输水隧洞钢衬底部接触灌浆布置结构及其进行灌浆的方法

摘要

本发明涉及一种输水隧洞钢衬底部接触灌浆布置结构及其进行灌浆的方法。旨在提出一种便捷、安全、可靠性高的输水隧洞钢衬底部接触灌浆布置结构及其进行灌浆的方法，其预埋管数量少，工程费用节省，施工工艺简单，对施工没有干扰，可提高接触灌浆的效果及质量。本发明的技术方案是：输水隧洞采用埋藏式的钢衬结构，钢衬外壁与围岩之间以混凝土回填，钢衬外壁每隔一段设置一道加劲环，加劲环上设有若干窜浆孔，需接触灌浆的隧洞以每30～50m为一个灌浆段，每个灌浆段内，紧贴钢衬底板外壁通长敷设进浆管并均从加劲环上的窜浆孔穿过；每个灌浆段内，每5～8m设置一根排气兼回浆管，该排气兼回浆管的端部5～8m范围设为花管段，花管段均从加劲环上的窜浆孔穿过。

说明书

技术领域

本发明涉及一种输水隧洞钢衬底部接触灌浆布置结构及其进行灌浆的方 法，适用于水利水电工程。

背景技术

水利水电工程的输水隧洞，在遇到特殊地形或地质条件的情况下，通常采 用埋藏式的钢衬结构设计，以达到承载或防渗等目的。为实现钢衬与围岩的联 合承载，钢衬外壁与围岩之间采用混凝土回填，将钢衬承担的荷载一部分传递 给围岩。同时，为提高钢衬结构抗外压稳定的能力，通常在钢衬外壁设置加劲 环，间距一般1.0～1.5m。为提高混凝土的回填密实程度，在加劲环上设置窜浆 孔。

从目前国内平均先进的施工水平以及多数工程实例来看，在回填混凝土浇 筑完成60天后，经敲击检查，钢衬底部脱空现象仍较为普遍，且脱空区域面积 大于0.5～1.0m²的也不在少数。从确保钢衬结构安全的角度考虑，需要进行钢衬 底部的接触灌浆。目前接触灌浆设计通常有以下几种方式：

(1)钢衬底板预设系统接触灌浆孔，间距一般3.0m。这种方式适用在低合 金钢(标准抗拉强度小于540N/mm²)中，如16MnR、Q345等水利水电工程钢 衬常用钢材。由于脱空部位、数量无法准确预测，因此预留的接触灌浆孔与脱 空区域的吻合性较差，存在预留孔部位密实、而无预留孔部位却脱空的现象， 因而预留接触灌浆孔的效果不佳，且由于系统开孔，造成后期封堵工程量大， 增加了灌浆孔封堵渗(漏)水的概率，对工程安全不利。

(2)后期钻设接触灌浆孔。鉴于上述方式(1)中预留孔的吻合性较差， 不少工程选择后期钻孔灌浆，适用在低合金钢(标准抗拉强度小于540N/mm²) 中。钢衬外壁回填混凝土完成60天后，通过敲击或其他手段检查出底板脱空部 位，采用磁座电钻在钢衬上钻设进浆孔和排气孔，孔径不小于12mm，然后进行 接触灌浆。该方式虽然能够有针对性的对脱空区域进行灌浆，但当脱空数量较 多时，其开孔、封孔数量仍然较多，同样也存在钢板钻孔封堵渗漏的风险。当 钢板厚度大于30mm时，通常将钻孔直径加大至20～24mm，以实现接触灌浆作 业，但施工仍有一定难度，且钢板厚度越大，钻孔封堵难度也加大。此外，当 钻孔直径较大时，对钢衬本身有一定削弱，而又无法设置补强板，因此对结构 不利。

(3)底板采用预埋接触灌浆管。这种方式的适用性不受钢材强度限制，且 高强钢如600MPa级、800MPa级钢，为避免焊接应力和焊缝裂纹，通常是不允 许在钢衬上开孔的，因此对于高强钢的钢衬底板，则只能事先预埋接触灌浆管。 该方式沿钢衬底板每隔2.0～3.0m预埋一个灌浆盒，并将2～3个灌浆盒串联在一 根灌浆管上，灌浆管引出回填混凝土浇筑仓面外。由于接触灌浆需要等混凝土 浇筑完成60天后才能进行，为保证施工进度，引出的接触灌浆预埋管数量多、 管段长，对施工干扰较大，也不经济，而且灌浆效果不好。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：针对上述存在的问题，提出一种便捷、安全、 可靠性高的输水隧洞钢衬底部接触灌浆布置结构及其进行灌浆的方法，其预埋 管数量少，工程费用节省，施工工艺简单，对施工没有干扰，可提高接触灌浆 的效果及质量，具有明显的工程效益。

本发明所采用的技术方案是：一种输水隧洞钢衬底部接触灌浆布置结构， 所述输水隧洞采用埋藏式的钢衬结构，钢衬外壁与围岩之间以混凝土回填，所 述钢衬外壁每隔一段设置一道加劲环，加劲环上设有若干窜浆孔，其特征在于： 需接触灌浆的隧洞以每30～50m为一个灌浆段，每个灌浆段内，紧贴钢衬底板外 壁通长敷设进浆管并均从加劲环上的窜浆孔穿过；每个灌浆段内，每5～8m设置 一根排气兼回浆管，该排气兼回浆管的端部5～8m范围设为花管段，花管段均从 加劲环上的窜浆孔穿过。

所述钢衬底板上开有预留孔，每个预留孔对应于每根排气兼回浆管的尾端。

所述进浆管为聚氯乙烯材料的FUKO管；所述排气兼回浆管采用Φ25～Φ 32的无缝钢管。

一种输水隧洞钢衬底部接触灌浆布置结构进行灌浆的方法，包括步骤：

1、进浆管的埋设：取30～50m为一个灌浆段，每个灌浆段内，紧贴钢衬底 板外壁通长敷设进浆管，进浆管均从加劲环底部的窜浆孔中穿过；

2、排气兼回浆管的埋设：每个灌浆段内，每5～8m设置一根排气兼回浆管， 端部5～8m为花管段，花管段从加劲环底部的窜浆孔内穿过；所述花管段至少每 隔50cm设置一个Φ8mm的钻孔，钻孔孔位均朝上且布置在一条直线上；

3、预埋管的引出：对于高强钢衬，进浆管和排气兼回浆管均从最近的临空 面引出。

本发明另一种输水隧洞钢衬底部接触灌浆布置结构进行灌浆的方法，包括步 骤：

1、对于低合金钢衬，取30～50m为一个灌浆段，每个灌浆段内，钢衬底板 上每隔5～8m开设一个预留孔，并在预留孔口设置丝堵和封堵塞；

2、进浆管的埋设：每个灌浆段内，紧贴钢衬底板外壁通长敷设进浆管，进 浆管均从加劲环底部的窜浆孔中穿过；

3、排气兼回浆管的埋设：每个灌浆段内，每5～8m设置一根排气兼回浆管， 端部5～8m设为花管段，花管段从加劲环底部的窜浆孔内穿过，花管段的尾端对 准预留孔；所述花管段至少每隔50cm设置一个Φ8mm的钻孔，钻孔孔位均朝 上且布置在一条直线上；

4、预埋管的引出：每个灌浆段内，所述排气兼回浆管从相应的预留孔(1-1) 引出，而进浆管仅从最端头的预留孔引出，待灌浆完毕后，割除引出的埋管， 并对预留孔进行封堵焊接。

本发明的有益效果是：本发明的钢衬底部接触灌浆设计，虽然仍属于系统 预埋接触灌浆管的方式，但从进浆管、排气兼回浆管型式以及预埋管引出方式 方面进行了较大改善，其有益效果体现在以下几个方面：1、解决了低合金钢(标 准抗拉强度小于540N/mm²)钢衬预留接触灌浆孔方式不具针对性的弊端，能够 对每处脱空部位进行有效灌浆；2、改善了低合金钢(标准抗拉强度小于 540N/mm²)钢衬后期钻孔灌浆方式可能导致的封孔数量过多、渗漏风险较大的 安全隐患问题；3、采用特制进浆管，能够实现连续、多点出浆，且在回填混凝 土浇筑时，出浆口不会被堵住；进浆管不仅能够对钢衬底板脱空部位进行有效 接触灌浆，同时也能对钢衬与回填混凝土之间的细小缝隙进行充填密实；由于 是多点出浆，因此接触灌浆不会受空腔不连续性的影响；4、排气兼回浆管采用 分段布置，且与钢衬外壁紧贴部位设置为花管形式，因此具有分段排气的功能； 埋藏式钢管外壁的加劲环虽有窜浆孔，但也很难保证脱空区域的连续性；采用 了分段排气的花管形式，在接触灌浆时，能够完全排除空腔内气体，对提高灌 浆密实度非常有利；5、本发明的预埋管数量少，工程费用节省，施工工艺简单， 对施工没有干扰，并大大提高接触灌浆的效果及质量，具有明显的工程效益。

附图说明

图1为本发明的断面剖视图。

图2为本发明中窜浆孔部的局部放大图。

图3为发明中高强钢钢衬的A-A剖面图。

图4为发明中低合金钢钢衬的A-A剖面图。

具体实施方式

本实施例根据低合金钢(标准抗拉强度小于540N/mm²)与高强钢之间材质 的特性，遵循低合金钢可开孔、高强钢不开孔的原则，进行输水隧洞钢衬底部 接触灌浆设计。

如图1、图2所示，本实施例为一种输水隧洞钢衬底部接触灌浆布置结构， 输水隧洞采用埋藏式的钢衬结构，钢衬1外壁与围岩之间以混凝土回填，钢衬1 外壁每隔一段设置一道加劲环2，加劲环上设有若干窜浆孔3，需接触灌浆的隧 洞以每30～50m为一个灌浆段，每个灌浆段内，紧贴钢衬1底板外壁通长敷设进 浆管(聚氯乙烯材料的FUKO管)4并均从加劲环2上的窜浆孔3穿过；每个 灌浆段内，每5～8m设置一根排气兼回浆管5，该排气兼回浆管的端部5～8m范 围设为花管段5-1，花管段均从加劲环2上的窜浆孔3穿过。

实施例一，

如图3所示，钢衬1为高强钢钢衬，具体实施步骤如下：

1、进浆管4的埋设：取30～50m为一个灌浆段(以灌浆压力和灌浆质量能 够很好控制为准)，每个灌浆段内，紧贴钢衬1底板外壁通长敷设进浆管4，进 浆管均从加劲环2底部的窜浆孔3中穿过；进浆管4不采用常规的无缝钢管， 而选择采用市面上有销售且在某些水电站工程中已有运用的一种沿全管段可出 浆、且只能出浆而不会进浆的特制灌浆管(如FUKO管)材料；

2、排气兼回浆管5的埋设：考虑既要保证接触灌浆的质量，又要尽量减少 埋管的数量，每个灌浆段内，每5～8m设置一根排气兼回浆管5，端部5～8m为 花管段5-1，花管段从加劲环2底部的窜浆孔3内穿过，紧贴钢衬外壁布置、并 固定牢靠，排气兼回浆管5的余管段则从加劲环2的外侧穿过(不宜从加劲环 窜浆孔内穿过，否则影响窜浆效果)；花管段5-1至少每隔50cm设置一个Φ8mm 的钻孔(即每两道加劲环2之间的花管段至少设置一个钻孔)，钻孔孔位均朝上 且布置在一条直线上；

3、预埋管的引出：对于高强钢衬，由于钢衬不允许开孔，进浆管4和排气 兼回浆管5均从最近的临空面引出，通常情况下，水利水电工程输水隧洞采用 高强钢的钢衬洞段一般较短，因此预埋管的引出长度不会太长，对灌浆和排气 效果基本没有影响。

实施例二，

如图4所示，钢衬为低合金钢钢衬，具体实施步骤如下：

1、对于低合金钢衬(标准抗拉强度小于540N/mm²)，取30～50m为一个灌 浆段(以灌浆压力和灌浆质量能够很好控制为准)，由于钢衬1可开孔，在每个 灌浆段内，钢衬1底板上每隔5～8m开设一个预留孔1-1，并在预留孔口设置丝 堵和封堵塞(预留孔1-1孔口可参照固结灌浆孔设置丝堵、封堵塞等构件)；

2、进浆管4的埋设：每个灌浆段内，紧贴钢衬1底板外壁通长敷设进浆管 4，进浆管均从加劲环2底部的窜浆孔3中穿过；

3、排气兼回浆管5的埋设：考虑既要保证接触灌浆的质量，又要尽量减少 埋管的数量，每个灌浆段内，每5～8m设置一根排气兼回浆管5，端部5～8m设 为花管段5-1，花管段从加劲环2底部的窜浆孔3内穿过，花管段的尾端对准预 留孔1-1；花管段至少每隔50cm设置一个Φ8mm的钻孔，钻孔孔位均朝上且布 置在一条直线上；

4、预埋管的引出：每个灌浆段内，所述排气兼回浆管5从相应的预留孔1-1 引出，而进浆管4仅从最端头的预留孔1-1引出，待灌浆完毕后，割除引出的埋 管，并对预留孔进行封堵焊接。

上述实施例的排气兼回浆管5采用Φ25～Φ32的无缝钢管。