0 引言

　　明挖法作为传统地下隧道施工方法，适用于建造埋深较浅的隧道。当需穿越水深较浅的湖泊与河流时，常采用围堰阻挡湖(河)水，并抽干围堰内积水，以现浇混凝土的形式建造隧道。明挖法属于较经济的施工工法，在我国多地均有工程实例，如苏州市金鸡湖隧道、无锡市太湖隧道、遂宁市观音湖隧道等。

　　1 明挖法隧道防水设计原则与防水等级标准

　　1.1 防水设计原则

　　1)防水设计遵循“以防为主、刚柔相济、因地制宜、综合治理”的原则。

　　2)确立钢筋混凝土结构自防水体系，即以混凝土结构自防水为根本，以变形缝、施工缝等接缝防水为重点，并辅以全包防水层等多道防线组成综合治理体系。

　　需强调的是，结构迎水面虽设置了防水层，但这并不意味着可降低对钢筋混凝土结构自防水体系的要求。GB/T 50476—2019《混凝土结构耐久性设计标准》第6.4.4条明确表述:“混凝土表面的防水层除经专门论证，不应考虑其对氯化物的阻隔作用”，该条文可理解为当隧道所处的湖泊、河流、地下水或场地土含有氯化物等侵蚀性介质时，结构迎水面虽设置了全包防水层，但应按照混凝土结构直接暴露于侵蚀性介质中的工况，提出混凝土结构自防水设计要求。

　　1.2 防水等级标准

　　1)明挖法隧道防水等级应为二级，即不允许漏水，结构表面可有少量湿渍，总湿渍面积不大于总防水面积的2/1 000，任意100m²防水面积上的湿渍≤3处，单个湿渍最大面积≤0.2m²。平均渗漏量≤0.05L/m²·d，任意100m²防水面积上渗漏量≤0.15L/m²·d。

　　2)隧道局部机电设备集中区域防水等级应为一级，即不允许渗水，结构表面无湿渍。

　　2 全包防水层设计优化

　　目前，明挖法隧道全包防水层设计时通常采用以下构造形式:底板多选用预铺防水卷材，顶板多选用防水涂料或自粘防水卷材;如隧道存在围护结构，侧墙防水层选用预铺防水卷材(见图1);如隧道为放坡开挖或采用土钉墙围护形式，侧墙防水层与顶板防水层宜选用同种材料，且与顶板防水层一并施工。

　　图1 明挖法隧道全包防水层构造 

　　预铺防水卷材由主体材料、自粘胶层、表面防(减)粘保护层组成，可与后浇混凝土形成黏结，有效防止黏结面窜水，在明挖法隧道工程中已有较多应用实例。但随着预铺防水卷材的大规模应用，施工现场出现了一系列问题，笔者根据现场实际工况，与业主方、施工方共同协商，提出以下优化措施。

　　2.1 明确施工现场预铺防水卷材检测要求

　　传统防水卷材均为现场抽样送检，通过检测卷材物理力学性能判断其是否合格。但对于施工现场的预铺防水卷材能否与现浇混凝土形成良好黏结，一般无检测要求。工程质量要求越来越严格，业主方要求设计人员提出现场检测方案，以便对预铺防水卷材是否达到现场使用要求做出判断。为此，在施工图纸中增加现场卷材与后浇混凝土浸水后剥离强度检测要求，具体检测步骤如下。

　　1)现场随机抽取预铺防水卷材样品，平铺在室外地坪上，使其充分暴露在阳光下。

　　2)模拟实际施工工况，采取人工踩踏、钢筋拖拽及水冲洗等卷材样品劣化方式，劣化时间与该阶段施工时间相当。

　　3)安装混凝土模板，将劣化后的卷材样品裁切后，分别固定于模板内侧，并浇筑条形混凝土试件。

　　4)放置24h脱模，在标准养护条件下养护7d。

　　5)将试件浸入水中(168±2) h后取出，吸干明水，通过人工撕扯卷材评判其与现浇混凝土的黏结性能。

　　6)试验完成后，将评定合格的卷材送交有关部门，开展物理力学性能检测。不合格产品直接由专人监管，24h内运出施工场地，不得再次进入。

　　上述步骤均需在甲方、设计代表、施工总承包方、监理方、供货商共同在场的情况下进行，并拍照、录像存档。

　　根据现场混凝土试件浸水后剥离强度检测结果，存在以下现象:(1)卷材与混凝土剥离强度较低，施工人员可从混凝土基面轻易撕开卷材;(2)卷材从混凝土基面撕开较困难，强行撕开后卷材本体自粘胶层附着在混凝土试件表面;(3)卷材从混凝土基面撕开较困难，但强行撕开后卷材本体自粘胶层仍附着在卷材表面，未附着在混凝土试件表面。根据定性认知，卷材本体自粘胶层与混凝土的黏结强度应大于卷材主体材料与自粘胶层的黏结强度，卷材与混凝土受到外力作用剥离后，卷材本体自粘胶层应附着在混凝土试件表面，从而在结构迎水面形成完整封闭的防水层。因此，最初认定出现第(3)种现象的卷材属不合格产品，但该产品供货商认为我国国家标准或行业规范未认定出现第(3)种现象的产品为不合格产品，提出异议。

　　为取得一致意见，设计人员查阅大量标准与规范，并认为依据JGJ/T 299—2013《建筑防水工程现场检测技术规范》的规定可解决上述问题。因此业主方请专业检验认证机构，按该规范规定的程序进行现场测试。通过量化检测，判定预铺防水卷材与后浇混凝土浸水后剥离强度是否满足要求。根据检测结果，自粘胶层仍附着在卷材表面的试件浸水后剥离强度全部满足要求。这说明采用定性方式判断产品是否合格存在较大偏差，只有通过定量检测才能得出准确结论。施工现场如需检测卷材与后浇混凝土浸水后剥离强度，应参照《建筑防水工程现场检测技术规范》执行。

　　2.2 明确底板预铺防水卷材保护层设置与否

　　关于底板预铺防水卷材施工后是否设置卷材保护层的问题，业内争论已久，存在以下观点:(1)底板无须设置保护层，有利于预铺防水卷材与混凝土本体形成良好黏结，如设置保护层，保护层与底板混凝土之间存在施工缝，易形成渗水通道;(2)底板设置保护层，目前，防水卷材现场大面积施工质量控制较困难，无法确保钢筋绑扎、焊接过程中卷材不被破坏，卷材一旦破损，因钢筋已成型，修复难度较大。

　　根据以往工程实例及目前国内预铺防水卷材生产质量，提出以下优化建议。

　　1)底板设置高分子预铺防水卷材且不要求设置保护层时，应明确提出采用带颗粒层的卷材。如业主方、施工方仍担心卷材受损，建议在卷材表面铺设洒水土工布，待钢筋网施工完成后，将土工布抽出即可。

　　2)严格执行GB/T 23457—2017《预铺防水卷材》中的要求，带颗粒层的预铺防水卷材体系已纳入该标准。

　　3)底板存在一定数量桩基的工况下，不宜设置预铺防水卷材保护层。因桩基与卷材接口处封闭较困难，易形成渗漏点，如设置保护层，渗漏水一旦进入保护层与底板之间，卷材将失去作用。如一定要求设置保护层，建议桩基周边一定范围内不设置，以便卷材与底板混凝土直接黏合，防止因渗漏发生窜水。

　　2.3 设置底板立面预铺防水卷材

　　根据施工现场的反馈，放坡开挖隧道底板预铺防水卷材施工存在以下问题:卷材铺设至底板与侧墙连接处未上翻，造成卷材无法与后浇混凝土黏合，底板立面卷材未起到防水作用。拆模后施工方虽采用胶粘剂将卷材粘贴于底板立面，但已背离卷材防水原理。

　　为此，通过与施工方协商，提出以下优化措施:利用现场底板端模接缝夹紧卷材边端，待底板混凝土浇筑完成，且卷材与底板混凝土达到一定黏结强度后，将边端卷材裁切即可。

　　2.4 加强层与大面积卷材复合处理

　　预铺防水卷材大面积施工时，某些特殊位置(如变形缝等)需设置预铺防水卷材加强层，但卷材与加强层间无可靠黏结，为使二者结合为整体，通常设置丁基橡胶防水密封胶粘带，也可防止窜水。但卷材表面存在砂粒层，丁基橡胶防水密封胶粘带与卷材无法密贴。

　　根据上述情况，建议加强层设置在大面积铺设的卷材外侧，且加强层无须带砂粒层，通过自身黏结层或设置丁基橡胶防水密封胶粘带与大面积卷材复合，可确保加强层与大面积卷材具有良好的密贴性(见图2)。

　　2.5 侧墙预铺防水卷材与顶板防水层搭接

　　当明挖法隧道存在围护结构时，侧墙防水层多将预铺防水卷材铺设至顶板迎水面，与顶板防水层形成搭接。目前主要有以下搭接形式:(1)充分利用预铺防水卷材与现浇混凝土的黏结特性，在顶板混凝土初凝期间，采用适当质量的构件，将预留一定长度的侧墙预铺防水卷材压至顶板混凝土迎水面，待卷材与混凝土形成有效黏结后，再进行顶板防水层施工，并与侧墙预铺防水卷材形成搭接(见图3a);(2)先施作顶板防水层至顶板与围护结构边端，然后将预留侧墙预铺防水卷材下翻，并与顶板防水层搭接，由于侧墙卷材边端不易与顶板防水层密贴，可采用丁基橡胶防水密封胶粘带封闭卷材端部(见图3b)。上述搭接形式均有设计案例，但均存在预铺防水卷材主材硬度较大、转角施工困难、与顶板密贴难等问题。

　　图2 加强层与大面积卷材复合构造 

　　预铺防水卷材与顶板防水层搭接形式可进行以下优化:首先将卷材与顶板防水层搭接位置由平面改为立面，可使卷材不弯折，且端部直接固定于围护结构水泥砂浆找平层上;然后将顶板防水层沿找平层上翻，并完全覆盖封闭卷材边端(见图4)。应在确认围护结构与主体内部结构相对沉降基本无差异的情况下，采取优化后的搭接形式。

　　2.6 预铺防水卷材遇桩头时改良处理

　　预铺防水卷材遇桩头时的传统处理方式为增设1道加强层，加强层与大面积铺设的卷材在平面搭接，并沿桩身上翻，桩身周边需超挖一定深度，以确保加强层具有足够的上翻高度，便于加强层固定在桩身表面。由于施工现场桩头周边超挖形成的下凹处易积聚垃圾，且清理困难，施工方通常不愿采用此方式。但如不采用超挖方式，因桩头顶部需连续排布主筋，桩基高度受限，造成加强层上翻固定困难。

　　图3 侧墙预铺防水卷材与顶板防水层搭接构造  

　　图4 侧墙预铺防水卷材与顶板防水层搭接构造优化  

　　基于上述原因，提出以下优化措施。(1)卷材遇桩头时，不再设置沿桩身上翻的加强层，卷材与桩头接缝处采用遇水膨胀止水胶封边(见图5)。但遇水膨胀止水胶存在遇水预先膨胀的可能性，部分专家提出采用非定型丁基橡胶防水密封胶代替遇水膨胀止水胶，可规避遇水膨胀止水胶预先膨胀的风险，且非定型丁基橡胶防水密封胶具备一定黏性，可与各种材料形成黏结。但目前我国未制定有关材料标准，如施工现场采用非定型丁基橡胶防水密封胶，将给检验与验收环节带来较大困难，建议材料领域科研人员、检测人员及相关材料供应商尽快制定国家标准或行业规范，以便推广应用。(2)桩身本体不进行修补作业，避免修补材料与桩身间形成渗水通道。

　　图5 预铺防水卷材遇桩头时的构造优化  

　　3 接缝防水设计优化

　　明挖法隧道接缝防水分为施工缝防水与变形缝防水，施工缝防水又分为纵向水平施工缝防水与横向垂直施工缝防水。

　　3.1 纵向水平施工缝防水设计优化

　　以往纵向水平施工缝以设置钢板止水带为主要防水措施，钢板止水带具有一定防水作用，但存在以下问题:(1)单根钢板止水带长度一般为3～6m，接头要求水密焊接，但现场焊接质量无有效检测手段，且接头数量较多，难以保证施工质量;(2)钢板止水带在地下水氯离子、硫酸根离子的侵蚀作用下，导致钢板锈蚀、体积膨胀，从而使原始施工缝间隙变大或产生新裂缝，使防水效果降低。

　　针对上述问题，提出自粘丁基橡胶止水带代替钢板止水带的优化建议，自粘丁基橡胶止水带采用耐老化、耐腐蚀、耐水、气密性优的丁基橡胶材料，制成具有反应性的丁基胶料，将丁基胶料包覆钢板，从而形成止水带。自粘丁基橡胶止水带具有以下优点:(1)可与后浇混凝土发生反应，形成具有一定黏结强度的结合体;(2)凭借自粘特性，止水带接头处采用搭接方式即可完成;(3)因外侧有丁基橡胶包覆，钢板不会与腐蚀性离子接触，无腐蚀危害;(4)T/CECS 10015—2019《自粘丁基橡胶钢板止水带》为此类止水带的实际应用提供检验与验收标准。

　　在自粘丁基橡胶止水带推广应用过程中，暴露出以下问题:(1)材质不佳，部分止水带采用沥青基材料代替丁基橡胶，导致材料整体性能下降，此问题可通过控制止水带胶料为非黑色解决;(2)止水带外侧保护膜过早去除，导致丁基橡胶在施工过程中受损，应通过加强现场管理，使施工人员了解保护膜的重要性加以解决。

　　3.2 变形缝防水设计优化

　　传统变形缝主要采用中埋式止水带和外贴式止水带、密封胶形成多道防水防线，但隧道接缝渗漏仍较严重，虽存在施工原因，也可从设计角度提出以下优化措施。

　　1)以往施工缝、变形缝处设置的防水材料互不搭接，导致各类接缝防水措施未形成整体性防水体系。因此，要求变形缝止水带与纵向水平施工缝止水带形成搭接，即自粘丁基橡胶止水带或钢板止水带与变形缝处设置的中埋式止水带相互搭接，形成环纵向一体化防水措施。

　　2)暗埋段变形缝内表面设置内装可卸式止水带，这是逐渐被设计人员接受的措施(见图6)。其优点包括:(1)可适应较大的变形缝张开量与沉降量;(2)抗水压性能优越;(3)可更换。但因安装内装可卸式止水带需设置角钢预埋件，现场施工过程中发现以下问题:(1)预埋角钢间隙过大，导致变形缝原始接缝宽度过大，直接影响内装可卸式止水带在一定水压作用下的抗变形能力;(2)预埋角钢间焊缝与混凝土浇筑终止基面距离过小，导致后期角钢焊接时产生高温，影响周边混凝土与角钢的结合。上述问题均为施工方需注意的事项，严格按图施工才能保证施工质量。

　　图6 暗埋段变形缝细部防水构造  

　　3)敞开段变形缝延伸至侧墙顶部的中埋式止水带端部宜采用腻子型膨胀橡胶块封口，避免地下水绕过止水带端部流入结构内表面，同时采用高模量聚氨酯密封胶嵌填封闭变形缝的内表面，确保雨水不会渗入变形缝内(见图7)。

　　图7 敞开段变形缝防水构造  

　　4 结语

　　明挖法隧道防水施工存在一定问题，针对全包防水层，总结施工现场预铺防水卷材产品质量控制要求，并对底板预铺防水卷材保护层、底板立面预铺防水卷材设置问题进行分析。通过采取卷材加强层与大面积卷材复合处理优化措施，确保二者具有良好的密贴性。侧墙预铺防水卷材与顶板防水层的搭接优化使卷材无须弯折，避免出现与顶板密贴难等问题。预铺防水卷材遇桩头时的优化处理，可避免沿桩身上翻设置卷材加强层，从而避免桩头周边超挖。

　　对于接缝防水，主要提出纵向水平施工缝、变形缝防水优化措施，其中纵向水平施工缝主要通过自粘丁基橡胶止水带进行优化，变形缝止水带应与纵向水平施工缝止水带形成有效搭接，从而形成环纵向一体化防水措施，达到优化目的。