一种隧洞内钢管背后回填混凝土结构及施工方法与流程

本发明涉及隧洞内钢管安装技术领域，特别涉及一种隧洞内钢管背后回填混凝土结构及施工方法。

背景技术：

输水隧洞是引水调水工程中的一个重要组成部分，目前常采用多层衬砌，一般来说，包括：外衬如喷射混凝土、管片等；内衬如钢管、pvc管等；填充于外衬和内衬之间的钢筋混凝土、自密实混凝土等。

当钢管安装在隧洞后，需要在钢管与隧洞之间回填自密实混凝土，传统回填自密实混凝土的方法一般采用分段浇筑或地面钻孔浇筑，分段浇筑受隧洞长度的影响，当隧洞长度较长时仅靠从两端浇筑并不能满足要求，而地面钻孔浇筑受洞顶地层影响，如地层有浅层滞水，滞水可能从钻孔进入到隧洞洞身与钢管之间的夹层中。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种隧洞内钢管背后回填混凝土结构，它通过在钢管内设置浇筑管，将混凝土密实的填充在隧洞与钢管之间，有效利用钢管空间，便于施工。

本发明的上述目的一是通过以下技术方案得以实现的：

一种隧洞内钢管背后回填混凝土结构，包括隧洞洞身和安装在隧洞洞身内的钢管，所述隧洞洞身与钢管之间留有夹层，所述夹层两端封闭设置，预留有排气口，所述钢管内间隔设有浇筑管，所述浇筑管与所述夹层相连通，所述浇筑管的输入端设有闸板；所述浇筑管之间均匀分布有注浆管。

通过采用上述技术方案，回填自密实混凝土时，先通过浇筑管填充在夹层中，当浇筑管一侧的注浆管有混凝土漏出时，停止浇筑，通过闸板将该浇注管封闭，然后移至下一浇注管进行浇注；当混凝土回填完成后，再通过注浆管进行灌浆填充，确保回填密实，回填过程充分利用钢管内部空间，避免了分段浇筑不密实、易受地层影响的问题。

本发明进一步设置为：相邻浇筑管之间均匀设有三个注浆管。

通过采用上述技术方案，三个注浆管对浇筑管浇筑后的夹层进行充分灌浆，从而保证混凝土的回填效果。

本发明进一步设置为：所述注浆管的上端固接有盲板，注浆管靠近其上端位置处均匀分布有补浆孔。

通过采用上述技术方案，盲板将注浆管的上端封闭，以免混凝土在回填过程中从注浆管误漏到钢管内，影响密实度的判断；小口径的补浆孔既不影响灌浆，也能减弱该问题的影响。

本发明进一步设置为：所述补浆孔设置为四个。

通过采用上述技术方案，使注浆管能够从四个方向进行灌浆，提高回填混凝土的密实度。

本发明进一步设置为：所述补浆孔距离注浆管管顶3mm。

通过采用上述技术方案，降低混凝土在回填过程中从补浆孔误漏的影响，提高混凝土的回填效果。

本发明进一步设置为：所述注浆管的上端穿过钢管与隧洞洞身内壁相抵触，下端位于钢管内、与浇筑管的长度相同。

通过采用上述技术方案，浇筑管和注浆管在钢管内等长设置，回填浇筑时方便工作人员进行换管操作，方便施工。

本发明进一步设置为：所述夹层两端设有砖模结构，砖模结构中安装有排气管。

通过采用上述技术方案，在夹层的端部砖砌形成砖模结构，对夹层进行封闭，通过排气管使夹层浇筑时的内外气压保持平衡。

本发明的上述目的二是通过以下技术方案得以实现的：一种隧洞内钢管背后回填混凝土结构的施工方法，包括以下步骤：

s1、安装浇筑管，采用气焊的方式在钢管顶部每隔20m切割出一个φ150mm的连接孔，然后将φ150mm长度为30cm的浇筑管竖直焊接在连接孔上，浇筑管的下端安装有闸板；

s2、安装注浆管，采用气焊的方式在相邻的φ150mm连接孔之间均匀切割出3个φ100mm的连接孔，然后将3个φ100mm壁厚5mm注浆管竖直穿过连接孔，使其上端抵压在隧洞洞身的内壁上，下端预留在钢管内，预留长度为30cm，注浆管焊接在连接孔上；

s3、钢管的两端采用砖模结构进行封堵，在砖模结构的顶部预埋有φ50的排气管，形成排气口；

s4、回填自密实混凝土，采用车载泵进行浇筑，车载泵泵管与浇筑钢管采用高压软管连接，回填混凝土自隧洞洞身起点向终点依次退管进行，每段混凝土浇筑完成后，用闸板关闭浇筑管，移至下一位置，混凝土回填完成标准以注浆管有混凝土漏出为准；

s5、自密实混凝土回填完成后，采用注浆管进行灌浆，确保混凝土填充密实；

s6、灌浆完成后，对浇筑管和注浆管进行切割，并在钢管上打坡口，采用焊条单面焊焊接封闭，封闭完成后进行无损探伤试验，确保焊接质量合格。

综上所述，本发明具有以下有益效果：

1、通过在钢管内部设置浇筑管和注浆管，利用浇筑管在夹层中进行浇筑，利用注浆管进行灌浆，保证回填的密实度的同时有效利用钢管空间，便于施工；

2、注浆管均匀设置在浇筑管之间，通过注浆管进一步回填灌浆，提高回填的密实效果。

附图说明

图1是实施例中结构示意图；

图2是实施例中推进系统的结构示意图；

图3是实施例中管道安装系统的结构示意图；

图4是实施例中管道安放平台的结构示意图；

图5是实施例中浇筑管和注浆管分布示意图；

图6是实施例中砖模结构的示意图。

图中，1、隧洞洞身；11、穿管平台；12、支撑件；13、定位筋；14、钢管；2、洞内滚动装置；21、耳环；211、弧形槽；22、钢轴；23、套筒；3、洞内导轨装置；31、导向轨；32、拉筋；4、管道安放平台；41、轨道基础；42、洞外轨道；43、焊接工作坑；5、推进设备；51、顶进铁；52、护口铁；6、后背；7、浇筑管；71、闸板；8、注浆管；81、盲板；82、补浆孔；9、砖模结构；91、排气管。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步详细说明。

实施例：一种隧洞内钢管背后回填混凝土结构，如图1所示，包括隧洞洞身1、推进系统以及管道安装系统，其中推进系统布置在隧洞洞身1内，管道安装系统设置在隧洞洞身1的进洞口处。

如图1、图2所示，推进系统包括洞内滚动装置2和洞内导轨装置3，洞内滚动装置2包括耳环21、钢轴22和套筒23，耳环21为矩形板状结构，两个耳环21为一组，对称支撑在隧洞洞身1的底部，耳环21的上端开设有弧形槽211，套筒23套设在钢轴22上，钢轴22放置在弧形槽211中，完成洞内滚动装置2的装配；其中钢轴22的直径为60mm，套筒23的直径为75mm，弧形槽211的直径与钢轴22适配。为了保证套筒23在钢轴22上转动的流畅度，可在套筒23与钢轴22之间涂抹润滑油。洞内导轨装置3由两个导向轨31组成，每个导向轨31由两个槽钢对焊形成，导向轨31长30cm。

隧洞洞身1的底部采用c40混凝土浇注有穿管平台11（参照图1），洞内滚动装置2和洞内导轨装置3一体浇注在穿管平台11内，穿管平台11成型后实现洞内滚动装置2和洞内导轨装置3的安装固定，完成推进系统的施工。穿管平台11浇注时对洞内滚动装置2进行让位，保证套筒23能够绕钢轴22转动；穿管平台11成型后导向轨31的顶点高于套筒23的顶点。

洞内滚动装置2在隧洞洞身1内每隔1m布置一组，洞内导轨装置3在隧洞洞身1内洞内每隔3m布置一组，洞内滚动装置2和洞内导轨装置3在隧洞洞身1内安装好后再开始浇筑穿管平台11，但浇筑过程中可能会影响彼此之间的位置关系，进而影响钢管14的运输效果，为了减弱该问题的影响，在浇筑穿管平台11前，先在隧洞洞身1内沿其长度铺设有支撑件12，支撑件12可选为槽钢或方管。

洞内滚动装置2和洞内导轨装置3设置在支撑件12上，具体如图2所示，每组洞内滚动装置2的耳环21均对称焊接在支撑件12的两侧，如此，既提高了耳环21安装的稳定性，又防止洞内滚动装置2之间发生位置变化，保证了钢管14的运输效果；洞内导轨装置3则在两导向轨31之间间隔设置拉筋32，拉筋32的两端分别焊接在导向轨31的侧壁上，两组导向轨31通过拉筋32架设在支撑件12的上方，以此防止洞内导轨装置3之间发生位置变化，保证对钢管14的导向效果，同时拉筋32对导向轨31施加拉持力，提高导向轨31的安装效果。

穿管平台11浇注前先使用全站仪确定穿管平台11的位置，用精密水准仪对穿管平台11高度进行测量，穿管平台11与洞内滚动装置2相对的顶面按放置钢轴22后比套筒23底面低1cm控制。

进一步的，为了保证钢管14在隧洞洞身1内滑动的直线度，在隧洞洞身1内部的洞顶及洞腰处均安设有定位筋13（参照图1），定位筋13采用植筋的方式固定在隧洞洞身1上；位于洞顶处的定位筋13间距为500cm，位于洞腰处的定位筋13间距为400cm。钢管14推进过程中，定位筋13对钢管14起到限位的作用，防止钢管14发生偏移。

推进系统施工完成后，开始作业管道安装系统施工。如图3所示，管道安装系统包括管道安放平台4、推进设备5以及后背6，管道安装从隧洞洞身1终点(进洞口)向起点方向推进，管道安装系统的管道安放平台4、推进设备5以及后背6从隧洞洞身1终点向外依次排布。

如图4所示，管道安放平台4包括由钢筋混凝土浇筑成型的轨道基础41，轨道基础41上一体浇筑有两组洞外轨道42，洞外轨道42也由两个槽钢对焊形成。轨道基础41内浇筑有支撑件12，两组洞外轨道42之间间隔布置有拉筋32，通过拉筋32架设在支撑件12上，轨道基础41成型后提高洞外轨道42的稳定性。推进设备5选为两台320t的液压顶镐，后背6则选为钢筋混凝土结构，下部埋入土层中，上部露在外面为推进设备5提供支撑力。

钢管14安装时，通过吊车将第一个钢管14吊运至管道安放平台4的洞外轨道42上，然后在钢管14面向推进设备5的一端设置护口铁52（参照图3），推进设备5抵靠在后背6上，推进设备5工作时通过逐个放置的顶进铁51推动护口铁52，以推动钢管14逐步朝向隧洞洞身1内移动，当钢管14的末端快进入隧洞洞身1时推进设备5停止工作，然后将顶进铁51撤掉，通过吊车将下一个钢管14吊运至管道安放平台4上，并将前后两个钢管14对接，进行焊接工作；为保证两个钢管14的焊接效果，在管道安放平台4与隧洞洞身1终点之间砖砌形成有焊接工作坑43，使焊接口更加全面。焊接完成后对焊口进行打磨，使焊口与钢管14底部齐平、顺滑，消除焊口处的摩擦阻碍。然后再次进行推进工作，前一个钢管14则进入到隧洞洞身1内，通过洞内滚动装置2进行运输。同理，将钢管14逐个推入到隧洞洞身1内，实现了钢管14在隧洞洞身1的快速安装，解决了钢管14在狭窄空间内安装效率低问题。

当钢管14完全就位后，需要在钢管14与隧洞洞身1之间回填自密实混凝土，传统回填自密实混凝土的方法一般采用分段浇筑或地面钻孔浇筑，分段浇筑受隧洞长度的影响，当隧洞长度较长时仅靠从两端浇筑并不能满足要求，而地面钻孔浇筑受洞顶地层影响，如地层有浅层滞水，滞水可能从钻孔进入到隧洞洞身1与钢管14之间的夹层中。为了避免发生上述问题，本发明采取夹层两端用砖封堵，并预埋排气管91，在钢管14顶部开孔，焊接浇筑管7用于回填自密实混凝土，同时在浇筑管7之间设置注浆管8，回填完成后进行灌浆，确保回填密实。

具体为，从靠近钢管14两端的位置处开始，每隔20m布置一个φ150mm长度30mm的浇筑管7，在相邻浇筑管7之间等间距布置三根φ100mm壁厚5mm的注浆管8；靠近钢管14两端的注浆管8，在浇筑管7与钢管14管口的中间布置，具体布置参照图5。

钢管14顶部焊接浇筑管7时，先采用气焊的方式在钢管14顶部切割出φ150的连接孔，然后再焊接浇筑管7。同理，在相邻浇筑管7及钢管14与两端堵头的管顶中心位置也采用气焊的方式切割出φ100的连接孔，以用于布置注浆管8；注浆管8的上端焊接有将其封闭的盲板81，在距离注浆管8管顶的3mm位置处，圆周分布有四个φ12的补浆孔82，注浆管8安装在钢管14上后，其上端抵压在隧洞洞身1的内壁上，下端在钢管14内预留一部分，该部分的长度与浇筑管7的长度相同。注浆管8除了用于灌浆外，还起到观察砼浇筑情况、排气、抗上浮的作用。注浆管8与洞顶定位筋13间隔布置，以免发生位置干涉。

如图6所示，钢管14两端采用砖模结构9进行封堵，在砖模顶部预埋有φ50的排气管91。混凝土浇筑采用车载泵进行浇筑，车载泵泵管与浇筑管7采用高压软管连接，相应的，浇筑管7上还设置控制浇筑的闸板71。

混凝土回填自起点向终点依次退管进行，每段混凝土浇筑完成后，用闸板71关闭浇筑管7，然后移至下一位置。混凝土回填完成标准以预埋注浆管8管顶有混凝土漏出为准。混凝土回填完成后，采用注浆管8进行灌浆，确保混凝土填充密实。灌浆完成后，对浇筑管7和注浆管8进行切割，并在原钢管14上打坡口，再用焊条焊接封闭，封闭完成后进行无损探伤试验，确保焊接质量合格。

本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。