摘要：安徽省宣城市塘埂头水库（又名红旗水库）修建于20世纪60年代，由于受当时技术和经济条件的限制，泄洪隧洞设计安全标准低，衬砌混凝土施工质量较差。在2007年进行中小型病险水库的除险加固工程中，对该工程的泄洪隧洞的混凝土老化进行了加固处理，解决了各种原因造成的裂缝和表面剥蚀、水质侵蚀、冲磨、气蚀、钢筋锈蚀、混凝土老化质量差等原因导致的泄水建筑物无法正常运行问题。为此，钢衬在该工程的泄洪隧洞加固中得到了很好的应用。
关键词：水工隧洞 钢衬加固 施工技术与应用
1.钢衬施工工艺
泄洪隧洞钢衬施工部位主要为洞身进出口各18m范围内，进口起始位置桩号0+0.30m、出口起始位置桩号0+107.7m。施工前应在进出口分别选择7各断面对隧洞内径进行测量，钢衬外径选用其实测断面内径最小值，为保证过流断面，对局部凸起部需凿除磨平。
钢衬施工前，采取了可靠措施，确保水工隧洞内施工在干地进行。
钢衬水工隧洞加固施工工序：
管壁内表面打磨——修补——钻孔——扩孔——安装自锁锚杆——钢板放样——成型——钻孔——坡边——钢板与管交接表面打磨——安装——焊接——钢板与锚杆塞焊——切除锚杆外漏部分——钢板与混凝土管之间灌ICG-I无机灌注材料至密实——钢衬表面防腐处理——完工验收。
2.钢衬加固材料
（1）钢板
钢板为一级钢（即Q235b），厚度为8mm，相应焊条采用E43型。
（2）锚固胶、锚杆
ICG-I无机灌注材料流动性大、析水率低、可灌性好、自密实性能好，其性能指标见表2.1，扩孔钻头及自锁锚杆性能参数见表3.2和表3.3.
表2.1 ICG-I无机灌注材料主要物理力学性能指标
3.水工隧洞混凝土表面处理
钢衬加固表面处理包括隧洞混凝土粘结面及钢板表面处理，这是最关键的工序，必须认真进行。对于隧洞混凝土表面的新旧程度、坚实程度、干湿程度，分别按以下四种情况处理：
（1）对很旧很脏的混凝土构件的粘结面，先用钢丝刷粘高效洗涤剂，刷除表面油垢等污物，后用冷水冲洗，再进行打磨，除去2~3mm厚表层，直至漏出新面，并用无油压缩空气吹除粉粒。处理后，若表面凹凸不平，采用环氧砂浆修补抹平。
（2）如果混凝土面不是很旧很脏，则直接对粘结面进行打磨，去掉1~2mm厚表层，完全露出新面，用无油压缩空气吹除粉尘或用清水洗干净，待干燥后用丙酮喷洗表面。
为更好地确保粘贴效果，还要进行表面凿毛处理，使混凝土表面粗糙。
施工时按设计要求并结合实际测量情况，确保坚硬的混凝土外露，并形成平整的粗糙面，再用钢丝轮清除表面浮渣，剔除表层疏松物。对于混凝土缺陷部位要用环氧砂浆进行修补，固化后再磨平。最后用压缩空气吹净表面尘粒，并用甲苯或工业丙酮擦拭表面数遍后晾干。
4.自锁锚杆及钢衬安装
自锁锚杆间距600mm，梅花形布置，埋深200mm，外露200mm功丝（定位、安装钢板用）。施工时先按要求对水工隧洞混凝土粘合面处理，然后用钢筋探测仪测出隧洞壁内钢筋的分布情况，确定锚杆孔位置，孔位必须避开钢筋位置，用电锤钻孔，保证孔向准确且孔深达到设计要求，再用吹风机吸出孔内的灰尘，用酒精清洗孔壁，用棉纱擦干净，保持孔内干燥，再注入采用环氧砂浆，将自锁锚杆上植入孔底，用铁锤重击，使锚杆端部张开自锁。为防止水流冲刷钢板使钢板卷起，在钢板加固起止断面，将自锁锚杆沿周边加密布置，其加密后间距为300mm。
钢板沿环向分块，长1~2m，成型后在洞内拼装焊接，纵向拼缝相互错开。钢板安装前，只进行部分自锁锚杆安装，用于与钢板套装定位。钢板结合面处理时，将钢板表面打磨粗糙，打磨纹路与钢板受力方向垂直，根据洞壁的实际尺寸，将钢板弯曲成弧形，保证钢板弧面与洞壁弧面相符，将钢板运至安装部位后，先将底部的孔口与自锁锚杆套装定位，并将其余孔口与锚杆孔口对准，通过松紧螺母调节钢板与隧洞混凝土的间隙，把相邻钢板点焊定位，再进行余下自锁锚杆安装，将钢板与锚杆塞焊焊接，割掉高出钢板平面的锚杆部分，并用角磨机磨平，将相邻钢板之间的环向缝对接焊好并去渣磨平。
5.钢板焊接技术要求
钢板焊接设计和监理要求采用电弧法、硅整流手工焊接或埋弧法焊接，钢板焊接注意事项如下：
（1）所有拟焊面和离焊接边缘至少15mm内钢板面的氧化皮，铁锈、油污或其他杂质都要全部清理干净，每一焊道焊完后其金属表面焊渣都要认真清理干净，检查合格后再焊下一层。
（2）要确保水工隧洞内具备良好的焊接环境。
（3）拼装完毕，经检查装配合格后，方准焊接。
（4）焊接材料规定进行烘焙和保管。焊接时，将焊条放置在专用的保温筒内，随用随取。
（5）为尽量减少变形和收缩应力，在施焊前选定定位焊焊点，焊接顺序从构件受周围约束较大的部位开始焊接，向约束较小的部位推进。
（6）纵缝焊接设引弧和断弧用的助焊板；严禁在母材上引弧和断弧。定位焊的引弧和断弧在坡口内进行。
（7）每条焊缝要一次连续焊完，当因故中断焊接时，要采取防裂措施，在重新焊接前，要将表面清理干净，确认无裂纹后，方可按原工艺继续施焊。
（8）拆除引、断弧助焊板时不得伤及母材，拆除后将残留焊疤打磨修整至与母材表面齐平。
（9）焊接完毕，进行自检。一、二类焊缝自检合格后在焊缝附近用钢印打上工号，并作好记录。
6.钢衬接触灌浆
钢板与水工隧洞混凝土之间灌注ICG-I无机粘结灌注材料至密实，要分区段进行，区段端部必须封堵严密，灌浆压力应根据实际灌浆时进浆情况进行调整，并密切监视钢板的变形及进浆情况，一般选择压力为0.2~0.3Mpa。由下向上压力灌注，通常在其上部设置排气孔。注浆口与排气口的距离一般从下向上每300~600mm一个，交叉分布，逐层注浆，以排气口出浆即可。一个注浆口注满后，要立即用塞子封堵进浆口，使浆液不流失，再接通一次的注浆口，依次灌注，直到顶端排气孔溢浆，封堵后即告完成灌注。当出浆孔溢浆后将其封闭，并继续压注10分钟即可停止灌浆，等固化后方可拆除临时固定夹具。对灌注胶液后钢板的施工质量，可用小锤轻轻进行击打检查，对有空洞的部位进行压力灌注补浆，直到灌注密实为止。
7.钢衬防腐处理
（1）钢板表面处理
钢板表面处理宜用喷砂法，水工隧洞的工作环境要保持空气流畅、干燥，作业人员要做好防尘防护措施。在钢板表面进行喷（抛）射处理前，必须仔细地清楚焊渣、飞溅等附着物，并清洗表面可见的油脂及其他污物。
喷射及抛射处理：喷射处理所用的压缩空气必须经过冷却装置及油水分离器处理，以保证压缩空气的干燥、无油。油水分离器必须定期清理，预处理后的表面不得用手触摸。喷（抛）射处理所用的磨料应清洁、干燥，根据钢板表面原始锈蚀程度、除锈方法和涂装所要求的表面粗糙来选择磨料、粒度；金属磨料粒度选择范围为0.5~1.5mm左右。喷嘴到表面宜保持100~300的距离。喷射方向与表面法线的夹角为15°~30°。喷（抛）处理后，表面清洁度不低于GB8923《涂装前钢材表面锈蚀等级和除锈等级》中的Sa2级，表面粗糙度值应40~100μm。
（2）涂料选择：
防腐涂料按设计要求要具备产品说明书、产品批号、合格证或检验资料；涂料工艺参数包括闪点、比重、固体含量，表干、实干时间，最长和最短的涂覆间隔时间，一道涂层的干、湿膜厚度及理论涂布率等；对钢板表面预处理等级、涂装施工环境的要求等；多组份涂料的混合比及混合后使用时间的指导性说明。底层涂料选用环氧沥青厚浆型防锈底漆，涂层厚度为125μm，面层涂料选用环氧沥青厚浆型防锈面漆，涂层厚度为125μm。
（3）涂装施工：
涂装方法根据涂料的物理性能、工艺参数、施工条件和被涂结构的形状进行选择。
钢衬表面预处理与涂装之间的间隔时间尽可能缩短，涂装作业要在清洁环境中进行，壁面未干的涂层被灰尘等污染。涂层系统各层间的涂覆间隔时间按现场试验确定参数执行，如超过其最长时间间隔，则将前一涂层用粗布打毛后再进行涂装，以保证涂层间的结合力。
8.检验验收
（1）施工前要检查钢衬原材料、自锁锚杆以及灌注材料等产品合格证、产品质量出厂检验报告，各项性能指标要符合要求，并对其进行现场见证取样送检。
（2）严格按照设计及规范要求进行进行各工序隐蔽工程的检查及验收。
（3）在施工过程中，严格执行国家关于环境保护和安全文明施工的法律和法规，编报了各专项工程施工方案。
9.结束语：
该工程由武汉市长江勘测规划设计研究院负责勘测设计，安徽省濉溪县水利工程有限责任公司承建施工，整个施工过程管理与施工严格按照设计及有关规范进行施工管理控制，过程控制良好，施工质量优良；后评价设计创新科学，管理运行到位，社会和经济效益显著。
参考资料
[1].《钢筋混凝土结构外粘钢板加固技术规范》（DB42/203-2000）
[2].《水工建筑物水泥灌浆施工技术规范》（SL62-94）
[3].《涂装前钢材表面锈蚀等级和除锈等级》（GB8923）
[4].《水工金属结构防腐蚀规范》（SL105-95）
论文作者:陈钦安
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第29期
论文发表时间:2018/12/20
标签：钢板论文; 隧洞论文; 表面论文; 混凝土论文; 水工论文; 锚杆论文; 涂装论文; 《建筑学研究前沿》2018年第29期论文;