حفاظت از سازه‌های زیرزمینی مانند تونل به علت شرایط خاک، آب‌های زیرزمینی، تاسیسات بکار رفته و کارایی سازه زیرزمینی امری ضروری است. بنابراین انتخاب نوع سیستم آب‌بندی که متناسب با شرایط پروژه باشد امری چالش برانگیز است. پارامترهای زیادی در طراحی سیستم آب بندی تونل دخیل هستند. این پارامترها خود تابعی از نوع کاربری سازه زیرزمینی می‌باشند:
• نوع سیستم سازه‌ای
• عمق قرارگیری سازه (پایین‌ترین عمق سازه)
• بالاترین سطح آب زیرزمینی بعد از ساخت
• شرایط محیطی مانند pH آب، هیدروکربن‌ها، مواد شیمیایی
• سهولت نصب
• هزینه ساخت
• نگهداری طولانی مدت (با در نظر گرفتن هزینه‌ها)
سیستم آب بندی تونل می‌تواند هم در وجه داخلی و هم در وجه خارجی صورت پذیرد. مطمئن‌ترین و مهندسی‌ترین نوع آب بندی، آب بندی وجه خارجی تونل می‌باشد. دلیل این امر این است که در این روش آب و رطوبت به بتن نرسیده و از مشکلات بعدی شامل خوردگی آرماتورها و … اجتناب خواهد شد. آب بندی وجه داخلی تونل معمولا زمانی که به بهسازی و تعمیرات تونل پرداخته می‌شود، صورت می‌پذیرد به دلیل اینکه در این شرایط وجه خارجی تونل در دسترس نیست. محصولات و روش‌های مختلفی جهت آب بندی تونل‌ها وجود دارد.
روش‌های آب بندی تونل‌ها
تزریق رزین
مواد پلی اورتان یا پلی یورتان یکی از محصولات پر مصرف در عایق بندی درزها و ترک‌های بتنی هستند. این مواد به دو شکل تزریق رزین آب بندی و تزریق فوم آب بندی مورد استفاده قرار می‌گیرند. در تزریق فوم آب‌بندی ابتدا باید پلی یورتان را با آب ترکیب نمود. تزریق رزین آب بندی دارای مقاومت، چگالی نسبی و انعطاف پذیری بالاتری نسبت به فوم می‌باشد. مزیت تزریق فوم آب بندی این است که می‌توان آن را در محیط‌های مرطوب نیز استفاده نمود. یکی از بزرگترین مزیت‌های این محصول مقاومت آن در برابر خوردگی است.
مزایای تزریق رزین :
• عملکرد مناسب عایق
• توانایی پوشش انواع درزها و ترک‌ها
• سرعت بالای اجرا
• دوام بالا
• امکان اجرا در وجه داخلی و خارجی بتن
• جلوگیری از خوردگی فولاد
معایب:
• نیروی متخصص و ماهر
• ماشین آلات پیچیده
کاربردها:
• آب بندی دیوارهای حائل و تونل‌ها
• آب بندی پارکینگ‌ها
• آب بندی سازه‌های زیرزمینی
• آب بندی شمع‌های دریایی
• آب بندی اسکله‌ها
• آب بندی سدها
• آب بندی تصفیه خانه‌های فاضلاب
آب بندی تونل به کمک عایقهای مایع
این روش عایق بندی معمولا به صورت گرم اجرا می‌شود. بنابراین برای عایق کاری به این روش باید از تجهیزات الکتریکی و مکانیکی مخصوص بهره برد. معمولا این نوع پوشش‌ها ترکیبی از لاستیک، قیر، پلیمرها می‌باشند. ممکن است برای نصب این قبیل آب بندها نیاز به قالب‌بندی باشد (به نوع عایق بستگی دارد).
مزایای آب بندی به کمک عایقهای مایع:
• کاملا چسبنده
• قابل نفوذ در داخل شکاف‌ها
• قابل نصب در صفحات افقی
• ایجاد محیطی یکپارچه و بدون درز
معایب:
• افزایش طول کم (معمولا کمتر از ۵۰ درصد)
• نیاز به تجهیزات نصب
• آسیب پذیر در مقابل حملات هیدروکربن‌ها
• نیاز به سطح زیر کار خشک
• نامناسب برای سطوح قائم
• خود ترمیمی ندارد
• نیاز به قالب بندی
آب بندی تونل به کمک عایقهای پانلی
آب بندی تونل به این روش بر مبنای بکارگیری از صفحات بنتونیت می‌باشد. هنگامی که صفحات بنتونیت در معرض آب قرار می‌گیرد متورم شده و یک سطح کاملا آب بند را فراهم می آورد.
مزایای بکارگیری از صفحات بنتونیتی:
• مقاوم در برابر حملات هیدروکربن‌ها
• نصب سریع
• سطحی صاف و مناسب
معایب:
• نیاز به سوراخ کاری در هنگام نصب
• عدم تورم در آب شور
• در درزها به سختی آب بند می‌شوند
• درز و ترک فراوان
• سیستم صلب و بدون تغییر در طول
آب بندی تونل به کمک ژئوممبران
ژئوممبران یک صفحه مسطح و نسبتا نفوذ ناپذیر است که از مواد پلیمری با قابلیت تراوایی بسیار پایین ساخته شده که به عنوان یک عایق با دوام بالا عمل می‌کند. ژئوممبران‌ها از جمله پوشش‌های نفوذناپذیر و بسیار مقاوم در برابر عوامل شیمیایی خورنده هستند. این صفحات نفوذ ناپذیر بسته به نوع پلیمر بکار رفته در ساخت آن‌ها ویژگی‌های مختلفی را دارند. ژئوممبران‌ها با توجه به مواد تشکیل دهنده آن‌ها در ساخت به انواع زیر تقسیم می‌شوند: ژئوممبران پلی اتیلنی با چگالی بالا (HDPE)، ژئوممبران پلی اتیلنی خطی چگالی پایین (LLDPE)، ژئوممبران پلی اتیلنی با چگالی بسیار پایین (VLDPE)، ژئوممبران پلیمر پلی وینیل کلراید (PVC)، ژئوممبران پلی اتیلنی کلروسولفونات (CSPE)، ژئوممبران پلی پروپیلن انعطاف پذیر (FPP). جهت نصب، این صفحات به یکدیگر جوش می‌شوند.
مزایای ژئوممبران
• نصب سریع و آسان
• مقاوم در برابر حملات هیدروکربرن‌ها
• درز و ترک کم
• بسیار مناسب برای تونل‌های با حفاری دستی و شفت‌های اتصال
• قابلیت جدا کردن بخش پاره شده
• مناسب برای فشار هیدروستاتیک بالا
• بسیار مقاوم در محل‌های اتصال
• تغییر طول زیاد ۲۰۰ تا ۳۰۰ درصد
آب بندی تونل به کمک سیستم پوشش اپوکسی
پوشش اپوکسی، به استفاده از ترکیبات اپوکسی به عنوان پوشش یا رنگ گفته می‌شود. به طور کلی شامل دو جزء رزین اپوکسی و هاردنر (عامل شبکه‌ای کننده) بوده که پیش از اعمال با هم مخلوط می‌شوند. فرمولاسیون رنگ‌های اپوکسی بر اساس کاربرد محصول تعیین می‌شود. انتخاب نوع رزین اپوکسی و هاردنر، تاثیر به سزایی بر روی ویژگی‌های نهایی پوشش خواهد داشت. پوشش اپوکسی به ماحصل واکنشی شیمیایی گفته می‌شود که واکنش دهنده‌های آن رزین اپوکساید و هاردنر پلی آمید می‌باشد، اپوکسی مایع به جامدی سخت و ماندگار، با خواص مکانیکی بالا تبدیل می‌شود. به دلیل خواص مکانیکی بالا، این مواد مزایای بیشتری نسبت به پوشش‌های تک جزئی دارند. پوشش‌های اپوکسی اولین در پل‌های راه آهن استفاده شده‌اند. نوع اپوکسی جهت بکارگیری برای سطوح افقی و عمودی متفاوت می‌باشند.
مزایای استفاده از سیستم پوشش اپوکسی
• بدون نیاز به قالب بندی
• اجرای نسبتا آسان
• بدون درز و ترک
معایب:
• بخارات سمی.
• نقطه اشتعال پایین.
• سیستم صلب: بدون تغییر طول.
• خاصیت خود ترمیمی ندارد.
• سطح زیر کار باید تمیز و خشک باشد.
آب بندی تونل به کمک بتن آب بند
بتن آب بند را می‌توان همان بتن معمولی تعریف کرد که به هنگام ساخت، علاوه بر مواد پایه بتن معمولی، برخی مواد افزودنی خاص به آن افزوده می‌شود به‌نوعی آن را در برابر آب نفوذناپذیر می‌کنند. مواد افزودنی که به بتن آب بند اضافه می‌شوند تأثیر منفی بر خواص مکانیکی و طول عمر بتن ندارند و حتی در برخی موارد خصوصیات مکانیکی و استحکام آن را بالا می‌برند.
آب بندی بتن به شیوه‌های مختلفی انجام می‌گیرد که برخی از آن‌ها هنگام تولید بتن صورت می‌گیرد و برخی نیز پس از اتمام کار به‌صورت یک لایه اضافی به بتن اضافه می‌شوند. بتن آب بند در برابر نفوذ آب و سایر سیالات مقاوم است اما با توجه به روش آب بندی ممکن است نسبت به برخی مواد شیمیایی حساسیت نشان دهد.
در حالتی که فرایند آب بندی بتن هم‌زمان با تولید آن انجام گیرد، خود بتن نسبت به مواد خورنده و اسیدها ضعیف می‌شود و باید افزودنی دیگر به آن اضافه شود. در روش دوم که ماده آب بندی پس از ساخت به بتن اضافه شود، این مشکل رخ نمی‌دهد، اما آب بندی آن دائمی نیست و پس از مستهلک شدن لایه، باید مجدداً عملیات آب بندی بر روی آن صورت گیرد.
مزایای استفاده از سیستم بتن آب بند
• بدون درز و ترک
معایب:
• سیستم صلب: بدون تغییر طول
• خاصیت خود ترمیمی ندارد
