一种直线水工隧洞内的钢管内衬施工方法

技术领域

本发明涉及水工隧洞管道安装及灌浆技术领域，特别是涉及一种直线水工隧洞内的钢管内衬施工方法。

背景技术

目前，水工输水隧洞的建设越来越多，输水隧洞在内水压力很高的情况下，需要钢管作为隧洞的内衬满足高水头的输水要求。在直线水工隧洞内安装大口径(DN2000及以上)钢管内衬，通常采用的安装及灌浆方法有：

1.采用常规的钢管安装方法，是将钢管运输到隧洞内，但是对于水工隧洞，空间狭窄、施工场地受限，运输大口径钢管难度特别大，在隧洞内钢管对接、调整、对位、校正难度高，钢衬焊接难度大，焊接质量难以保证；

2.采用常规混凝土浇筑、灌浆方法，需要在钢管壁上开孔灌注混凝土和灌浆回填，填筑钢管与隧洞之间的空隙通道，但开孔对输水钢管的损伤很大，且开孔后期难以焊接修补，开孔的外壁无法焊接；

考虑到在水工隧洞内安装大口径钢管施工，空间狭窄，施工难度大，现有的施工方法难以满足施工质量要求，本发明提出一种直线水工隧洞内的钢管内衬施工方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种直线水工隧洞内的钢管内衬施工方法，以解决现有技术存在的问题，可达到输水钢管安装焊接，钢管洞内运输，钢管与隧洞之间泵送混凝土及水泥灌浆填充、固结的目的。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种直线水工隧洞内的钢管内衬施工方法，包括如下步骤：

S1、从隧洞两端分别向隧洞中间对称安装若干泵送管和灌浆管，并安装在隧洞顶部，且若干泵送管和灌浆管输出端由隧洞中间向外间隔设置，隧洞两端顶部分别设置排气回浆管；

S2、从隧洞的一端通过牵引系统和顶进系统依次向隧洞内送入钢管，并依次在隧洞口位置进行钢管焊接，同步在钢管上绑扎钢筋，直至所有钢管全部进入到隧洞内，且所有钢管通过焊接成为一体作为隧洞的钢管内衬；

S3、在钢管内间隔一定距离安装若干支撑结构防止钢管变形，并在隧洞两端的钢管与隧洞内壁之间安装封堵板进行封堵；

S4、通过若干泵送管由隧洞中间向外依次灌注细石混凝土，直至无法灌入为止；

S5、通过若干灌浆管由隧洞中间向外依次灌水泥浆，直至排气回浆管出浆为止。

优选的，所述S1中：

泵送管选用直径150mm，壁厚6mm的无缝钢管，安装固定在隧洞的顶部；

灌浆管选用直径90mm，壁厚5mm的无缝钢管，安装固定在隧洞的顶部；

排气回浆管选用直径100mm，壁厚4mm的钢管，安装固定在隧洞口的顶部。

优选的，所述S2中：

钢管选取直径2000mm、壁厚12-20mm、长度6-9m。

优选的，所述S2中：

第一节钢管吊下工作井时，同步在钢管的外壁加径环及钢管上焊接运输摩擦件、灌浆抗浮件、纵向钢筋和环向钢筋，然后进行钢管焊接处的防腐处理，安装到位后，牵引系统和顶进系统推进钢管向隧洞内运输。

优选的，所述S2中：

当第一节钢管顶进隧洞内后，牵引系统和顶进系统暂停，且顶进系统收回，将第二节钢管吊入工作井内，安装焊接在第一节钢管端部，同步在钢管的外壁加径环及钢管上焊接运输摩擦件、灌浆抗浮件、纵向钢筋和环向钢筋，开展焊缝检测、焊接处防腐处理，并在钢管中设置若干沙袋配重防止顶翻，每一节钢管安装后重新牵引和顶进运输，直到所有的钢管被牵引顶入隧洞内后，最终顶完穿过隧洞到达另一个工作井。

优选的，所述S3中：

支撑结构选用150mm*100mm*12mm的矩形钢管制作，若干矩形管通过螺栓固定，且支撑结构间距为6m。

优选的，所述S3中：

封堵板采用方木及模板制成，对隧洞两端钢管与隧洞之间的空隙进行封堵。

优选的，所述S4中：

泵送管与隧洞两端工作井中的混凝土地泵连通，同时向泵送管内灌注细石混凝土，先灌注输出端在隧洞中间的两泵送管，混凝土选用C30细石混凝土，泵送压力控制在0.3～1.0MPa，当泵送压力达到要求不能够再泵送进去后，沿隧洞中间向外的方向依次泵送其余的泵送管，直到所有的泵送管全部灌注完毕，隧洞灌满。

优选的，所述S5中：

通过隧洞两端工作井中的灌浆机，向灌浆管里进行灌浆，灌浆选用0.6:1、0.8:1的水泥浆，灌浆压力控制在0.5～1.5Mpa，

先灌输出端在隧洞中间的两灌浆管，当灌浆压力达到要求不能够再灌进去后，沿隧洞中间向外的方向依次灌浆其余的灌浆管，直到所有的灌浆管全部灌浆完毕，灌浆压力达到要求，排气回浆管回浆为止。

本发明公开了以下技术效果：

(1)钢管在洞外焊接连接、钢管采用牵引和顶进方式运输、施工方便、保证质量；

(2)钢管与水工隧洞之间的空隙填充，从洞外向洞内通过泵送管灌注混凝土填充、灌浆管灌注水泥浆填充固结，施工方便，解决了泵送混凝土浇筑时的浮力,实现了泵送混凝土的连续浇筑。

(3)解决了大口径钢管洞内焊接连接和洞内运输的问题，能够大幅度加快钢管焊接及洞内运输的施工效率；

(4)解决了直线水工隧洞内的钢管开孔灌注混凝土和灌浆，空间狭窄、施工难度大、钢管开孔难以修补的难题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明中隧洞钢管安装示意图；

图2为本发明中灌浆后的结构示意图；

图3为本发明中钢管牵引顶进运输示意图；

图4为本发明中第一组灌注细石混凝土示意图；

图5为本发明中第二组灌注细石混凝土示意图；

图6为本发明中最后一组灌注细石混凝土及灌浆后示意图；

其中，1、灌浆管；2、泵送管；3、灌注抗浮件；4、排气回浆管；5、加径环；6、钢管内衬；7、纵向钢筋；8、环向钢筋；9、支撑结构。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

参照图1-图2，一种直线水工隧洞内的钢管内衬施工方法，包括如下步骤：

S1、从隧洞两端分别向隧洞中间对称安装若干泵送管2和灌浆管1，并安装在隧洞顶部，且若干泵送管2和灌浆管1输出端由隧洞中间向外间隔设置，隧洞两端顶部分别设置排气回浆管4；

泵送管2作为细石混凝土的泵送管2道，根据泵送长度，选用直径150mm，壁厚6mm的无缝钢管制作，安装固定在隧洞的顶部，安装根数根据泵送长度确定；灌浆管1作为灌水泥浆的管道，根据灌浆长度，选用直径90mm，壁厚5mm的无缝钢管制作，安装固定在隧洞的顶部，安装根数根据灌浆长度确定；排气回浆管4作为灌浆时将隧洞内的空气排出管道，同时兼作灌满后回浆的检查孔，选用直径100mm，壁厚4mm的钢管制作，安装固定在隧洞口的顶部。

S2、从隧洞的一端通过牵引系统和顶进系统依次向隧洞内送入钢管，并依次在隧洞口位置进行钢管焊接，直至所有钢管全部进入到隧洞内，且所有钢管通过焊接成为一体作为隧洞的钢管内衬6；

根据设计输水规模要求，选取直径2000mm及以上的大口径钢管、壁厚12-20mm，在厂家制作成输水钢管(包含加径环5)，每节钢管长度6-9m，运输到施工现场；第一节钢管吊下工作井时，被吊运到工作台定位、对位、校正，同步在钢管的外壁加径环5及钢管上焊接运输摩擦件、灌浆抗浮件和纵向、环向钢筋8，然后进行钢管焊接处的防腐处理，安装到位后，牵引系统的拉力和主顶油缸推进钢管向隧洞运输；当第一节钢管被顶进隧洞以后，牵引和顶进暂停、液压千斤顶慢慢收回，另一节钢管又吊入工作井内，安装焊接在第一节管道后方，连接在一起，同步在钢管的外壁加径环5及钢管上焊接运输摩擦件、灌浆抗浮件、纵向环向钢筋8制安，开展焊缝检测、焊接处防腐处理，在钢管中设置一定的沙袋配重防止顶翻，每一节钢管安装后重新牵引和顶进运输，这个过程不断重复，直到所有的钢管被牵引顶入隧洞完毕，最终顶完穿过隧洞到达另一个工作井。

S3、在钢管内衬6内安装若干支撑结构9，并在隧洞两端的钢管与隧洞内壁之间安装封堵板进行封堵；

选用150mm*100mm*12mm的矩形钢管制作，中间采用螺栓固定，方便拆卸，可以重复使用。水平、垂直安装固定在大口径钢管内部，间距为6m，防止灌浆时挤压钢管变形。封堵板采用方木及模板制作，对隧洞两端钢管与隧洞之间的空隙进行封堵，防止漏浆。

S4、通过若干泵送管2由隧洞中间向外依次灌注细石混凝土，直至无法灌入为止；

S5、通过若干灌浆管1由隧洞中间向外依次灌水泥浆，直至排气回浆管4出浆为止。

第一组泵送管2灌注细石混凝土，通过隧洞两端工作井中的混凝土地泵，同时向泵送管2里灌注细石混凝土，先灌注最远(即中间)的两根，混凝土选用C30细石混凝土，灌注压力控制在0.3～1.0MPa；当第一组灌注压力达到要求不能够再泵送进去后，进行第二组泵送管2灌注细石混凝土，用前一步同样的方法，通过隧洞两端工作井中的地泵，同时向隧洞里灌注细石混凝土，这个过程不断重复，直到所有的泵管全部灌注完毕，隧洞灌满；通过隧洞两端工作井中的灌浆泵，同时向灌浆管1里进行灌浆，灌浆选用0.6:1、0.8:1的水泥浆，灌浆压力控制在0.5～1.5Mpa，先灌最远(即中间)的两根，当灌浆压力达到要求不能够再灌进去，再依次灌相邻的管，这个过程不断重复，直到所有的灌浆管1全部灌注完毕，灌浆压力达到要求，回浆管回浆为止。起到填充、固结大口径钢管与隧洞之间的空隙。

顶进运输摩擦件，是在钢管外壁设置顶进运输摩擦件，避免了顶进过程中钢管直接摩擦隧洞底板，保障了钢管防腐层不被摩擦损坏，是利用工字钢+圆弧钢板制作而成，焊接在钢管及加径环5上，起到支撑滑动作用；

灌浆抗浮件焊接在钢管外壁及加径环5上，是利用工字钢+圆弧钢板制作而成，防止灌浆过程中，大口径钢管上浮；

牵引系统和顶进系统设置在工作井中，牵引顶进方法，避免了单独顶进时，钢管压力过大导致钢管屈曲的问题；牵引系统由牵引设备和钢丝绳构成，顶进系统是顶管专用的液压千斤顶，其技术成熟、顶进控制精度高、偏差小、可以时时顶进纠偏；

泵送、灌浆技术是将泵送管2、灌浆管1安装在隧洞的拱顶顶部，在工作井中，采用地泵、灌浆机向隧洞内灌注混凝土和灌注水泥浆，不断填充大口径钢管与隧洞之间的空隙，逐渐形成混凝土填充体，起到填充、固结的作用。

“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。