Материалы и оборудование, необходимые для гидроизоляции туннелей и трубопроводов, значительно отличаются от материалов и оборудования, используемых для гидроизоляции таких сооружений, как резервуары и отстойники для сточных вод.
Гидроизоляцию туннелей и трубопроводов приходится неизбежно устраивать с внутренней поверхности. Чтобы исключить инфильтрацию в сооружениях для хранения воды, ремонтно-восстановительные работы часто можно проводить также с внутренней стороны (информация по этому вопросу приведена в начале главы).
Туннели и трубопроводы большого диаметра прокладывают, как правило, в водоносном грунте, и приток воды, особенно в туннели, может быть весьма значительным. Большинство инженеров учитывают это и считают допустимой определенную степень инфильтрации. Опубликовано много работ, посвященных туннелям, магистральным коллекторам для сточных вод и их проходке, но в них редко рассматривается вопрос гидроизоляции и не приводятся данные о допускаемой проектировщиками степени инфильтрации. Исключение составляет работа Хэзуэлла, связанная с исследованиями туннеля для пропуска кабеля через р. Темза. По мнению автора, для магистральных коллекторов инфильтрация представляет собой более серьезную проблему, чем утечка наружу.
Специальных норм, посвященных туннелям, не существует, однако в нормах СР 2005 «Канализация» содержится упоминание об инфильтрации, которое сводится к следующему: «Скорость инфильтрации зависит от такого большого числа факторов, что не представляется возможным дать указания о ее допустимых объемах, и решение этого вопроса относится к компетенции инженера».
Принимая во внимание важность влияния инфильтрации на функционирование системы канализации, удивительно, что комитет по нормированию не мог дать более точных рекомендаций (в том числе по сооружению магистральных коллекторов) для инженеров, на которых лежит ответственность за разработку проектов.
Что касается туннелей, степень инфильтрации зависит от многих факторов, в том числе от давления грунтовых вод, типа обделки (одинарная или двойная), материалов и способов зачеканки швов между сегментами, методов заделки течи в других местах. Хэзуэлл в своей работе приводит допустимые величины инфильтрации: 5,5 и 32 л/м2 в сутки для различных участков туннеля.
В дополнение к обделке туннеля в процессе производства работ принято нагнетать цементный раствор за обделку. Швы между чугунными сегментами принято зачеканивать свинцом, а между сборными бетонными сегментами — смесями на основе асбестоцемента.
Ни один из этих методов не дает полной гарантии, так что часть швов требует дополнительной гидроизоляции. Кроме того в зонах между швами всегда наблюдается течь. Для заделки этих мест инфильтрации следует использовать составы со сверхбыстрым схватыванием. В продаже имеется много патентованных материалов. Ранее применявшиеся составы обычно имели в своей основе портландцемент и затворяющую жидкость, которая обеспечивала почти мгновенное схватывание. Портландцемент и глиноземистый цемент примерно в одинаковых пропорциях обладают свойством мгновенно схватываться. За последние годы для этого вида гидроизоляции стали применять органические полимеры, например эпоксидные, полиуретановые, полиэфирные, полиакриловые и бутадиен-стирольные смолы. Иногда их применяют в дополнение к традиционным материалам. Специалисты в области полимеров могут придавать составам особые свойства в зависимости от условий на месте работ.
Подземные трубопроводы магистральных коллекторов, как правило, изготовляют из железобетона. В Великобритании для труб диаметром до 1,2 м применяют также и асбестоцемент. В Европе и США используют асбестоцементные трубы диаметром до 2 м. В обоих типах труб предусмотрены податливые стыки, образуемые с помощью резиновых колец. При правильной установке эти кольца обеспечивают водонепроницаемый стык, но если кольца смешаются во время укладки труб или между ними и трубой попадает каменная мелочь и песок, возможны протечки. Как правило, инфильтрация происходит именно в швах трубопровода или в местах соединения труб и смотровых колодцев.
Внутрь труб большого диаметра (900 мм и более) можно проникнуть. Это позволяет осмотреть швы и отремонтировать их. При значительной инфильтрации ремонт может оказаться трудным и потребовать много времени, так как невозможно снять соединительные кольца и исправить их положение. Поэтому герметизация стыка осуществляется путем зачеканки изоляционного материала в узкое пространство между участком одной трубы, заходящей в раструб другой трубы. Иногда вследствие значительных деформаций грунта или неправильной укладки труб это пространство может быть весьма узким на одной половине стыка и довольно широким на другой. В этом случае следует сколоть бетон, чтобы обеспечить место для герметика. В одном трубопроводе, где нужно было загерметизировать около тысячи таких стыков, заданные размеры паза под герметик были шириной 30 мм и глубиной 40 мм. Последовательность работ была такова:
- а) все стыки расчистили до необходимых размеров;
- б) с помощью сверхбыстротвердеюшего материала полностью исключили приток воды внутрь труб;
- в) обработали поверхность стыков для обеспечения максимального сцепления с выбранным типом герметика;
- г) герметик (специально подобранная эластичная смесь на основе полиуретана) вводили в шов и заглаживали его заподлицо с внутренней поверхностью трубы.
На рис. 4.20—4.22 показана инфильтрация воды через стык и процесс его герметизации.
В трубопроводах диаметром менее 900 мм места инфильтрации и другие дефекты можно обнаружить лишь с помощью телевизионной системы, работающей по замкнутому каналу. Однако с помощью фотографий невозможно оценить степень повреждения трубопровода химической агрессией, т. е. определить толщину и прочность оставшейся части бетона.
Для облицовки внутренней поверхности трубопроводов небольшого диаметра и герметизации стыков существует специальное оборудование.
В больших городах имеются сотни километров кирпичных канализационных коллекторов, многим из которых 100 и более лет. Несмотря на исключительно высокое качество этих коллекторов, значительно возросшие нагрузки и интенсивность проходящего по поверхности транспорта приводят иногда к серьезным повреждениям сооружений. А это означает, что коллектор нужно либо сооружать вновь, либо устраивать внутри его несущую обделку. Для такого рода обделки весьма целесообразно использовать армированный торкрет-бетон. На рис. 4.23 показана модель старого кирпичного коллектора овального поперечного сечения с новой обделкой из торкретбетона. Нагрузка при испытаниях вдвое превышала расчетную максимальную внешнюю нагрузку, но не вызывала в усиленном коллекторе никаких повреждений. На рис. 4.24 показан старый кирпичный коллектор большого диаметра, которому срочно требуется ремонт, на рис. 4.25 — тот же коллектор в процессе устройства несущей обделки.
Однако во многих случаях сам коллектор не имеет повреждений, но растворные швы разрушились и пропускают большое количество воды. Если своевременно не провести ремонт, кирпичная кладка станет разрушаться, вызывая разрушение всего коллектора. Повреждения такого рода можно успешно устранять путем герметизации течи через швы с последующей их заделкой цементным раствором, содержащим бутадиен-стирольный латекс. В случае насыщения грунтовой водой самой кирпичной кладки, ее следует покрыть двумя-тремя слоями специально подобранной эпоксидной смолы, которая значительно улучшает водонепроницаемость коллектора. Ниже приведено краткое описание работ по гидроизоляции двух туннелей.
Туннель для р. Мерсей. Обделка туннеля состояла из сборных бетонных сегментов, собранных на болтах и внутренней оболочки из листовой стали. Полагали, что сварная оболочка из листовой стали преградит доступ внутрь туннеля воды, проходящей через несущую бетонную облицовку. Однако, несмотря на исключительно качественно выполненную сварку и тщательный контроль, многие из сварных швов пропускали воду. Их заделывали специально подобранной эпоксидной замазкой, а на всю поверхность набрызгивали слой горячей эпоксидной смолы. На рис. 4.26 показан процесс производства работ.
Магистральный коллектор для сточных вод. Основная часть работ проводилась в туннеле, и в одной секции было обнаружено, что количество проникающей воды составляло примерно 67 000 л (73 м3) в сутки. Обделка туннеля диаметром 3,35 м состояла из сборных бетонных сегментов, смонтированных на болтах. Стыки заполняли обычным уплотняющим составом, наносимым в холодном состоянии, а за сборную бетонную обделку обычным методом нагнетали цементный раствор. Несмотря па это, вода проникала главным образом через стыки между сегментами и в меньшей мере через мелкие трещины и отдельные участки поврежденного бетона. Ремонтные работы проводил квалифицированный подрядчик, который заполнил стыки эластичным полиуретаном собственного изготовления, состав которого был подобран специальна для сцепления с влажным бетоном и отверждения при наличии воды. В результате проведенного ремонта приток воды уменьшился примерно на 95%.