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摘要：聚脲（PU）材料具有较高的抗冲耐磨性、良好的防渗效果、耐腐蚀性及优异的物理力学性能，，在工程中得到了广泛应用。本文针对大型高压输水隧洞伸缩缝止水遇到的一些问题，进行了聚脲作为止水材料的必要性和可行性分析，并分别利用不同的聚脲弹性体材料进行了环向伸缩缝压水试验。通过多方案比选，综合考虑技术条件、施工难易程度，最终确定了合理可行的双组份喷涂聚脲止水方案，为工程运行前的安全性评估、顺利投入运行提供技术保障。工程运行结果表明，聚脲材料在高压输水隧洞中的应用是成功的。
关键词：聚脲；有压隧洞；伸缩缝；压水试验
1引言
聚脲(PU)是分子主链中含有链节的聚合物。是一种新型防水材料，广泛应用于工业与民用建筑、水利水电工程、石油、矿产等行业。聚脲（PU）分为双组份聚脲和单组份聚脲。双组份喷涂聚脲（SPUA）涂层是由异氰酸酯组份（A料）与端氨基化合物组份（B料）通过专用喷涂设备快速混合反应形成的弹性涂层。
喷涂聚脲开发自20世纪90年代，由于其诸多优点，已将其广泛应用于各类工程整体防水防渗、接缝止水、耐磨保护等。喷涂聚脲在引滦入津输水隧洞[1]，大坝溢流面喷涂聚脲弹性体防护[2]， 300m级高拱坝上游坝面防渗[3]，这些工程均通过试验、施工、运行。取得了良好的效果。SK单组份手刮聚脲已经应用于深圳东江官山渡槽和西枝江箱涵伸缩缝止水[4]、输水隧洞[5]、有高速水流溢洪道伸缩缝及裂缝[6]，同样取得了良好的效果。
2 南水北调中线穿黄工程概述
南水北调中线穿黄输水隧洞为直径7m的双线有压隧洞，底部设3.1m宽平台，设计最大水头55m，设计流量265m3/s，洞内最大平均流速4.3m/s，年均调水量9.5×109m3。单洞全长4250m，内衬结构环向伸缩缝总计为460段，有四分之三的洞段穿行在砂层或上砂下土的地层中。隧洞采用双层衬砌，内、外衬砌间设置排水弹性垫层，分别独立工作，外衬为预制混凝土管片拼装结构、内衬为现浇预应力混凝土结构。
3.聚脲材料止水试验
结合穿黄隧洞本身的重要性和相关规范参考[7]，要求采用专门检测设备对结构缝进行密封加压渗漏检测（压水试验），以确定合理可行的止水方案。
3.1 前期试验
为了模拟实际工况，并参照东江～深圳供水改造工程的压水试验装置和方法[8]。直接进行洞内模拟实验。采用螺栓压紧橡胶胶条的方法进行了洞内压水试验。对伸缩缝逐一进行密封加压渗漏检测，检测压力为0.55MPa。试验过程中，当压力达到0.3MPa时，隧洞圆弧段与车道平台结合部位密封失效，试验未取得预期效果。考虑到聚脲的优良性能和压水孔直接打入伸缩缝中进行压水试验的不确定性，最终选择聚脲作为止水材料。
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3.3 洞内分段接缝试验
参照北京段PCCP管道工程在分段水压试验中的成功经验[9]，进行洞内分段接缝模拟试验，以选择适合实际工程的止水材料、工艺及设备。经过筛选采用三个厂家生产的聚脲材料（日本配方中国生产SPUA-SKJ，日本原产5000JW，美国产HT-101聚脲）。根据材料特性，嵌缝分别采用灌填和喷填工艺施工。喷涂聚脲施工完1周后进行压水试验，为尽可能保证结构完整，采用两孔压水，分级加压、持荷一定时间后观测压力变化情况。若20分钟水压下降不大于0.10MPa时，认为在该压力下满足密封性要求，则继续加压，直至设计压力。加压分级为：0MPa→0.4MPa→0.55MPa，每级稳压20min，现场观测记录压力值及渗水情况。通过试验，选取的6条缝中只有1条缝（国产聚脲SPUA-SKJ、灌填）在0.55MPa的压力下满足稳压要求。又选用了8条缝进行第二阶段的试验。选用的三种表面喷涂材料同第一阶段，嵌缝材料在前一阶段的基础上增加了高弹性砂浆。同时，对美国产聚脲HT-101，施工前采用环氧胶泥对混凝土基面进行凿平处理；对于嵌缝材料，除HT-101聚脲进行喷涂施工外，其余填缝均使用灌填方式施工。聚脲施工完1周后进行压水试验，结果有4条缝试验成功。最终确定使用国产聚脲材料、喷填施工工艺进行施工。同时，对所选择的材料进行相应的毒性、物性、拉伸应力变形曲线等性能检测，检测结果证明，双组份聚脲材料是无毒环保、耐久性高的材料，满足穿黄隧洞内衬接缝压水要求。
3.4 洞内生产性试验
为了进一步改进施工工艺，总结、分析分级状态下注水量及压力变化，判别内衬接缝渗水情况，为大规模施工提供依据，开展洞内生产性试验。选取隧洞内结构缝总数的10%（即每条隧洞选取45条接缝，共计90条）进行试验。按照洞内分段接缝试验比选结果，表明喷涂和嵌缝材料均采用国产的SPUA-SKJ聚脲材料，喷填施工，底涂增加了环氧胶泥处理。具体底涂施工工艺为：首先将环氧胶泥采用涂刷方法均匀涂布，并利用无溶剂环氧腻子修补、封闭、平整；环氧腻子表干后（12 h~ 48 h）涂刷聚氨酯底漆（专用底涂）；3～4 h聚氨酯底漆干燥后进行下一步聚脲施工。聚脲施工完1周后进行压水试验，试验布置同前一阶段。
压水试验结果表明，大多数接缝都能满足止水防渗要求，IIA隧洞内压水45条，压力达到0.55MPa时，聚脲表层无渗漏的接缝有29条、聚脲出现渗漏点的接缝有11条；剩余5条接缝压水未达到0.55MPa聚脲出现破坏。IIB隧洞内压水45条，压力达到0.55MPa时，聚脲表层无渗漏的接缝有28条、聚脲出现渗漏点的接缝有8条；剩余9条接缝压水未达到0.55MPa聚脲出现破坏。同时，试验结果表明已试验的内衬接缝均存在一定的渗水情况，若按照平均渗水率来推算，IIA和IIB隧洞的总渗水率分别为6.6L/min和6.7L/min，远小于设计最大排水量30 L/min，是可以接受的。
4总结与展望
实践证明，利用喷涂聚脲材料进行大型有压输水隧洞接缝的防渗是切实可行的，具有良好的止水效果，通过对喷涂聚脲封闭止水材料的应用研究，制定了科学的施工工艺，也值得在其他类似工程中借鉴使用。
参考文献
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[2]莫志财，孙岩丽. 官地水电站大坝溢流表面聚脲抗冲耐磨弹性体涂层施工工艺试验研究[J]，西北水电，2011（6）：34-39
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[4]邓仁贵. SK手刮聚脲在官山渡槽伸缩缝修补中的应用[J]，中国农村水利水电，2010(8)：118-119
[5]陈 浩. 大伙房输水隧洞伸缩缝SK手刮聚脲止水施工[J]，广西水利水电，2014(2)：40-42
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[9]张辉，陈占柱，苏阳旭，等. 大型 PCCP 管道静水压力试验技术[J]，河南水利与南水北调，2012(22):56-58
作者简介：
姓名：王冬冬(1990.05--) 性别，陕西省西安市人，硕士，专业：水利工程。
论文作者:王冬冬
论文发表刊物:《防护工程》2018年第22期
论文发表时间:2018/12/7
标签：隧洞论文; 伸缩缝论文; 材料论文; 压力论文; 洞内论文; 内衬论文; 工程论文; 《防护工程》2018年第22期论文;