保國斌

摘要：為了根治嚴寒地區(qū)隧道水溝內水結冰及其引起的凍害問題，本文主要介紹隧道水溝采用硬質聚氨酯保溫材料的優(yōu)點，施工工藝及施工控制要點，為類似工程中推廣應用硬質聚氨酯保溫水溝技術提供有益借鑒。

關鍵詞：嚴寒地區(qū) 隧道水溝 硬質聚氨酯保溫材料 施工工藝

1 工程概況

通灌鐵路DT2標段姜家街隧道全長2845m，位于遼寧省桓仁縣境內。該地區(qū)11月份至次年3月份平均氣溫為-10℃，最低氣溫達到-25℃以下。在該嚴寒地區(qū)的冬季，隧道水溝內的水結冰不能排出洞外，使得襯砌背后及道床底部的水進入不了排水溝，從而導致凍害的發(fā)生，嚴重威脅行車安全。為了根治隧道水溝內水結冰及其引起的凍害問題，結合隧道水溝結構設計文件，經反復論證分析，確定采用硬質聚氨酯保溫水溝。該保溫水溝具有顯著的保溫效果，可以有效解決隧道水溝凍結等凍害問題。

2 硬質聚氨酯保溫材料技術優(yōu)點

硬質聚氨酯是一種具有保溫及防水功能的新型合成高分子材料，以聚酯或聚醚樹脂為主要材料與多異氰酸酯在一定比例加入發(fā)泡劑、催化劑、泡沫穩(wěn)定劑等，經混合攪拌相互作用下反應而成。其主要優(yōu)點有：

2.1 保溫性能好

硬質聚氨酯導熱系數(shù)低，僅為0.018～0.024w/（m·k），相當于聚苯板的一半，是目前建筑保溫較好的材料。

2.2 防水、防腐及耐久性能好

聚氨酯吸水率低（≤3%）及抗水蒸氣滲透好，能有效地防止水、濕氣以及其它多種腐蝕性液體、氣體的侵透。

2.3 質量輕，抗壓強度高

聚氨酯閉孔率高（≥92%），體積密度小，約為30～60kg/m3，抗壓強度>0.2MPa，能承受一定的荷載。

2.4 粘結性強

現(xiàn)場噴涂的聚氨酯粘結能力強，能在混凝土、木材、鋼材等多種材料表面粘結牢固，從而使聚氨酯與作用面基層成為一體，不易發(fā)生脫層。

2.5 施工簡便，質量可靠

現(xiàn)場機械化噴涂作業(yè)，成型工藝比較簡單，施工速度快，效率高，質量有所保證。

2.6 綠色環(huán)保

聚氨酯在噴涂施工及使用中無有害物質的揮發(fā)，不對環(huán)境造成污染，化學性能穩(wěn)定，不分解霉變。

3 施工工藝

3.1 施工工藝流程

硬質聚氨酯保溫水溝施工工藝流程：水溝電纜槽澆筑成型→水溝底層蓋板鋪設→保溫墊塊設置→硬質聚氨酯混合料配置→分層噴涂成型→養(yǎng)護→澆筑硬質聚氨酯保護層砼→頂層蓋板鋪設→洞外檢查井施工→洞外水溝出水口施工。

3.2 施工工藝

3.2.1 施工準備

①檢查進場的硬質聚氨酯合格證，確保其各項性能指標符合國家有關材料標準規(guī)定。

②根據(jù)施工環(huán)境的溫度及相對濕度，確定好施工參數(shù)、原材加溫溫度等。嚴寒地區(qū)隧道，應確保施工環(huán)境和原材料溫度為23±2℃、相對濕度為45%～55%的條件下，硬質聚氨酯泡沫成型尺寸穩(wěn)定性最好，按照配合比對噴涂設備進行調試和試噴。

③施工機具選用：每個班組主要配置高壓專用噴槍1臺，小型空壓機1臺，手持式攪拌機1臺，物料混合桶若個。

④材料的選用和制備：在組合聚酯或聚醚（俗稱A料、白料）、多異氰酸酯（俗稱B料、黑料）中，按照廠家提供的產品使用說明書的配合比加入催化劑、勻泡劑和發(fā)泡劑，即可制得硬質聚氨酯泡沫。

⑤噴涂前，應檢查水溝電纜槽內預留孔及預埋件位置、數(shù)量規(guī)格等，確保其均符合設計要求。

3.2.2 施工操作

①水溝電纜槽澆筑成型后，鋪設水溝雙層蓋板的底層蓋板；電纜槽內電纜鋪設后用1：10水泥珍珠巖將電纜槽

填滿。

②在水溝兩側豎墻與邊墻頂部通長設置陶?；炷帘貕|塊，墊塊高度8cm，寬度與墻寬一致。

③現(xiàn)場對水溝保溫層、電纜槽頂部及外側部位滿噴硬質聚氨酯。噴涂施工前，為確保硬質聚氨酯的粘結性、保溫性、平整性，應清掃噴涂基層，使基層表面無水、無雜物，凹凸不平處應用1：3水泥砂漿進行找平。噴涂硬質聚氨酯泡沫時，應將高壓噴槍槍口垂直對準基層面進行噴涂，氣壓保持在0.6～0.7MPa，且保持噴槍移動速度均勻一致，每次噴涂厚度應控制在25～30mm為宜，最多不得超過50mm。

④電纜槽外側澆筑厚度為3cm的C20混凝土聚氨酯保護層（內設鋼絲網）。模板采用定型鋼模板，雙排φ48×3.5mm鋼管通長連接加固。因澆筑混凝土厚度較薄，振動棒無法插入振搗，混凝土分兩層逐層澆筑，采用直徑16mm圓鋼人工插入振搗密實。

⑤聚氨酯養(yǎng)護24h后即強度達到100%以后，方可鋪設水溝電纜槽頂部蓋板。

⑥洞外檢查井采用雙層蓋板，蓋板間同樣以聚氨酯保溫層填塞實，并且保證洞外施工排水管管頂至地面距離即埋深不小于最大凍結深度。

⑦洞外保溫水溝出水口施工時，位置應選在背風向陽低洼處。出水口堆砌片石，然后在片石覆蓋粘土進行夯實，以確保水溝出水口不結冰，不堵塞。

4 施工控制要點

①硬質聚氨酯保溫水溝在隧道洞口段加強保溫的增設長度應確保隧道水溝冬季不凍結。

②施工期間以及完工后24h內，施工環(huán)境及基層溫度不應低于5℃，空氣相對濕度不宜大于90%。

③噴涂時，噴槍口與基層應保持1m為宜，既確保保溫層與基層之間粘結牢固，又不至于使泡沫材料飛散；并且隨時檢查泡沫質量，發(fā)現(xiàn)問題應及時停機查明原因。

④噴涂時，對噴涂邊緣部分應采取遮擋措施，避免材料飛散污染環(huán)境及浪費。

⑤硬質聚氨酯噴涂完成后不得在其表面上直接進行電焊等熱熔作業(yè)，避免破壞聚氨酯層。

5 檢查驗收

硬質聚氨酯保溫防水層施工完成以后，對其應做如下檢查驗收。

①防水性能檢查：采用蓄水或雨淋的辦法檢查其防水效果，不得出現(xiàn)積水或滲漏水現(xiàn)象。

②噴涂厚度檢查：采用鋼針插入和量測的方法檢查厚度。

③表面平整度檢查：采用1m直尺和楔形塞尺進行量測，噴涂表面平整度要求≤±5mm。

④其它項目：硬質聚氨酯應與基層粘結牢固，表面不得出現(xiàn)隆起、塌陷、裂縫及結疤等。

6 效益分析

6.1 經濟效益

姜家街隧道水溝采用硬質聚氨酯保溫材料，現(xiàn)場機械化噴涂作業(yè)，成型工藝比較簡單，施工速度快，效率高，10名熟練的作業(yè)工人1天能夠順利施工完50m隧道雙側保溫水溝。與傳統(tǒng)的既有工藝水溝采用水泥珍珠巖保溫材料相比，硬質聚氨酯材料不但保溫效果較好，而且施工綜合成本低，節(jié)約成本10.66萬元。該工藝與既有工藝施工成本對比見表1。

6.2 社會效益

采用硬質聚氨酯保溫水溝，成功地解決了嚴寒地區(qū)隧道水溝冬季凍結的施工難題。該工藝施工速度快，縮短了工期，質量有所保證，工程效果好，取得了比較好的社會效益。

7 結束語

姜家街隧道于2012年10月份完成保溫水溝施工。經過對2012年和2013年冬季該隧道洞內外及保溫層的溫度實測，實測結果表明：保溫層最低溫度可保持在2℃以上，確保水不凍結，驗證了嚴寒地區(qū)隧道水溝采用硬質聚氨酯材料的顯著保溫效果。同時，該保溫水溝施工工藝不但滿足設計和驗標要求，而且具有施工簡便、質量可靠、綜合成本低等優(yōu)點，得到了建設單位和相關單位的認可與好評，并在其他標段隧道上推廣使用，經濟效益和社會效益顯著。

參考文獻：

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[3]陳建勛，朱計華.硬質聚氨酯在寒冷地區(qū)隧道凍害防治中的應用[J].長安大學學報·自然科學版，2006，26（5）：67-68.