一种盾构隧洞内衬钢管焊口外部联合防护结构及施工工艺

摘要

本发明公开了一种盾构隧洞内衬钢管焊口外部联合防护结构及施工工艺，通过在对接的两条内衬钢管的焊口外部设置液体涂层，从而使内衬钢管的焊口外部形成涂层防护结构，同时通过在对接的两条内衬钢管的焊口外部设置金属活动性比内衬钢管强的阳极板，使用馈电电缆将内衬钢管和阳极板连接形成内衬钢管的阴极保护结构，从而对内衬钢管的焊口外部实现“涂层+阴极保护”的双重联合防腐蚀保护结构，延长钢管的使用年限；同时采用特定的施工工艺，可以实现在长线路盾构隧洞、狭窄施工空间以及恶劣施工条件下进行外部防腐施工，使内衬钢管的安装成本降低，施工的可靠性提高，液体涂层的厚度可控，涂装效率高。

说明书

技术领域

本发明属于盾构隧洞内钢管安装技术领域，具体涉及一种盾构隧洞内衬钢管焊口外部联合防护结构及施工工艺。

背景技术

随着国内经济建设，城市规模越来越大，其供水和排污水量越来越大，需要的管道直径也越来越粗。一般采用水泥管道，但是水泥管道米重较重、施工缓慢、增加人力和物力的投入，而且水泥管道回收时产生不能二次利用的建筑垃圾。

所以现在逐步采用内衬钢管替代的趋势，比如大型排水管，在水资源配置工程项目施工过程中，盾构隧道内衬钢管进行对接施工时，不仅需要将重量为48t、内径为4800mm、长为12000mm的内衬钢管运输入洞内，还需要在狭小的空间内进行焊接。上述问题已经在众位工程师的同心协力下得到了解决，大体采用盾构机掘进，铺设预制钢筋混凝土管片，根据位置的不同可能布置排水板等。再将内衬钢管打入隧洞，逐个焊接，在内衬钢管内部注料口灌入自密实混凝土。

但是完成上述问题后，又面临新的挑战，相邻两节内衬钢管之间焊接完成后，位于其外部的焊接点裸露在外部，该处容易被腐蚀，影响管道的使用年限，而且盾构管片内径为5400mm，钢管内径为4800mm，钢板厚度为22 mm～26 mm，加劲环高度为120 mm，每段长度为9～12 m，钢管外壁与隧洞内壁理论间隙为154mm，钢管的对接口距离其最近的透气孔为2～4m，受限于该空间和距离，不仅无法进行手工操作，而且常规设备也无法到达。按目前的常规工艺使得内衬钢管焊口外部无法进行有效的防腐措施。

目前国内外也未有针对盾构隧洞长线路、狭窄施工空间以及恶劣施工条件的外部防腐技术。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种盾构隧洞内衬钢管焊口外部联合防护结构，解决盾构隧洞内衬钢管焊口外部无法进行有效防腐的问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种盾构隧洞内衬钢管焊口外部联合防护结构，包括首尾连接的两条内衬钢管，内衬钢管包括钢管基体和涂覆在钢管基体内外壁的防腐蚀涂层，两条内衬钢管焊接，两条内衬钢管的焊口外壁套接有用于对焊缝进行防腐蚀保护的阳极板，所述阳极板内壁两端外沿设有两道密封条，阳极板通过两道密封条与内衬钢管的外壁贴合形成一环绕焊缝外周的注料区间，阳极板上开设有连通注料区间的注料口和用于排出注料区间内气体的排气孔，通过注料口向注料区间内填充液体涂层形成涂层保护结构，所述阳极板的金属活动性比内衬钢管的金属活动性强，所述内衬钢管通过馈电电缆连接阳极板形成内衬钢管焊缝的阴极保护结构。

作为本发明进一步的改进，所述阳极板的外壁设有防腐蚀层。

作为本发明进一步的改进，所述阳极板外侧还设有用于调节阳极板紧固性的紧固机构，所述阳极板的外壁设有向外延伸的两块紧固板，紧固机构与两块紧固板连接，通过调节两块紧固板的距离来调节阳极板的紧固性。

作为本发明进一步的改进，所述紧固装置包括穿过两块紧固板的紧固螺杆、设置在紧固螺杆一端的螺母以及设置在紧固螺杆另一端的棘轮扳手，两块紧固板设置在螺母和棘轮扳手之间。

作为本发明进一步的改进，所述棘轮扳手连接有用于拉动其转动的拉绳，拉绳牵引至内衬钢管内。

作为本发明进一步的改进，所述排气孔中覆盖有筛网，所述筛网的孔径小于液体涂层中材料的颗粒外径。

本发明的另一目的在于提供一种盾构隧洞内衬钢管焊口外部联合防护结构的施工工艺，利用本工艺对内衬钢管的焊口外部实施“涂层+阴极保护”的联合防腐蚀保护安装结构。

一种盾构隧洞内衬钢管焊口外部联合防护结构的施工工艺，包括以下步骤：

步骤一、先将首条内衬钢管送入盾构隧洞内固定；

步骤二、对接前清理焊缝外端的浮锈；

步骤三、将阳极板套接安装在要对接的内衬钢管端部，并在阳极板上安装用于拉动阳极板移动的牵引绳；

步骤四、将馈电电缆一端预先焊接在要对接的内衬钢管上，另一端焊接在阳极板上，此馈电电缆起到外加电流的作用；

步骤五、将要对接的内衬钢管逐渐靠近首条内衬钢管移动进行对接，移动至两条内衬钢管的端部达到一段距离后，将步骤三中预先布置好的牵引绳延伸至首条内衬钢管的内部；

步骤六、继续移动要对接的内衬钢管与首条内衬钢管实现对接，在两条内衬钢管的对接处进行焊接处理；

步骤七、焊接完成后，检查焊接情况，内衬钢管的外壁向外延伸有限位板，通过牵引绳拉动阳极板靠近限位板移动，使用内窥镜或摄像头检查阳极板是否移动到位；

步骤八，步骤七中的阳极板移动位置检查无误后，再将阳极板收缩并使其达到设定的扭矩，使阳极板通过两道密封条与内衬钢管的外壁贴合形成一环绕焊缝外周的注料区间；

步骤九、使用注料机开始通过输料管向注料口内注入涂料，涂料填充满注料区间并在注料区间内形成液体涂层后停止注料，再撤出输料管道和辅助工具。

作为本发明进一步的改进，在步骤九中，使用注料机向注料口内注入涂料之前，检查施工环境温度是否适合涂装，当施工环境温度较低时，使用电加热带在环绕管内侧加热一段时间，使内侧钢管的外侧温度达到涂料流动性最适合的温度后，再向注料口内注入涂料。

作为本发明进一步的改进，在步骤九中，涂料是否充满注料区间的判断方式为：采用探头观察涂料是否从排气孔均匀流出，若涂料从排气孔均匀流出，则涂料充满注料区间；否则涂料未充满注料区间。

本发明的有益效果是：通过在对接的两条内衬钢管的焊口外部设置液体涂层，从而使内衬钢管的焊口外部形成涂层防护结构，同时通过在对接的两条内衬钢管的焊口外部设置金属活动性比内衬钢管强的阳极板，使用馈电电缆将内衬钢管和阳极板连接形成内衬钢管的阴极保护结构，从而对内衬钢管的焊口外部实现“涂层+阴极保护”的双重联合防腐蚀保护结构，延长钢管的使用年限；同时采用特定的施工工艺，可以实现在长线路盾构隧洞、狭窄施工空间以及恶劣施工条件下进行外部防腐施工，使内衬钢管的安装成本降低，施工的可靠性提高，液体涂层的厚度 可控，涂装效率高，且留在盾构隧洞内的零部件少，起到资源循环利用的目的，节省成本。

附图说明

下面结合附图和实施方式对本发明进一步说明：

图1为本实施例注料区间未注入涂料的安装结构示意图；

图2为本实施例注料区间注入涂料后的安装结构示意图；

图3为本实施例紧固机构的安装结构示意图；

图4为本实施例焊口外部的安装结构示意图；

图5为本实施例筛网的安装结构示意图；

图6为图4中Ⅰ部分的放大图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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。

实施例：

如图1至图6所示，本实施例公开了一种盾构隧洞内衬钢管焊口外部联合防护结构，包括首尾连接的两条内衬钢管1，内衬钢管1包括钢管基体11和涂覆在钢管基体11内外壁的防腐蚀涂层12，两条内衬钢管1焊接，两条内衬钢管1的焊口外壁套接有用于对焊缝进行防腐蚀保护的阳极板2，所述阳极板2内壁两端外沿设有两道密封条3，阳极板2通过两道密封条3与内衬钢管1的外壁贴合形成一环绕焊缝外周的注料区间4，阳极板2上开设有连通注料区间4的注料口5和用于排出注料区间4内气体的排气孔6，在本发明中，阳极板2上的注料口5和排气孔6有两种组合方式，1、注料口5在下部，排气孔6在上部，这样的布局方式使涂料能够从底部的注料口5逐渐向上填充，这种布局结构对密封要求较高；2、注料口5在距离阳极板2顶端一段高度的两侧或中间，涂料除了自身输料管的压力外还会有一个外加的重力，使涂料很容易往下部流动。通过注料口5向注料区间4内填充液体涂层7形成涂层保护结构，该液体涂层7的厚度≥1000μm，所述阳极板2的金属活动性比内衬钢管1的金属活动性强，所述内衬钢管1通过馈电电缆8连接阳极板2形成内衬钢管1焊缝的阴极保护结构，在本实施例中，内衬钢管1的外壁设有筋板21，馈电电缆8可以焊接在内衬钢管1的端头或者临近端头的筋板21上，两者具有相同的技术效果，且在馈电电缆的焊接处采用液体涂料修复，外套电工热缩管进行防腐蚀处理。通过在对接的两条内衬钢管1的焊口外部设置液体涂层7，从而使内衬钢管1的焊口外部形成涂层防护结构，同时通过在对接的两条内衬钢管1的焊口外部设置金属活动性比内衬钢管1强的阳极板2，使用馈电电缆8将内衬钢管1和阳极板2连接形成内衬钢管1的阴极保护结构，从而对内衬钢管1的焊口外部实现“涂层+阴极保护”的双重联合防腐蚀保护结构，延长钢管的使用年限。

作为优选的实施方式，为了使阳极板2也得到相应的防腐蚀保护，所述阳极板2的外壁设有防腐蚀层9。在本实施例中，所述阳极板2为锌板，且锌板的厚度为50μm，所述防腐蚀层9为不锈钢板，外侧是熔结环氧粉末的阳极板涂层，厚度＞150um。锌板的金属活动性比内衬钢管1的金属活动性强，通过馈电电缆8将连接后，焊口外部发生电化学腐蚀时，锌板由于其金属活动性较强，因此在电化学反应中作为阳极，而内衬钢管1作为阴极，从而内衬钢管1不会被腐蚀，形成阴极保护结构。

作为优选的实施方式，所述阳极板2外侧还设有用于调节阳极板2紧固性的紧固机构，所述阳极板2的外壁设有向外延伸的两块紧固板10，紧固机构与两块紧固板10连接，通过调节两块紧固板10的距离来调节阳极板2的紧固性。所述紧固装置包括穿过两块紧固板10的紧固螺杆13、设置在紧固螺杆13一端的螺母14以及设置在紧固螺杆13另一端的棘轮扳手15，两块紧固板10设置在螺母14和棘轮扳手15之间。所述棘轮扳手15连接有用于拉动其转动的拉绳16，拉绳16牵引至内衬钢管1内。通过拉动拉绳16使棘轮扳手15转动，不锈钢板收短，密封条3受力收缩，以达到密封的效果，同时可以通过调节不锈钢板的收短长度来调节液体涂层7的厚度。

作为优选的实施方式，为了防止新注入的涂料直接通过排气孔6排出注料区间4，所述排气孔6中覆盖有筛网17，所述筛网17的孔径小于液体涂层7中材料的颗粒外径，该筛网17根据注入的涂料选择特定目数的筛网17，阳极板2上的排气孔6设有若干个，每隔一段距离布置一个排气孔6，在本实施例中，筛网17通过压板22固定到阳极板2上。

为了施工人员更方便实施本发明的盾构隧洞内衬钢管焊口外部联合防护结构，本实施例还公开了一种盾构隧洞内衬钢管焊口外部联合防护结构的施工工艺，包括以下步骤：

步骤一、先将首条内衬钢管送入盾构隧洞内固定，在内衬钢管送入盾构隧洞之前，先在盾构隧洞的内壁预安装内窥镜、摄像头和探头等辅助工具；

步骤二、对接前清理焊缝外端的浮锈，另外，为了使液体涂层7更好的粘附内衬钢管的外壁，在内衬钢管外壁相应涂装液体涂层7的区域进行打毛处理；具体的处理方式为：

①采用高压淡水清理金属结构表面的油污、泥土等杂质；

②有焊缝的构件应用电动工具或手工清除焊瘤、毛刺、棱角等缺陷；

③表面处理过程中，构件表面温度应高于露点3℃以上；

④应采用干法喷（抛）射或高压湿法磨料除锈，除锈等级应达到现行国家标准《涂装前钢材表面锈蚀等级和除锈等级》GB/T 8923中规定的Sa.2½级，锚纹深度应达到30～100μm。也可人工机械除锈达到St3级标准；

⑤表面经喷（抛）射处理后，应用清洁、干燥、无油的压缩空气将金属结构表面的砂粒、尘埃、锈粉等微尘清除干净，表面灰尘度不应超过GB/T18570.3规定的3级；

⑥因天气原因，局部出现闪锈应重新进行表面处理；

步骤三、将阳极板2套接安装在要对接的内衬钢管端部，并在阳极板2上安装用于拉动阳极板2移动的牵引绳18；

步骤四、将馈电电缆8一端预先焊接在要对接的内衬钢管上，另一端焊接在阳极板2上，此馈电电缆8起到外加电流的作用，使被保护的内衬钢管对地保持负电位以到达双重防腐保护作用；

步骤五、将要对接的内衬钢管逐渐靠近首条内衬钢管移动进行对接，移动至两条内衬钢管的端部达到一段距离后，将步骤三中预先布置好的牵引绳18延伸至首条内衬钢管的内部；

步骤六、继续移动要对接的内衬钢管与首条内衬钢管实现对接，在两条内衬钢管的对接处进行焊接处理；

步骤七、焊接完成后，检查焊接情况，内衬钢管的外壁向外延伸有限位板19，通过牵引绳18拉动阳极板2靠近限位板19移动，使用内窥镜或摄像头检查阳极板2是否移动到位；为了便于牵引绳18端部捆绑到阳极板2连接，在阳极板2的端部固定设置拉钩20，牵引绳18一端与拉钩20捆绑固定，另一端牵引至内衬钢管内供施工人员拉动阳极板2移动，为了使阳极板2能够沿中心轴线平移，阳极板2的拉钩20设有三个，三个拉钩20环绕阳极板2外周间隔均匀布置，相应的三个拉钩20分别连接三条牵引绳18，施工人员同时拉动三条牵引绳18时阳极板2沿中心轴线平移。

步骤八，步骤七中的阳极板2移动位置检查无误后，再将阳极板2收缩并使其达到设定的扭矩，使阳极板2通过两道密封条3与内衬钢管的外壁贴合形成一环绕焊缝外周的注料区间4；通过拉绳16牵扯棘轮扳手15，从而带动紧固螺杆13转动使阳极板2收缩，达到设定的扭矩，从而形成密闭的注料区间4，注料区间4的高度即液体涂层7的厚度，可以通过设定达到不同的扭矩值来控制液体涂层7的厚度；

步骤九、使用注料机开始通过输料管向注料口5内注入涂料，涂料填充满注料区间4并在注料区间4内形成液体涂层7后停止注料，通过观察涂料溢出情况，结合注料器减少的重量判断是否注满，再撤出输料管道和辅助工具。本发明留在盾构隧洞内的零部件少，且留在盾构隧洞内的零部件均进行防腐蚀处理，防止金属零部件被腐蚀后体积膨胀，影响浇筑混凝土的质量，同时也起到资源循环利用的目的，节省成本。液体涂料经过一段时间后在注料区间4内固化成膜。

作为优选的实施方式，在步骤九中，使用注料机向注料口5内注入涂料之前，检查施工环境温度是否适合涂装，涂装温度应在5℃～45℃之间，混凝土表面温度高于露点以上3℃，相对湿度小于85%。当施工环境温度较低时，使用电加热带在环绕管内侧加热一段时间，使内侧钢管的外侧温度达到涂料流动性最适合的温度后，再向注料口5内注入涂料。

作为优选的实施方式，在步骤九中，涂料是否充满注料区间4的判断方式为：采用探头观察涂料是否从排气孔6均匀流出，若涂料从排气孔6均匀流出，则涂料充满注料区间4；否则涂料未充满注料区间4。因为排气孔6涂料溢出有延迟性，也可以参照顶部涂料溢出情况来判断，当顶部有涂料溢出时，涂料充满注料区间4。

以上所述仅为本发明的优选实施方式，只要以基本相同手段实现本发明目的的技术方案都属于本发明的保护范围之内。