用专用搭接胶带（宽80 mm）将修补补丁与卷材完全粘结，然后用自粘胶膜防水卷材盖口条盖住补丁周边接缝。
修补完成后应对修补质量进行检查。
4 质量及验收
4.1 质量验收点
1） 防水层应在隧道初期支护趋于稳定并经隐检合格后，方可施工。
2） 铺设防水层的隧道初期支护表面应坚实、平整、无明水、无渗流。
3）防水层应连续，允许采用其他材料共同完成形状复杂的局部区域的防水施工。
4） 铺设防水层前必须在初支上铺设土工布缓冲层，且克重不小于 300 g/m2，搭接不应小于 50 mm。
5） 防水层的长短边搭接宽度不小于 100 mm，纵向铺设的卷材长边搭接错开不小于1.5 m。
6）变形缝、施工缝等特殊部位的防水应按设计或施工方案进行处理。
7）防水层甩槎应采取保护措施，保证后续施工段卷材的搭接质量。
4.2 主控项目
1）防水卷材及主要配套材料必须符合设计要求。
2）卷材防水层及其转角处、变形缝、穿墙管道等细部做法须符合防水设计要求。
4.3 一般项目
1）卷材防水层的基层应牢固，基面应洁净、平整，不得有空鼓、松动、起砂和脱皮现象，基层阴阳角处应做成圆弧形。
2）扣合、焊接应牢固可靠，不得出现脱落等情况。
3）卷材防水层的搭接缝应粘（焊）结牢固，密封严密，不得有皱折、翘边和鼓泡等缺陷。
4）卷材防水层长边搭接应焊接牢固，并采用充气法检验。
5）卷材搭接宽度的允许偏差为-10 mm。
6）卷材防水层搭接完成后，将盖口条粘贴牢固，搭接中心线允许偏差为±1 cm，盖口条宽度不小于 12cm。
7）初衬平整度较差的部位，应保证卷材具有一定的松弛度。
5 结语
地铁隧道防水是一个系统工程，产品、施工机具、施工工艺等非常重要。在北京地铁 6 号线区间隧道工程的施工中，由 PMH-3040 HDPE 自粘胶膜防水卷材及专用辅材构成的隧道防水系统得到了成功的应用。在已施工的部分，PMH-3040 HDPE 自粘胶膜防水卷材的防水效果非常优异，明显好于传统的隧道防水板。
参考文献：
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[S].北京：中国标准出版社，2003.
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