压力钢管在隧洞V类围岩不良地质段中的技术运用

张巍颢

云南省建设投资控股集团有限公司,云南 昆明650501

摘要:压力钢管普遍用于市政工程有压介质输送，电站压力前池后端使用也比较广泛。其具有高耐内压、低糙度、使用寿命长、安装速度快等特点。本文针隧洞V类围岩不良地质段，混凝土浇筑后，山体及混凝土衬砌无法抵御高水头内水压力。增加内衬压力钢管。本文主要阐述隧洞V类围岩不良地质段压力钢管施工中安装工艺及技术要点。 

关键词：隧洞V类围岩不良地质段;压力钢管安装;技术要点

1、工程概况

     镇康县中山河水库工程导流输水隧洞为有压隧洞型式，全长519.18m，水头76.4m，在临近隧洞出口段（0+489.446～0+505.246）开挖揭示，地质破碎带中夹杂大量碳质页岩及碳质泥岩，自由膨胀率较大（V类围岩），随即对该段混凝土进行浇筑，浇筑7天后隧洞内部出现变形开裂，为保证隧洞后期运行安全。最终采用凿除原浇筑混凝土10cm，出口段34m全部采用压力钢管进行内衬。

2、钢衬材料及厚度的确定

经过设计院复核，在承担内水压力的情况下，校核洪水位工况下泄洪内压约为71m，钢衬壁厚约为6mm（不计修饰厚度）。外压考虑到钢管处于V类不稳定围岩区，钢衬厚度取约14mm（不计修饰厚度），综合内压、外压计算结果，本钢管采用外压计算厚度，考虑到该隧洞在泄洪状态下流速为20m/s，锈蚀厚度取4mm，最后钢衬厚度取20mm，材料选用Q245R钢板。

3、压力钢管施工

3.1施工顺序

施工准备→洞内衬砌混凝土凿毛及止水环处混凝土凿除→压力钢管运输进洞→钢材安装→止水环处混凝土浇筑→M30砂浆回填。

3.2 混凝土凿除及压力钢管止水环位置处理

 (1) 施工前，对凿毛混凝土的工人进行技术交底、安全技术交底、质量交底。隧洞内做好照明措施、洞内穿反光服、12v照明线路引入洞内。

 (2) 混凝土凿除采用全断面凿除、凿除厚度为10cm，漏出外层钢筋。根据现场施工情况对比，采用20m3空压机带5台风镐凿除效率明显高于5台3kw电镐的凿除速度。

(3) 压力钢管止水环位置凿除深度为40cm，露出外层钢筋。

(4) 凿除的混凝土废渣在洞内先采用人工装进编织袋后，然后采用人工背出洞外统一堆放运至弃渣场。

(5) 凿除完毕后，采用水泵抽水对洞身段进行清洗，验收合格后方进行下一道工序施工。

 

图1  止水环位置处理图2  隧洞全断面凿毛

3.3 压力钢管水平运输

压力钢管在昆明厂内内制作成2米每筒（用槽钢做内支撑焊牢固，预防钢管在运输过程中发生变形，），运到现场后现场拼装。首先采用25t汽车吊将钢衬吊至洞口，再采用轨道、导向滑轮、卷扬机钢管运到安装位置。管节与管节组对时应，相邻纵缝间距离不小于500mm。应在钢管就位前就调整纵缝的位置。在运输过程中随时注意运输轨道，及洞内有无杂物阻碍钢管的顺利运输。

 

图3 压力钢管2米每段图4   压力钢管吊装进洞

3.4 压力钢管拼接

钢管就位后组段对接、加固牢固后对焊缝进行焊接，钢管安装与设计轴线平行误差不大于2%。起始端的里程偏差不超过±5mm，钢管起点的里程偏差不超过±10mm，起始段的两端垂直度误差不超过±3mm；管口对接错位不大于3mm圆度偏差不大于5D/1000mm。

3.5 压力钢管焊接

   （1）由于隧洞内操作空间限制、焊接采用单面焊接、焊接后对所有焊缝进行全段面探伤。

   （2） 焊接材料与母材和焊接工艺选定的焊接材料相同，烘焙后的焊条保存在100～150°恒温箱内。现场使用的焊条装入保温筒，随取随用。在保温筒内时间不超过4h。

  （3） 焊接采用对称、多层、多道，退步跳焊，层间、道间接头彼此错开，每条焊缝应不间断的连续完成，如有特殊情况焊缝必须中断焊接，将采取技术规范允许的防护措施，防止焊缝产生裂纹。

3.6 安装质量检验

3.6.1 安装质量检验

钢管安装后的几何尺寸检查，满足压力钢管安装技术规范的规定。

a、直管、渐变管实际轴线与设计轴线、拉线测量平行度不大于2‰；钢管中心的极限偏差，与弯管起点的管口为10mm，其他部位管节的管口为20mm。

b、起始段的里程偏差不超过±5mm，弯管起点的里程偏差不应超过±10mm，起始段的两端垂直度误差不应超过±3mm；管口对接错位不大于3mm圆度偏差不应大于5D/1000mm。

3.6.2 安装焊缝检验

所有焊缝均进行外观检查，外观质量应符合相关的规定。安装焊缝的无损检测采用超声波探伤，评定焊缝质量由Ⅱ级及Ⅱ级以上的检测人员担任，依据有关的检验标准进行检测。

安装吊点、临时支撑等的拆除应按离管壁3mm的地方用氧乙炔火焰切割后，打磨光滑，根据焊接的实际情况增加着色渗透或磁粉探伤检测。

提交无损检测报告确定的焊缝缺陷部位和修补方法，必须申请监理工程师批准后，进行焊接缺陷的修补。修补了的焊缝再次检查，做好记录，上报监理人。

缺陷修补严格执行监理工程师的批准技术措施，同一部位修补次数不应超过2次，如超过2次，应分析原因，制定技术措施提交工程师批准后，方可修补。

无损检验按过家标准和有关规范严格执行质量检测与评审，填写质量检验结果一式三份，一份报监理，一份报质检科，一份留底备查。

3.6.3 涂装检验

在钢管安装环缝焊接完成后再进行二次除锈，再喷锌涂刷涂料，喷涂工艺与要求和在场内相同，以保证钢管涂层质量达到设计要求，经除锈后的钢管应尽快涂装，在2h内涂装完成。涂装层数、每层厚度、间隔时间、涂料配备等严格按照施工图纸及产品说明书进行。

图5 超声波探伤及涂装检验

3.7 止水环间混凝土浇筑

止水环间混凝土浇筑在钢衬安装完成后进行，混凝土采取在洞外按配合比人工先拌制干料，再装编织袋，人工背至浇筑位置附近，再加水拌合，人工入仓，φ20软轴插入式振捣器振捣。模板采用木模板（先将模板切割成20cm宽，2.0m长，后背5cm厚方木）立模。

3.8 钢衬与混凝土间空腔M30砂浆回填

钢衬与混凝土间空腔回填灌浆在钢衬及止水环混凝土浇筑完成后开始进行，回填M30砂浆采用纯压式灌浆，灌浆时，封闭回浆管闸阀，打开排气管闸阀，待回浆管排出与灌注浆液相同水灰比的浆液时，关闭排气管闸阀，再打开回浆管闸阀后继续灌浆，灌浆利用预埋管连接灌浆管，采用纯压式灌浆。灌浆压力为0.3MPa； 灌浆机具采用2台高速制浆机制浆，2SNS,灌浆泵灌注。在规定压力下，停止吸浆并继续灌浆10min结束。

4、结束语

镇康县中山河输水隧洞工程隧洞工程，是我公司第一个在混凝土衬砌后，由于地质原因重新安装压力钢管的工程项目，在多个工序包含开挖、衬砌、临时支护相互交叉的情况下，通过各方努力研究，采用精心组织、多个劳务队伍相互协调，解决了输水隧洞在高水位运行情况下的安全隐患。虽投入较大，但自投入使用以来，布置在隧洞出口的沉降位移点、浸润线孔数值均在正常范围内，采用压力钢管在隧洞V类围岩不良地质段施工技术取得了极好的社会效益，可在类似工程中得到推广应用。

参考文献：

[1]水工建筑物地下开挖工程施工规范（SL378-2007）.

[2]水电水利工程压力钢管制造安装及验收规范（SL378-2007）.

[3]水工建筑物水泥灌浆规范（SL62-2014）.

[4]云南省临沧市镇康县中山河水库工程施工组织设计.