一种输水隧洞狭窄空间内衬钢管安装结构及其施工方法与流程

本发明涉及隧洞内钢管安装技术领域，特别涉及一种输水隧洞狭窄空间内衬钢管安装结构及其施工方法。

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。

为节约造价，隧洞断面一般比较小，隧洞常规跨度3-4m，为小断面隧洞，由于隧洞断面小，一般的机械设备难以运输和吊装钢管，导致洞内钢管安装铺设比较困难。常规的做法是采用卷扬机配合滚杠牵引或设计专用的轨道车的方式进行钢管的运输和吊装，这些施工方式存在安装精度低、卷扬机及导向系统布置麻烦、指挥操作繁琐、运输效率低下、运输稳定性差等缺点。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种输水隧洞狭窄空间内衬钢管安装结构，解决平直隧洞的狭窄空间内钢管安装效率低问题。

本发明的上述目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种输水隧洞狭窄空间内衬钢管安装结构，包括隧洞洞身，所述隧洞洞身内设有推进系统，所述隧洞洞身的进洞口设有推进设备，所述推进系统包括洞内滚动装置和洞内导轨装置，所述洞内滚动装置和洞内导轨装置在隧洞洞身内间隔布置，所述洞内滚动装置包括对称设置在隧洞洞身底部的一对耳环、设于耳环之间的钢轴以及转动设于钢轴上的套筒。

通过采用上述技术方案，推进设备为钢管提供推进力，当钢管进入到隧洞洞身内部后抵压在套筒和钢轴上，将滑动摩擦变为滚动摩擦，使钢管在隧洞洞身内能够快速流畅的进行安装，从而解决了平直隧洞的狭窄空间内钢管安装效率低的问题，同时滚动摩擦有效降低了钢管在推进过程中的磨损。

本发明进一步设置为：所述洞内导轨装置由两个导向轨组成，所述导向轨由两个槽钢对焊形成。

通过采用上述技术方案，导向轨在钢管运输的过程中起到导向限位的作用，以保证钢管的安装质量。

本发明进一步设置为：所述洞内导轨装置长30cm，所述隧洞洞身内每隔1m设置一组洞内滚动装置、每隔3m设置一组洞内导轨装置。

本发明进一步设置为：所述隧洞洞身的底部采用混凝土浇注有穿管平台，所述洞内滚动装置和洞内导轨装置一体浇筑在穿管平台中。

通过采用上述技术方案，穿管平台成型后实现洞内滚动装置和洞内导轨装置的安装固定，完成推进系统的施工。

本发明进一步设置为：所述穿管平台中一体浇筑有支撑件，所述洞内滚动装置的耳环对称焊接在支撑件的两侧；所述洞内导轨装置的两组导向轨之间设有拉筋，通过拉筋架设在支撑件上。

通过采用上述技术方案，混凝土在浇筑过程中可能会影响洞内滚动装置和洞内导轨装置之间的位置关系，进而影响钢管的运输效果，在浇筑穿管平台前，先在隧洞洞身内沿其长度铺设支撑件，洞内滚动装置的耳环对称焊接在支撑件的两侧，如此，既提高了耳环安装的稳定性，又防止洞内滚动装置之间发生位置变化，保证了钢管的运输效果；洞内导轨装置则通过拉筋架设在支撑件的上方，以此防止洞内导轨装置之间发生位置变化，保证对钢管的导向效果，同时拉筋对导向轨施加拉持力，提高导向轨的安装效果。

本发明进一步设置为：所述隧洞洞身内部的洞顶及洞腰处均安设有定位筋。

通过采用上述技术方案，定位筋对运输中的钢管起到限位的作用，防止其在推进过程中发生偏移。

本发明进一步设置为：所述隧洞洞身的进洞口设有管道安装系统，所述管道安装系统包括从进洞口向外依次排布的管道安放平台和后背，所述推进设备位于管道安放平台和后背之间。

通过采用上述技术方案，管道安放平台用于放置钢管，使钢管与隧洞洞身对齐，以便进行下一步的推进工作；后背为推进设备提供支撑力，使推进设备工作时能够有序稳定的进行工作，保证钢管安装的流畅性。

本发明进一步设置为：所述管道安放平台面向隧洞洞身进洞口的一侧设有焊接工作坑。

通过采用上述技术方案，当前后两个钢管对接后，需要在管口处进行全面焊接，但下方因位置原因在焊接时存在不变，通过设置焊接工作坑，使工作人员能够更方便的进行焊接，保证焊接质量。

本发明的另一目的在于提供一种输水隧洞狭窄空间内衬钢管安装结构的施工方法，利用本方法将钢管快速的安装在隧洞洞身内。

本发明的上述目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种输水隧洞狭窄空间内衬钢管安装结构的施工方法，包括以下步骤：

s1、推进系统施工，在隧洞洞身的底部布置支撑件，支撑件选为槽钢或方管，支撑件的两侧每隔1m焊接一组耳环，每隔3m放置一组导向轨，然后在隧洞洞身内浇筑混凝土，将支撑件浇筑在混凝土中，支撑件的上表面与混凝土表面平齐，混凝土成型后形成穿管平台，然后将套筒套设在钢轴上，钢轴放置在耳环中；

s2、在隧洞洞身的洞顶及洞腰处安设φ20的定位筋，定位筋采用植筋的方式固定在隧洞洞身内，洞腰处的定位筋间距为400cm，洞顶处的定位筋间距为500cm；

s3、钢管安装系统施工，在隧洞洞身的进洞口处浇筑管道安放平台，并在管道安放平台远离进洞口的一端埋设后靠，推进设备抵靠在后靠上，推进设备选为两台320t的液压顶镐；

s4、管道安放平台朝向进洞口的一端砖砌形成有焊接工作坑；

s5、采用80t吊车吊运钢管至管道安放平台上，在钢管的管口处放置护口铁，推进设备通过顶进铁推动钢管向隧洞洞身内移动，当前一个钢管的管口位于焊接工作坑的中部上推进设备停止工作，将顶进铁撤掉，然后将下一个钢管吊运至管道安放平台上，并将前后两个钢管对接，进行焊接工作，焊接完成后对钢管底部的焊口进行打磨，使焊口与钢管底部齐平、顺滑，然后再次进行推进工作，直至钢管全部就位；

s6、在隧洞洞身与钢管之间回填混凝土。

通过采用上述技术方案，先将推进系统稳定的安装在隧洞洞身内，然后施工钢管安装系统，将钢管依次吊运在洞外的钢管安放平台上，采取“边焊接边推进”的方式将钢管安装在隧洞洞身内。

本发明进一步设置为：s1中，穿管平台浇筑前先采用全站仪确定穿管平台的位置，用精密水准仪对穿管平台高度进行测量，平台高度按放置钢轴后比套筒设计底面低1cm控制。

通过采用上述技术方案，使用全站仪提高穿管平台的浇筑精度，平台高度低于套筒，保证套筒能够进行转动，不会对套筒的转动造成干涉。

综上所述，本发明具有以下有益效果：

1、通过在隧洞洞身内设置有洞内滚动装置和洞内导轨装置，采用液压顶镐做为钢管的推进设备，两者配合便于控制钢管的推进速度，对推进过程中出现的偏差能及时矫正，使钢管快速流畅的安装在隧洞洞身内；

2、通过在隧洞洞身内设置支撑件，洞内滚动装置和洞内导轨装置间隔设置在支撑件上，以防止洞内滚动装置和洞内导轨装置之间发生位置变化，才而保证了钢管的运输效果；

3、通过在隧洞洞身内设置定位筋，定位筋对钢管起到限位的作用，防止其在推进过程中发生偏移。

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：一种输水隧洞狭窄空间内衬钢管安装结构，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。