隧道衬砌新型大变形止排水橡胶止水带研究

【摘要】在地震烈度高的地区，由于地震原因，会造成灾区地区地质松散，铁路隧道在穿越该地区时，由于隧道很长，通过该地区的隧道将有很大的变形隧道需要应对大的变形和山体水的排出。新型大变形止排水橡胶止水带能够很好的适应隧道的变形，同时把水排出。

【关键词】止水带、大变形、橡胶

1 研究背景

防水是铁路隧道设计、施工中的重点，但衬砌渗漏水问题仍然不同程度地出现，隧道渗漏水不仅直接影响行车安全，而且还降低隧道通风、照明系统的工作效率，诱发运营设施的锈蚀，影响隧道结构的耐久性，在寒冷地区隧道的渗漏水还会引发挂冰、底鼓等不良病害，严重危及行车安全。2008 年5 月12 日汶川发生里氏8.0 级特大地震，震中最大地震烈度为XI 度，重灾区、极重灾区的面积超过一万平方公里。混凝土衬砌在软硬围岩交界地段因土体位移或挤压尤其容易被损坏，因为软、硬场地地震期间产生反应不同，同时会产生较大的位移。

隧道混凝土衬砌之间设置有橡胶止水带，防止山体水的渗漏。当衬砌之间发生较大位移时，橡胶止水带会被拉伸。背贴止水带中间部位为橡胶平板，只能靠橡胶的拉伸变形适应缝隙的变化；中埋止水带靠中间的环形变形孔适应缝隙的变化，几何伸展长度L=R（π-2），普通中埋止水带只能适应0 ～ 30mm 的变化，如果变形过大也只能靠拉伸橡胶适应变形。

图1　普通止水带结构图

2 橡胶止水带长时间拉伸性能试验

2.1 试验工装：

工装宽度为200mm，截取止水带长度为180mm，进行长时间拉伸试验。

图2　止水带长时间拉伸试验工装

2.2 试验步骤：

1、将橡胶止水带拉伸到200% 时，并用工装将其固定。

2、将固定后的橡胶止水带放置在试验室，并在放置后的第2 个月、第5 个月、第9 个月、第12 个月分别在止水带上取45mm 的试样进行硬度、拉伸强度、拉断伸长率、撕裂强度试验。

2.3 试验样件

拉伸试样采用的S-R-Z-300×8 中埋橡胶止水带，拉伸段原始长度为100mm，将拉伸段拉伸到300mm，进行固定。

图3　止水带断面图

图4　拉伸试件

在同一根止水带上进行取样5 段，拉伸试样为4 件，标识了拉伸日期及编号。剩余一段进行试验，与拉伸后进行对比。每段取拉伸区域100mm 位置取样进行试验，试验项目：硬度、拉伸强度、拉断伸长率、撕裂强度。

2.4 试验结果

未拉伸段试样编号为0#；编号1# 试样从2017 年9 月5 日开始拉伸，到2017 年11 月5 日共拉伸2 个月；编号2# 试样从2017 年9月5 日开始拉伸，到2018 年2 月5 日共拉伸5 个月；编号3# 试样从2017 年9 月5 日开始拉伸，到2018 年6 月17 日共拉伸9 个月；编号4# 试样从2017 年9 月5 日开始拉伸，到2018 年9 月11 日共拉伸12个月。释放到自然状态后放置24h 后进行检测，结果如下：

试样编号硬度拉伸强度

（Mpa）

拉断伸长率

（%） 撕裂强度（kN/m）

0# 65 23.1 471.14 48.1

1# 63 21.95 491.47 44.28

2# 62 21.55 508.62 44.27

3# 61 20.21 513.03 42.6

4# 60 19.65 515.72 41.68

从试验结果可以看出橡胶长时间处于拉伸状态：硬度、拉伸强度、撕裂强度会降低；扯断伸长率会增加。橡胶止水带长时间处于拉伸状态会降低性能，减少使用寿命，不利于止水。

3. 改进方案

现铁路隧道所用止水带的功能都是防止水的泄露，隧道顶部如有水，会积聚隧道顶部的止水带上方，时间一长，很容易造成隧道漏水。针对上述问题，在原有止水带的基础上，保证止水带的防水功能不变的前提下，通过对止水带的结构进行改进和试验研究，使止水带不但具备防水的功能外，还具备了排水的功能，使隧道上方的积水能够顺利排泄，防止隧道因积水造成的事故隐患，更进一步保证了运行安全。因此针对目前国内的止水带技术现状有必要进行进一步的研讨，对橡胶止水带技术提出更新的改进措施，遵循隧道防排水“以排为主，防排结合，因地制宜，综合治理”的原则。

新型大变形止排水橡胶止水带将止水带结构进行功能性划分：伸缩区（排水区）、强力区、止水区、锚固区。

图5　新型大变形止排水橡胶止水带结构图

伸缩区设置有多个U 型变形区域，能够适应隧道衬砌混凝土不同程度的大变形位移，避免橡胶受拉降低性能，U 型腔顶部间断设置渗水缝，水顺着U 型腔排出。强力区进行加厚设计，增加了强度，能够更好的适应大位移变形，还能防止橡胶受拉时强力区变薄与混凝土衬砌产生间隙渗水。止水区设置有凸起增长了渗水线，保证止水功能，两侧设置有倒刺结构，增强了锚固，更能适应大变形。

4 结论

（1）通过结构设计研究新型大变形止排水橡胶止水带是一种能实现先排后堵，取得理想防水效果的隧道衬砌止水带。

（2）不同结构区域功能的重点设计，能够更好的适应大变形位移，适应不同地域的应用。

（3）止水带尽量避免长时间处于受拉状态，防止性能加速下降，延长使用寿命。

参考文献：

[1] 臧万军，《汶川地震公路隧道震害规律研究》，现代隧道技术，2017

[2] 吕康成等，《隧道衬砌施工缝蝶形可排水止水带研制》，现代隧道技术，2011

[3] 吕康成等，隧道施工缝背贴式止水带防水技术若干改进，现代隧道技术，2012

作者姓名：李炯，出生年月：1984.05.08，性别：男，民族：汉　籍贯（省市县）：河北省衡水市武强县，学历：本科　职务：副总工程师 职称：工程师　研究方向：隧道止水、减震耗能技术与装置、桥梁支座、防落梁装置