沉管隧道的防水设计，趁早捋明白！

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1、前言

防水是任何沉管隧道设计的主要目标之一，如果忽视偶然的小裂缝，设计是不合格的。在管段大量的周边表面上，钢钣焊缝有未检查到的针孔，在混凝土上或在防水薄膜上有未检查出的缺陷的可能性是完全不能排除的。

对于 钢壳管段 ，仅靠钢壳本身提供防水。防水性能取决于大量的 焊缝的质量 。

对于 混凝土管段 ， 渗漏 与 裂缝的发展 有关；因此，了解在横向和纵向上的不同结构特性是重要的。在横向上，箱形钢筋混凝土管段尽管在横向上受压，但在顶板和底板中有些区域则能承受弯曲拉应力。在隧道断面设计中，要使所产生的裂缝只部分穿人混凝土、让在受压区域的混凝土有足够的厚度以避免渗漏 。

在纵向上，其应力比横向上的要低得多基本应力是边缘的压应力，不会导致全深度裂缝的发生。

在厚的混凝土构件中，水化热会导致构件明显变热。过一段时间后，构件将会冷却到周围环境的温度。新硬结的混凝土产生的收缩会受到限制 。当在前一个阶段浇注的底板上的水平施工接缝上继续浇注墙体时就会出现这种情况 。与刚性底板相连接的墙体冷却收缩的结果会使底板受压并使墙体下部发生纵向拉应变。除非采取适当的措施，否则就会出现大约间隔 5m的垂直贯穿全深度的裂缝 。现巳开发出令人满意的工序防止这些收缩缝，即采用较低水 泥含量的混凝土并在墙体下部强迫冷却 (图 1)；有时候用绝缘和对底板加热相结合的方法完成此项工作 。如果仍然发生裂缝，补救性注浆是有效的。

微热的发展，大部分可依靠混凝土的水化热来有效控制。因此，如采用具有高水泥系数的典型混凝土混合物(取自公路结构法规 )就可能造成这方面的相反后果 。

对 混凝土箱形管段裂缝 基本上有两种不同控制方式：

1） 伸缩缝控制方式。

2） 防水薄膜控制方式。

2、混凝土管段防水的伸缩缝概念

伸缩缝防水的实质就是利用伸缩缝来避免混凝土横向裂缝来达到防水的目的。

一个长100m或更长的管段都要设计伸缩缝。伸缩缝之间的长度取决于完成一段混凝土浇注的实际长度，一般在20m长的范围内。在两个分段之间的垂直伸缩缝基本是未加钢筋的冷缩缝 ，设有浇注在混凝土内的柔性止水板 。按照这种方法，管段应能承受柔性变形而在 伸缩缝之间无纵向拉应变发展 ，因为这种拉应变会导致混凝土开裂。

必须特别小心以保证在管段内不发生温度收缩裂缝和在浮运管段出制作场地之前对任何已出现的裂缝要进行密封。

在浮运和安装期间，一个管段的这些分段必须在结构上纵向连接在一起。这一般是靠具有或 不具有预应力的临时连接杆来完成的 ；或者靠穿过管段整个长度的临时纵向的预应力钢丝束来完成。

临时预应力钢丝束通常是在安装之后切断。然而，有时也永久保存下来——例如 ，当预计隧道不会发生柔性的弯曲时，即用桩基时就可能是这种情况 。

3、防水薄膜概念

当使用 防水薄膜 时，管段做成整体的，用规则的垂直施工缝，具有连续的纵向钢筋。防水薄膜沿管段全长做成连续的。全深度的横向混凝土裂缝有可能发展，特别是在垂直施工缝处。在这种概念内，全部防水都依靠包围管段的防水薄膜。

按下列方案使用防水薄膜；

在 底板下设钢钣 ，在 边墙 和顶盖上涂 沥青 或 塑料薄膜  ；

在 底板下和两侧设钢钣 ，仅在 顶盖上 用 沥青 或 塑料薄膜；

四周都用钢钣包围；

四周都用塑料薄膜。

必须保护沥青或塑料薄膜以免受到机械性伤害。保护通常是用混凝土覆盖层做成，必须永久保持在结构上。不幸， 这种布置需要用锚钉穿通薄膜。另外用于系缆柱和防撞板的连接 ， 进出竖井以及某些沉放的设备也需要穿通 。

设在两侧用于防水的钢钣皮层也作为浇注管段墙体混凝土的永久留存模板，当钢钣防水膜覆盖顶部区域为了浇灌和振动混凝土可能在板上留下一些洞眼，以后要把洞眼封上，这种方法 用于扁平顶部比拱形顶都要复杂得多。

顶部钢盖板可采用在浇灌顶部混凝土后才覆盖的方法，另一种方法是把钢局部地嵌人混凝土 的顶部，把钢钣焊接到这些钢轨上，然后对任何空隙进行注浆 。

钢钣膜(典型的6mm厚)利用焊接的梢钉锚固到混凝土内，一般每千米内用4根梢钉 。因为薄板对温度变形非常敏感 ，要特别小心保持薄板平顺，在钢钣皮层和混凝土之间的连接尽管使用了梢钉还是不可靠的 ，因为钢钣膜不能对混凝土结构提供结构上的帮助。

为了提高钢钣膜防腐蚀的性能，可以安装感应电流阴极保护装置。有时对钢钣的涂层也有规 定 ，但实际上不可能保证没有局部 (即在拼接处)的缺陷。对此要引起足够的重视，并采取切实措施予以解决。

显然，防水薄膜必须在整个管段周围全部连续。对钢钣要强调焊接质量。对沥青和塑料薄膜必须强调保证正确的施工工艺；并遵守对气候条件的正当规定，以及保证在钢钣膜上面覆盖严密良好。

有时接触过渡区域也要压紧密贴。在薄膜下留有小的缝隙会导致水在薄膜底下流动到混凝土内某些薄弱点，从而形成难以查出的漏水源。

4、保护混凝土抵抗化学侵蚀

沉管隧道的结构混凝土耐久性调查已经证明， 永久沉埋在海水钢筋混凝土结构具有长期的可靠性  。

在海水中，氯离子将扩散到混凝土中，从而活化混凝土，当活化情况达到钢筋时，钢筋锈蚀就可能开始。然而，因为氧的供应非常不足，在混凝土外表面内钢筋的锈蚀将不是有效的 ， 影响氯离子和氧的穿透速度的重要因素是使用的水泥类型和混凝土的密度。氯化物渗滤从来 不可能穿透到混凝土的内表面。因为氯化物的存在，在海水中硫的侵蚀不伴随混凝土的膨胀。溶解于富氧环境中的石膏和硫化铝会被溶滤出去。因此，不需要用特殊的抗硫酸盐水泥。

混凝土的内表面，空气是侵蚀性的富氧环境。隧道中过往车辆带进的防冻除冰盐，通过碳化而增加对凝土的活化作用，钢筋也将受到锈蚀。混凝土高密度和足够厚度的混凝土覆盖层是抗化学浸蚀的最好措施。

5、纵向预应力

为了防止无法控制的全深度开裂，纵向的工作拉应力应不超过混凝土的抗拉强度。在正常情况下，过种要求能在混凝土管段的设计中得到满足。如果需要，对纵向预应力给予以一个适 当小的比率来施加， 则能显著地增大产生拉应力的荷载的许可范围。例如，对具有2MPa抗 拉强度的混凝土再施加 I MPa纵 向预应力 ，则可能使产生纵向拉应力的荷载的允许范围增大50％以上 。