§ 62. ГИДРОИЗОЛЯЦИЯ ТОННЕЛЬНЫХ ОБДЕЛОК
Наиболее распространенными средствами герметизации тоннелей в водоносных породах являются нанесение торкрета и оклеечной гидроизоляции.
Торкрет. Торкрет наносят на внутреннюю поверхность обделки с помощью пневматической цемент-пушки (производительность до 1,5 м3/ч, расход сжатого воздуха 3—6 м3/м). Давлением сжатого воздуха (до 4,5 кгс/см2) сухая смесь цемента и песка (состав 1 : 2—1 : 4) подается по гибкому шлангу к соплу и после увлажнения в нем водой (давление на 1 кгс/см2 больше, чем сжатого воздуха) с силой набрызгивается на изолируемую поверхность. Образование торкретного слоя сопровождается непрерывным уплотнением ударами песчинок, обеспечивающим высокие качества покрытия. Торкретирование ведут слоями толщиной 5—12 мм с общей толщиной покрытия 20—40 мм. Так как более тонкие слои являются более плотными, слой, прилегающий к обделке, и наружный слой, подвергающийся выветриванию, делают более тонкими, чем остальные слои. Каждый последующий слой наносят после затвердения предыдущего (обычно через 8—12 ч).
Материалами для торкретирования служат чистый песок крупностью до 5 мм и цемент марки не ниже 300, подбираемый с учетом агрессивности подземных вод.
При напорах подземных вод, превышающих 5 м вод. ст., торкретный слой армируют сеткой из проволоки диаметром 3—5 мм, прикрепляемой к обделке анкерами, располагаемыми через 40 см.
Поверхность для торкретирования подготавливают посредством насечки бетона отбойными молотками с очисткой пескоструйным аппаратом и промывкой водой под давлением. Перед торкретированием поверхность увлажняют, а воду, просочившуюся через обделку, отводят через трубки, заложенные в бетоне. Температура поверхности должна быть не ниже +5° С. Для уменьшения усадки влажность торкрета на обычном цементе поддерживают в течение двух недель, на пуццолановом — в течение трех недель.
Торкретное покрытие обеспечивает достаточную механическую прочность (до 30—40 кгс/см2 на растяжение), хорошее сцепление с бетоном (до 10—12 кгс/см2), особенно при наличии сетки из арматуры, и водонепроницаемость при небольших напорах воды. Незначительная фильтрация воды через торкретное покрытие компенсируется ее испарением с поверхности торкрета, вследствие чего эта поверхность производит впечатление сухой. Работы по торкретированию в значительной степени механизированы.
К недостаткам торкрета относятся: его жесткость, ведущая к трещинообразованию при неравномерных осадках; возможность возникновения усадочных трещин, уменьшаемая применением безусадочного цемента (марки ВБЦ) и армирование сетками; большой расход цемента (750—850 кг/м3 при составе смеси 1 : 3) и значительный отскок частиц от поверхности (до 40—80% от потолка).
Оклеечная гидроизоляция. Оклеечная гидроизоляция состоит из нескольких слоев рулонного материала, соединенных и наклеенных на изолируемую поверхность пластичной водонепроницаемой массой. Изнутри тоннеля гидроизоляция, подвергающаяся наружному гидростатическому давлению, поддерживается железобетонной оболочкой, воспринимающей это давление. В качестве прочной основы оклеечной гидроизоляции тоннелей принимают материалы неорганического происхождения, не подверженные гниению, например гидроизол, получаемый путем пропитки асбестового картона мягкими беспарафинистыми битумами.
Число слоев рулонного материала в изоляционном покрытии определяют в зависимости от напора подземных вод, но назначают не менее трех слоев гидроизола.
Битумная мастика, являющаяся собственно изолирующим материалом изготовляется из нефтяных беспарафинистых битумов. При рабочей температуре в тоннеле выше +7° С применяют битум марки III, при более низких температурах — смесь битумов марок II и III.
Мастику наносят при температуре не менее 150° Сив случае необходимости подогревают электрическим способом. Поверхность, подлежащую изоляции, выравнивают цементной штукатуркой состава 1 : 3 или при хорошем качестве поверхности затирают цементным раствором с устройством выкружек в местах переломов контура радиусом не менее 10 см. Влажную поверхность штукатурят цементным раствором состава 1 : 2 с добавкой 10—20 % жидкого стекла (от массы цемента).
Изоляцию укладывают на сухую отвердевшую поверхность снизу вверх при температуре не ниже +5° С и не выше 20° С.
При укладке рулоны гидроизола раскатывают в направлении, перпендикулярном оси тоннеля. Вдоль тоннеля полотнища перекрывают друг друга на 10 см с взаимным сдвигом стыков на 1/3 ширины полотнища (рис. 214, а). Поперек тоннеля полотнища соединяют вразбежку со сдвигом смежных стыков на 10 см в обратном своде и стенах или в двойную вилку (рис. 214, б) с взаимным перекрытием полотнищ на 20 см (в верхнем своде).
На законченное гидроизоляционное покрытие наносят отделочный слой горячей битумной мастики толщиной 2—3 мм, после остывания которого укладывают так называемую стяжку из цементного раствора состава 1 : 3 толщиной не менее 2 см. Назначение стяжки — защита покрытия от повреждений во время укладки арматуры и защита арматуры от загрязнения битумом. Стяжка обычно отсутствует лишь на внутренней поверхности верхнего свода, где ее уложить трудно. Здесь между гидроизоляцией и арматурой помещают прокладки из цементного раствора.
При устройстве гидроизоляционного покрытия тоннеля, сооружаемого горным способом, работы выполняют в три очереди.
В первую очередь укладывают и покрывают стяжкой гидроизоляцию нижней части сечения тоннеля до его горизонтального диаметра. Затем устанавливают арматуру и бетонируют нижнюю часть поддерживающей железобетонной оболочки.
Во вторую очередь ведут гидроизоляцию и бетонирование железобетонной оболочки на боковых частях верхнего свода, соответствующих каждая центральному углу 60°. На этом участке стяжка имеет толщину 5 мм или отсутствует совершенно.
В третью очередь наклеивают гидроизоляцию в замковой части и после отвердения бетона железобетонной оболочки в зазор между ней и гидроизоляционным покрытием производят нагнетание жирного цементного раствора через отверстия, расположенные вдоль шелыги свода через 75—100 см одно от другого.
В местах осадочных швов гидроизоляцию снабжают компенсирующими устройствами, обеспечивающими ее целость при небольших взаимных смещениях частей сооружения. Принцип устройства компенсаторов гидроизоляции заключается в создании складки, распрямляющейся при возможных осадках. Складку располагают в штрабе, предусмотренной в изолируемой поверхности, и заливают битумной мастикой.
Хорошо выполненная оклеечная гидроизоляция описанной конструкции обеспечивает полную водонепроницаемость тоннельной обделки, которая не нарушается при неравномерных осадках и образовании трещин в бетоне. Ее недостатками являются необходимость в поддерживающей внутренней оболочке с соответствующим увеличением объемов проходческих и бетонных работ, а также большая трудоемкость ее устройства, связанная с применением горячей битумной мастики.
Значительным шагом вперед является внедрение безмастичной (термопластичной) гидроизоляции из рулонных битумизированных материалов на стекловолокнистой основе. Такие материалы получили распространение как за рубежом (склобит, панцерит и т.п.), так и в Советском Союзе (стеклобит).
Стеклобит представляет собой стекловолокнистую ткань, покрытую с двух сторон слоями термопластичной массы из тугоплавкого битума. Особенностями этой массы являются ее морозостойкость в значительном интервале температур и быстрый переход при нагреве в капельно-жидкое состояние.
Стеклобит имеет толщину около 4 мм и выпускается рулонами шириной 92 и 101 см. Гидроизоляцию из стеклобита устраивают двухслойной со стыками внахлестку на половину ширины рулона. Она выдерживает давление воды до 5 кгс/см2.
Подготовка гладкой поверхности к нанесению гидроизоляции заключается в ее очистке и окраске битумным лаком. Стеклобит наклеивают на слой высохшего лака, прогревая газовоздушными горелками покровный слой, обращенный к изолируемой поверхности, с последующим непрерывным раскатыванием рулона. Прогрев изолируемой поверхности и рулона обеспечивает хорошее сцепление между ними и исключает возможность оставления пузырьков воздуха.
Оплавлением стеклобита газовоздушными горелками трудно добиться равномерного прогрева как по ширине, так и по толщине материала, вследствие чего в гидроизоляционном покрытии возможны мелкие дефекты. Более целесообразен инфракрасный нагрев, обеспечивающий эффективное оплавлениематериала за счет высокой плотности излучения и большой поглощающей способности битума.
Применение термопластичной гидроизоляции позволяет отказаться от специального оборудования и работ, связанных с варкой, транспортом и нанесением горячей битумной мастики. Благодаря этому трудоемкость работ уменьшается в 2—3 раза и улучшается качество гидроизоляции, так как равномерная толщина битумного слоя обеспечивается в заводских условиях. Наклеивать гидроизоляцию можно при низких температурах (до минус 15—20° С).
В особо неблагоприятных гидрогеологических условиях, при больших напорах подземных вод или в особенно ответственных сооружениях (например, станции метрополитена) на коротких участках применяют гидроизоляцию изстальных листов толщиной 6—8 мм с приваренной к ним зигзагообразной арматурой или анкерами.
После установки листов по внутренней поверхности их соединяют между собой сплошным сварным швом. Эти листы используют при бетонировании обделки в качестве опалубки.
Гидростатическое давление воспринимается стальными листами и через арматуру передается на бетонную обделку, работающую, таким образом, на суммарное действие горного и гидростатического давления. Поверхность листов защищают от коррозии торкретным покрытием по приваренной к ним стальной сетке. Распространение этого наиболее надежного вида гидроизоляции ограничено дефицитностью листовой стали.
Для гидроизоляции тоннельных обделок возможно также применение покрытий из компаундов эпоксидных смол, наносимых механизированным способом на изолируемую поверхность. Высокое сцепление эпоксидных смол с бетоном позволяет отказаться от внутренней поддерживающей конструкции.
Компаунд представляет собой коллоидный раствор из эпоксидной смолы и отвердителя (например, полиэтиленполиамина). Свойства компаунда в значительной степени определяются количеством отвердителя.
В настоящее время разрабатываются компаунды, обладающие стабильными свойствами в условиях переменной температуры и влажности, характерных для транспортных тоннелей, а также технология нанесения покрытий из компаундов и мероприятия по их защите.