一、前言

　　隧道及地下工程渗漏水是长期以来困扰专家们的一个头痛问题，也是当前地下工程建筑中突出的质量通病和亟待深入解决的课题。目前矿山法复合式衬砌的地下工程夹层防水，多采用防水卷材；一般采用高分子防水片材，如各种类型的塑料板、橡胶板等。

　　归纳起来，地下工程复合式衬砌防水施工中采用防水板有如下的缺陷：①本身的材质不能和砼密贴，难满足堵水的要求，安设时的冲击，背面突出物等易将防水板扎破，导致漏水；②要求防水面平顺整齐，如遇壁面砼有较大空洞和凹凸场合，二次衬砌挤压防水板受拉伸，易使防水板断裂破坏；③板与板间的接合部，是防水板的薄弱环节，对施工精度要求高，稍有不慎，会导致整个防水体系失效。

　　因此，为了消除防水卷材在复合式衬砌地下工程中的缺陷，各国地下工程专家都在寻求新的防水法。喷射成膜防水法便是针对防水板的缺点，而提出的使用在隧道及地下工程复合衬砌中的一种新型防水技术。

　　其方法为：将配置好的药液通过喷膜防水机搅拌、混合、计量输送，到达喷枪内加入引发剂，通过施加于喷枪内的超音速的旋转气流高速混合，发生聚合反应，迅速喷射到防水的界面，瞬间凝聚成具有一定强度和韧度的薄膜，起到对水的隔阻作用，达到防水的目的。相对于防水卷材的防水方法，该技术的优点主要为：对施工环境无特殊要求、适应性广、质量均匀、无接头、耐久性好、施工快速方便、整体性好、无毒无味、不燃烧、对环境无污染等。

二、喷膜防水技术概述

1、喷膜防水技术原理

　　喷膜防水技术主要包括成膜材料的配方、喷射设备和喷射工艺两大方面。成膜材料是以有机金属盐为主剂，以引发剂（辅液）聚合而形成的双组份高分子成膜材料，通过成膜主液和引发剂在喷枪内高速混合后，即可瞬间聚合，形成具有防水和隔离功能的薄膜材料；喷膜防水机综合考虑了成膜材料和成膜工艺所要求的技术指标，达到成膜材料的搅拌混合、计量、输送、喷射的系统协调，完成喷膜防水的施工作业。本方法的原理见图1。2、喷膜防水法的特点

　　能保证防水的质量，对施工环境无特殊要求，适应性广，施工操作简便，经济合理，主要特点是：

　　① 在壁面凹凸显著、湿润状态下，能够在喷射面上能形成均匀的薄膜；

　　② 无接头，整体性好，质量均匀；

　　③ 省力、省时，对隧道施工影响小；

　　④ 无有害气体，不燃烧，对环境无污染；

　　⑤ 喷射面有锚头突出时、不会降低作业效率；  　　　　　　　　　

　　⑥ 能适应各种比较复杂的结构形状；

　　⑦ 施工费用较低，低于防水板的施工成本，材料成本相差不大。　　　　　　　　　　3、喷膜防水法的功能

　　（1）防水功能

　　通过透水实验证明，（动水压：一次直接受压0.3MPa；试验时间：大于240小时；透水量：0g，）防水性能是很高的，在保证防水膜 ≥2mm厚的条件下，可充分确保防水效果。在有二次衬砌条件下，对水压力不受限制；在防水膜裸露情况下，背水压力必须小于0.25MPa；加排水层卸压后，不受背水压力的限制。

　　（2）排水功能

　　无明显渗水或少量渗水的情况下，可不设排水层，就能达到防水的效果。渗水明显时，可在喷射防水膜前，要根据渗水情况设置排水设施，通过排水设施把渗出水引导到排水沟。

　　（3）隔离缓冲功能

　　防水膜是均质弹性材料，变形系数大，大于2mm厚的薄膜能使喷层和围岩变形对衬砌的约束力起到一定的缓和作用。

4、喷膜防水法的适用范围和条件

　　（1）工程适用范围

　　本防水方法适用于采用矿山法复合式衬砌修建的公路和铁路隧道、地下铁道、地下室、地下停车场、人防工程、地下管道、洞窟型库房等地下工程的防水工程，尤其是密闭型的地下工程的防水。

　　（2）防水界面的适用条件

　　①在混凝土、金属材料、隧道围岩比较稳定或经过网喷初期支护处理、具有坚硬的基面作为防水膜的依托的界面上可直接喷射防水膜；

　　②断面轮廓尺寸符合设计要求，且已处理好超欠挖，界面基本平整；

　　③界面的含尘率≤10%，大于10%时，喷膜前用高压水或高压气体清洗，达到喷射要求；

　　④界面渗水的pH≥4；

　　⑤在无渗水的条件下，喷膜环境的相对湿度≥50%；有渗水情况下不受相对湿度限制；

　　⑥温度范围：－20 ℃～45 ℃；

　　⑦空气中的含尘量：≤400mg/m3；

　　⑧锚头的凸出长度：≤5cm。

　　（3）施工条件

　　①水：常压，清水且不含泥沙；

　　②电：要求380V/220V的动力电；

　　③气：要求0.4～0.5MPa的压缩空气。

三、施工程序及施工方法

1、喷膜防水法施工步骤：喷射作业流程见图2（附后）。

2、药液的制作

　　主液在工厂制作成的半成品，现场施工时只需向主液中按比例加入还原剂，并搅拌均匀，氧化剂加入水中搅拌3分钟，分别用泵计量送入喷枪。就可使用。一次喷射标准的药液制作量见表1（附后）。

3、界面清理与整修　　由于喷射基面积灰、大面积有压力渗水、孔洞及毛刺影响喷膜质量且过多消耗材料，喷膜前应对基面进行整理。　　（1）清洗　　若喷射界面含尘率大于10％，需用高压水或高压气体对喷射界面进行清洗；　　（2）整修　　对喷射界面的危石要进行剔除，较大的孔洞要进行填补；毛刺较长的喷混凝土界面，需进行大致刮平。用水泥砂浆填补的界面要求24小时后进行喷膜施工；　　（3）排水层的施工　　排水层材料采用>400g/cm2无纺布，用射钉枪将无纺布钉挂在壁面上，形成50～60cm的网状排水通道；在渗水量较大的点，以可采用弹簧管法和半圆铁皮法排水；　　（4）排水层的设置　　a）大面积渗水：对有明显渗水的界面要设置排水层，在清理后的界面上，按渗水情况设置横向无纺布排水材料，见图3，根据渗水面大小的情况，调整排水材料尺寸。一般应超出渗水面10cm的面积。

　　　b）小面积渗水：仅作渗水区局部排水层，面积大小根据渗水区域的大小确定，直接引水到纵向的排水管；

　　　c）排水口做法：所有排水层都必须连接到底部边墙的纵向排水管，并作排水口，使壁面的渗出水能够通过排水管排到集水沟。横向和底部纵向排水管可采用30cm宽无纺布覆盖并钉牢，特殊排水节点做法见图4。

4、喷膜防水的施工

　　（1）试喷

　　施工前不可直接向防水界面喷射，可向地面等非防水面喷射5～10秒钟左右，待聚合正常，才能正式进行喷膜施工；

　　（2）正式喷膜

　　　喷射距离：喷头到界面保持在30～40cm之间。

　　　喷头移动要求：喷头移动速度要缓慢，移动二次（一个来回）达到**小喷层厚度，（大于2mm）。

　　（3）喷膜作业的顺序：为先顶部后两边、先上后下；有排水层情况，先喷排水层，在向两侧延伸。

5、喷膜防水施工工艺的质量管理和成膜材料的质量检测

　　（1）施工工艺的质量管理

　　在施工过程中要建立合理的管理体制，是保证防水膜质量的重要措施，施工和质量管理的内容是：

　　a）喷射作业前喷射基面的排水设置，包括纵向和横向排水；基面整形和补修；

　　b）严格控制输送药液流量和速度；喷射前，对形成膜的药液的剂量和配比要 进行严格的标定；

　　（2）膜厚的管理

　　膜厚的管理是喷膜防水施工和质量管理的重点，要求不小于2mm的**小膜厚，是经过实验证明的**小防水厚度，为保证膜的均匀性和厚度，应严格控制以上三点。管理流程见图5所示。

图5 膜厚管理方框图

　　（3）防水膜的质量检测内容

　　　同步对已成膜的防水材料进行质量检查，检查的内容为：

　　a）膜厚，采用抽查，利用**的检测工具检测；

　　b）蜂窝、针眼，通过目测进行，发现后及时修补；

　　c）接缝，主要检查与前一次喷射的防水膜的搭接强度，在喷射24小时后用手工检测。

　　关于施工质量检测，本技术拟定完整的检测技术标准，可供工程参考。成膜材料的验收是将已完成的喷膜防水工程每2000m2，进行抽样检测，其标准见表2所列。

 　　（4）成膜材料的修整

　　①对低于标准厚度的膜，立即进行补喷，使之达到标准厚度，喷膜表面要求无渗水或其它如油渍、粉尘等；

　　②对蜂窝、针眼等不符合质量标准的问题，立即进行切割补喷修复；一般还应适当加强；

　　③对接缝不良的情况，应将搭接不良的膜切割，再进行加强喷膜;补喷时，对基面应进行清洗。

四、防水膜的物理化学性能

1、防水膜的物理化学性能

　　在实验室条件下，取样作了多组物理、化学和力学试验，其试验结果见表3。从表中试验指标证明，防水膜的物理性能和力学指标均达到防水材料的要求，完全满足防水的基本指标。本防水膜在化学上是一种稳定的物质，通过长期（按照国家有关标准浓度酸碱溶液长达半年）浸泡酸碱效果确认，对防水膜的性能无影响。特别是防水膜处于砼和喷层之间，和空气基本隔离，可以长期保持其性能。

　　特别应说明的是：本防水膜是一种无味、无毒、无害、不燃烧、无环境污染的产品，十分适合地下工程环境的使用。

2、喷膜防水法的安全性

　　　（1）药液的安全性见表4。

　　　（2）喷射作业中的粉尘浓度

　　在实验室条件下，对喷射防水膜产生的粉尘进行了测定，在无通风的情况下，粉尘 浓度：**大0.90mg/m3；**小0.30mg/m3；平均值为：0.6mg/m3。

　　　（3）防水膜对砼的影响

　　本研究的防水膜不溶于水，且耐酸碱，化学稳定性较好。因此，在同砼接触的情况下，对砼的硬化和强度不产生影响。

注：LD50是致死中量的简写；英文为（MedianLethalDose）

五、喷膜防水材料和其它防水板材料的经济技术比较

　　将该喷膜材料的试验测试指标资料与PE+无纺布防水板作经济技术比较，如表5所示。从表中可以看出：在满足材料规定要求的性能指标的前提下，虽然该喷膜材料的价格略高于防水板材料，但施工费用较低，总费用大致相等；而喷膜防水材料的防水效果、整体性、施工的技术难度和速度、材料的利用率等均优于防水板。可以认定，喷膜防水材料是一种比目前使用的防水板材料更优越的防水材料。

六、应用工程实例

　　从1999年至2005年，该项技术已先后在大竹林铁路隧道、莲黄公路隧道和磨沟岭隧道等进行了喷膜防水工程试验，均取得了满意的效果。    2010年，我们使用喷膜防水技术，在环境气候极其恶劣的条件下，施工完成牟尼沟隧道。这是对喷膜防水材料和施工技术**具说服力的一次考验。