Гернитовый шнур в подземных сооружениях: тоннели, коллекторы, фундаменты

Как применяется гернитовый шнур для гидроизоляции и герметизации швов в подземных сооружениях — тоннелях метрополитена, коммуникационных коллекторах, подземных переходах и фундаментах глубокого заложения? Какие требования предъявляются к уплотнительным материалам, работающим в условиях постоянного гидростатического давления грунтовых вод? Как обеспечивается водонепроницаемость стыков сборных обделок тоннелей согласно СП 120.13330.2012?

Гернитовый шнур является ключевым элементом гидроизоляции стыков сборных железобетонных обделок подземных сооружений. В тоннелях метрополитена гернит применяется в комбинации с гидроизоляционными шпонками, бентонитовыми профилями и инъекционными системами. Для подземных сооружений используется гернит плотностью 500–600 кг/м³ с водопоглощением не более 1%. Расчёт уплотнения ведётся на максимальное гидростатическое давление грунтовых вод с учётом сезонных колебаний уровня. Проектирование регламентируется СП 120.13330.2012, СП 122.13330.2012 и ГОСТ 19177-81.

Подземные сооружения по условиям взаимодействия с грунтовыми водами подразделяются на следующие категории:

Согласно СП 120.13330.2012 «Метрополитены», обделки тоннелей должны обеспечивать водонепроницаемость, исключающую появление капежа и течей на внутренней поверхности. Для перегонных тоннелей допускается наличие отдельных влажных пятен площадью не более 0,1 м² на 100 м² поверхности.

Типы обделок и их стыков

В тоннелестроении применяются следующие типы сборных обделок:

• Обделка из чугунных тюбингов — традиционный тип, применяется с 1930-х годов. Стыки между тюбингами уплотняются гернитовым шнуром или свинцовой проволокой.
• Обделка из железобетонных тюбингов — современный тип. Стыки кругового и продольного направления уплотняются гернитовым шнуром в комбинации с резиновыми профилями.
• Обделка из высокоточных железобетонных блоков (блоков с болтовым соединением) — стыки уплотняются гернитовым шнуром, устанавливаемым в специальные пазы по периметру блока.
• Обделка из монолитно-прессованного бетона — гернит применяется в стыках между заходками бетонирования.

Конструкция уплотнения стыка железобетонной обделки

Типовое уплотнение стыка сборной железобетонной обделки тоннеля включает:

1. Гернитовый шнур диаметром 20–40 мм, укладываемый в паз по периметру блока. Обжатие шнура происходит при монтаже блока за счёт натяжения болтов.
2. Гидроизоляционная шпонка из ПВХ или резины, устанавливаемая в отдельный паз. Шпонка создаёт лабиринтное уплотнение и удлиняет путь фильтрации воды.
3. Бентонитовый профиль (для обделок глубокого заложения), набухающий при контакте с водой и заполняющий микронеровности стыка.
4. Инъекционные каналы для нагнетания полиуретановых или акрилатных смол за обделку.
5. Чеканочная канавка с внутренней стороны обделки, заполняемая расширяющимся цементом или полимерным составом.

Принципиальная схема уплотнения стыка тюбингов:

НАРУЖНАЯ СТОРОНА (ГРУНТ)
────────────────────────────────────────────
│                                            │
│  ═══ БЕНТОНИТОВЫЙ ПРОФИЛЬ ═══════════════ │
│  ═══ ГИДРОИЗОЛЯЦИОННАЯ ШПОНКА (ПВХ) ═════ │
│  ═══ ГЕРНИТОВЫЙ ШНУР (D=30 мм) ══════════ │
│                                            │
│  ┌──────────────┐  ┌──────────────┐        │
│  │   ТЮБИНГ     │  │   ТЮБИНГ     │        │
│  │   ЛЕВЫЙ      │  │   ПРАВЫЙ      │        │
│  │              │  │              │        │
│  │  ○ болт      │  │  ○ болт      │        │
│  └──────────────┘  └──────────────┘        │
│                                            │
│  ═══ ЧЕКАНОЧНАЯ КАНАВКА ═════════════════ │
│                                            │
────────────────────────────────────────────
ВНУТРЕННЯЯ СТОРОНА (ТОННЕЛЬ)

Пример расчёта для тоннеля на глубине 40 м:

H_w = 40 м (уровень грунтовых вод у поверхности)

P_w = 10 · 40 = 400 кПа = 0,4 МПа

P_{конт,треб} = 2,0 · 0,4 = 0,8 МПа

При E_сж = 0,6 МПа и k_обж = 0,40:

P_конт = 0,6 · 0,40 = 0,24 МПа < 0,8 МПа — недостаточно!

Вывод: одного гернитового шнура недостаточно. Требуется комбинированная система с гидроизоляционной шпонкой и бентонитовым профилем.

Данный расчёт показывает, что при глубине заложения более 10–15 м гернитовый шнур не может самостоятельно обеспечить водонепроницаемость стыка и должен применяться в составе комбинированной системы уплотнения.

Коммуникационные коллекторы (коллекторы инженерных коммуникаций) представляют собой подземные проходные или полупроходные тоннели для прокладки теплосетей, водопровода, кабелей связи и электроснабжения. Гернитовый шнур в коллекторах применяется для:

• Герметизации стыков сборных железобетонных элементов (колец, плит, блоков). Диаметр шнура 20–40 мм, обжатие 30–40%.
• Уплотнения вводов коммуникаций (труб, кабелей) через стенки коллектора. Гернитовый шнур наматывается на трубу в месте прохода через стенку и обжимается нажимной гильзой.
• Герметизации деформационных швов по длине коллектора. Шаг швов — 30–50 м, ширина раскрытия — 20–40 мм.

Особенностью коллекторов является наличие в них тепловых сетей, создающих повышенную температуру (до 90–130°C на поверхности труб). Гернитовый шнур вблизи теплосетей должен быть защищён теплоизоляцией, так как его рабочая температура ограничена +80°C.

В фундаментах глубокого заложения (плитных, свайных, «стена в грунте») гернитовый шнур применяется для герметизации:

Строительных швов бетонирования

При бетонировании массивных фундаментных плит толщиной 1–3 м строительные швы неизбежны. Гернитовый шнур диаметром 20–30 мм укладывается в подготовленный паз перед бетонированием последующей захватки. Дополнительно в шов устанавливается гидроизоляционная шпонка.

Узлов примыкания «стена в грунте» к днищу

Узел сопряжения «стены в грунте» с фундаментной плитой является критическим с точки зрения гидроизоляции. Гернитовый шнур диаметром 30–40 мм укладывается в несколько рядов по периметру примыкания. Дополнительно применяются бентонитовые профили и инъекционные системы.

Пропусков коммуникаций через фундаментную плиту

Гильзы для пропуска труб и кабелей через фундаментную плиту уплотняются гернитовым шнуром, наматываемым на трубу с последующим обжатием нажимными фланцами. Количество витков шнура определяется расчётом в зависимости от гидростатического давления.

Для подземных сооружений глубокого заложения применяются многослойные системы гидроизоляции, включающие гернитовый шнур как один из элементов:

Принцип эшелонированной защиты: каждый последующий слой дублирует функцию предыдущего, обеспечивая надёжность системы даже при локальных повреждениях отдельных элементов.

Монтаж гернитового шнура в подземных сооружениях имеет ряд особенностей, связанных со стеснёнными условиями и повышенной влажностью:

• Защита от преждевременного водонасыщения: гернитовый шнур должен храниться в сухом помещении и подаваться в забой в герметичной упаковке. Недопустимо применение шнура, находившегося в воде.
• Очистка пазов: перед установкой шнура пазы в тюбингах или блоках должны быть очищены от грунтовой пульпы, которая может попасть в них при проходке.
• Контроль обжатия: в стеснённых условиях забойной зоны контроль обжатия шнура затруднён. Рекомендуется применение шаблонов и калибров для оперативной проверки.
• Температурный режим: в глубоких тоннелях температура может достигать +30…+40°C за счёт геотермического градиента. Это необходимо учитывать при выборе типа мастики для комбинированного уплотнения.
• Вентиляция: при использовании мастик и клеевых составов в замкнутом пространстве тоннеля необходима принудительная вентиляция для удаления паров растворителей.

Согласно СП 120.13330.2012, контроль качества гидроизоляции обделок тоннелей включает:

• Визуальный осмотр внутренней поверхности обделки на отсутствие течей и капежа — непрерывно в процессе проходки и периодически в период эксплуатации.
• Гидравлические испытания обделки путём нагнетания воды за обделку через инъекционные скважины с выдержкой под давлением 0,1–0,2 МПа в течение 24 часов.
• Ультразвуковой контроль сплошности контакта обделки с грунтом для выявления пустот, в которых может скапливаться вода.
• Тепловизионный контроль для выявления зон фильтрации воды (аномалии температуры).
• Лабораторный контроль образцов гернитового шнура из каждой партии на соответствие ГОСТ 19177-81.

Гернитовый шнур является неотъемлемым элементом систем гидроизоляции подземных сооружений, обеспечивая первичное уплотнение стыков сборных обделок, строительных швов и узлов примыкания. В условиях значительного гидростатического давления (более 0,1–0,15 МПа) гернит должен применяться в составе комбинированных систем, включающих гидроизоляционные шпонки, бентонитовые профили и инъекционные каналы. Ключевыми факторами надёжности являются правильный подбор диаметра и плотности шнура, тщательная подготовка уплотняемых поверхностей и соблюдение технологии монтажа в стеснённых подземных условиях. Проектирование гидроизоляции должно выполняться в соответствии с требованиями СП 120.13330.2012, СП 122.13330.2012 и с учётом конкретных гидрогеологических условий площадки строительства.