用于周围赋存高压气体的水下管廊气体泄漏的带压封堵复合结构及封堵方法与流程

本发明属于水下管廊泄漏封堵技术领域，涉及一种用于周围赋存高压气体的水下管廊气体泄漏的带压封堵复合结构及封堵方法。

背景技术：

近年来随着我国基础设施领域的蓬勃发展，过海/过江隧道由于能解决跨江交通困难、缓解城市交通压力、利于城市之间交流、且能降低施工影响、减少对航运影响、便于维护等优点，在我国交通建设工程中得到了较大的发展应用。然而江/海底地质条件复杂多变，特别是部分江底为富含高压有害气体的软土层，会对隧道结构安全有着显著的影响，由于地层中的有害气体难以完全清除，隧道结构周围会分布大小不一且压力较高的气囊，若气囊破裂，软土体变形，会导致地层不均匀沉降，可能导致管片开裂、接缝处张开，此时甲烷等有害气体会通过裂缝、管节等部位进入隧道，极有可能引发爆炸等重大事故。虽然隧道内部设有智能监测报警和排气等安全装置，但仍需要对泄漏处进行及时封堵和加固处理，而甲烷等属于易燃易爆有毒气体，必须采用无明火且不会散发高温的方式进行及时带压封堵。由于泄漏处可能没有预留注浆孔，因此无法使用钻孔注浆的方式进行封堵，加上泄漏处气体的压力一般都在1mpa以上，常规的液体类修补材料即使固化较快，也会在注入泄漏位置后被冲散，因此很难对其进行有效封堵。并且由于隧道内部管片不能更换，在封堵之后还需要在开裂处对结构进行补强，确保隧道的长期结构安全。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种用于周围赋存高压气体的水下管廊气体泄漏的带压封堵复合结构及其封堵方法，所用材料厚度薄，自重轻，柔韧性较好，形状尺寸可自行裁剪选择，各层之间粘结良好，耐久性优异，保证水下结构安全，操作简单，施工快。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明提供一种用于周围赋存高压气体的水下管廊气体泄漏的带压封堵复合结构，该复合结构包括以水下管廊内壁为基底从内到外依次粘贴多层压敏胶带、多层纤维胶带和浸润浸渍胶的碳纤维布形成的防气层、增强层和加固层；所述防气层的厚度不小于0.15mm，里层压敏胶带两侧分别超过水下管廊泄漏部位两侧各0.1～0.5m，上层压敏胶带两侧逐层加宽0.05～0.1m；所述增强层的厚度不小于1.5～2mm，里层纤维胶带两侧分别超过外层压敏胶带两侧各0.1～0.5m，上层纤维胶带两侧逐层加宽0.05～0.1m；所述加固层的厚度不小于1.2mm，浸润浸渍胶的碳纤维布两侧分别超过外层纤维胶带两侧各0.05～1m且绕水下管廊内壁一周。

进一步地，所述压敏胶带的拉伸强度不小于3mpa，拉伸率不小于350％。

进一步地，所述纤维胶带的拉伸强度不小于200mpa，拉伸率不小于1％。

进一步地，所述浸润浸渍胶的碳纤维布的拉伸强度不小于3400mpa，弹性模量不小于2.4×10⁵mpa，拉伸率不小于1.7％。

本发明还提供基于上述的一种用于周围赋存高压气体的水下管廊气体泄漏的带压封堵复合结构的水下管廊气体泄漏带压封堵方法，包括以下步骤：

1)基底处理：对水下管廊泄漏部位左右各1m范围内的管片内壁进行清理，除去浮浆、油污，或使用脱脂棉蘸丙酮擦拭2-3遍；

2)粘贴压敏胶带：在水下管廊泄漏部位粘贴多层压敏胶带形成防气层，粘贴时用力按压，使其与管片紧密贴合，里层压敏胶带两侧分别超过水下管廊泄漏部位两侧各0.1～0.5m，上层压敏胶带两侧逐层加宽0.1～0.2m；

3)粘贴纤维胶带：在防气层上粘贴纤维胶带形成增强层，粘贴时用力按压，使其与压敏胶带紧密贴合，里层纤维胶带两侧分别超过外层压敏胶带两侧各0.1～0.5m，上层纤维胶带两侧逐层加宽0.1～0.2m；

4)粘贴碳纤维布：在碳纤维布上涂刷浸渍胶，使浸渍胶完全浸润碳纤维布，将浸润后的碳纤维布粘贴在增强层上形成加固层，浸润浸渍胶的碳纤维布两侧分别超过外层纤维胶带两侧各0.05～1m且绕水下管廊内壁一周。

相比现有技术，本发明的有益效果在于：

采用本发明该复合结构进行水下管廊气体泄露封堵，所用材料厚度薄，自重轻，柔韧性较好，形状尺寸可自行裁剪选择，各层之间粘结良好，耐久性优异，保证水下结构安全；操作简单，施工快，施工过程不会产生明火、高温等不良影响，不会对结构本身产生影响，尤其适用应急抢险。

附图说明

图1为水下管廊气体泄漏部位带压封堵后断面展开的示意图。

附图中标号：1为管片，2为接缝处，3为防气层，4为增强层，5为加固层。

具体实施方式

以下实施例用于说明本发明，但不用来限定本发明的保护范围。若未特别指明，实施例中所用技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段。下述实施例中的试验方法，如无特别说明，均为常规方法。

在封堵时，作为防气层3的压敏胶带采用3m公司生产的型号为3015#特种胶带，气密性好，拉伸强度为5mpa，拉伸率为472.96％，特点如下：①柔软性好，细观角度下混凝土基管廊表面凹凸不平，因此选择柔软性较好的胶带能与混凝土管廊紧密贴合；②胶带表面粘结胶层浸润性好，能渗入基材内部孔隙进而提高粘结强度；③与混凝土基粘结强度高；④抗拉强度高，且延展性好；④胶带本身为闭孔结构，能有效阻隔气体进一步渗漏；⑤生效快，撕开即可使用，无固化时间。

增强层4的纤维胶带采用3m公司生产的型号为898#号胶带，拉伸强度为260mpa，伸长率为1.80％。

加固层5的碳纤维布和浸渍胶均采用广州德政行建筑科技有限公司生产的产品，纤维布型号为dzh20，浸渍胶型号为dzh101。碳纤维布与配套浸渍胶复合后力学性能优异，拉伸强度超过3400mpa，受拉弹性模量为2.41×10⁵mpa，拉伸率为1.70％，其抗拉强度是钢板的十倍，且自重轻，几乎不增加结构荷载；弹性好，能灵活应用于抗弯、抗剪和封闭箍加固；可任意裁剪搭接方便，易于交叉，能在狭小的空间操作；柔韧性好，适用于各种形状构件表面；耐酸碱盐腐蚀，不需定期维护。

由于首次将以上材料用于管廊泄露部位的带压封堵，故对压敏胶带、压敏胶带复合纤维胶带的气密性进行测试。测试系统采用混凝土气体渗透率测试系统(zl201020047017.x)，该测试系统以甲烷为渗透介质测量材料的渗透系数，其原理为：将圆柱形或圆片形试件侧面密封，两个端面施加稳定的气压，通过记录两端面压力差作用下气体流量推算材料的气体渗透系数。所用试件尺寸为直径50mm。试件的气密性实验结果如表1所示。

表1试件气密性试验测量结果

从表1中可以看出，在不同渗透压下，2种材料的表观气体渗透率均为0，计算得到材料的固有气体渗透率均为0，表明上述材料对于甲烷的气密性良好，可以用于水下管廊气体泄露的带压封堵。

实施例一

某过江隧道采用水下盾构法修建，盾构衬砌管片为c60钢筋混凝土，抗渗等级p12，内径5.4m，外径6.5m，管片1厚0.55m，采用错缝拼装，环缝及纵缝采用斜螺栓连接，接缝处2外侧采用弹性密封垫加遇水膨胀止水条，内侧采用弹性密封垫止水。经地质勘探发现该管廊在修建时穿越了江底的富含高压气体软土地层。该地层分布有不同大小气囊，气囊内部为易燃易爆的沼气。由于管片1上的接缝处2无法保证完全的气密性，该隧道在长期运行过程中，管片1附近土体内的气囊破裂，气囊内沼气向隧道内部泄漏，使接缝处产生0.1mm裂缝，经检测该处气体泄漏压力超过1mpa以上，虽然隧道内部安装有智能报警系统和排气系统，但为防止发生次生爆炸中毒等危害，仍需要立即进行封堵。因为该处没有预留注浆孔无法注浆封堵，而常规的封堵方式难以奏效，因此使用该技术进行带压封堵。

该隧道管廊气体泄漏带压封堵方法采用以下步骤：

1)基底处理：对水下管廊泄漏部位左右各1m范围内的管片1内壁进行清理，除去浮浆、油污，或使用脱脂棉蘸丙酮擦拭2-3遍。

2)粘贴压敏胶带：在水下管廊泄漏部位粘贴一层3015#特种胶带形成防气层3，粘贴时用力按压，使其与管片1紧密贴合，3015#特种胶带宽度20cm、两侧分别超过水下管廊泄漏部位两侧各10cm。

3)粘贴纤维胶带：在防气层3上粘贴一层898#号胶带形成增强层4，粘贴时用力按压，使其与压敏胶带紧密贴合，898#号胶带宽度40cm、两侧分别超过压敏胶带两侧各10cm。

4)粘贴碳纤维布(frp)：在dzh20型碳纤维布上涂刷dzh101型浸渍胶，使浸渍胶完全浸润碳纤维布，将浸润后的碳纤维布粘贴在增强层4上形成加固层5，纤维布宽度50cm、两侧分别超过纤维胶带两侧各5cm且绕水下管廊内壁一周。

实施例二

某穿江地铁盾构隧道内径5.5m，外径6.2m，采用c50、p12预制防水钢筋混凝土管片进行隧道衬砌，管片环由块标准块+构成，采用高强螺栓进行管片块连接，采用错缝拼装方式连接环与环。在长期运行过程中，隧道发生不均匀沉降，导致管片1出现宽0.2mm环向裂缝，管片1附近土层中包裹的气体随着土体的沉降逐渐运移至接缝处2，然后从接缝处2向隧道内泄漏，经测试发现气体为甲烷，泄漏压力为0.75mpa，因此采用本发明复合结构对其进行带压封堵。

该隧道管廊气体泄漏带压封堵方法采用以下步骤：

1)基底处理：对水下管廊泄漏部位左右各1m范围内的管片1内壁进行清理，除去浮浆、油污，或使用脱脂棉蘸丙酮擦拭2-3遍。

2)粘贴压敏胶带：在水下管廊泄漏部位粘贴二层3015#特种胶带形成防气层3，粘贴时用力按压，使其与管片1紧密贴合，里层3015#特种胶带宽度20cm、胶带两侧分别超过水下管廊泄漏部位两侧各10cm，上层胶带两侧各加宽5cm。

3)粘贴纤维胶带：在防气层3上粘贴二层898#号胶带形成增强层4，粘贴时用力按压，使其与压敏胶带紧密贴合，里层898#号胶带宽度50cm、胶带两侧分别超过外层压敏胶带两侧各10cm，上层胶带两侧各加宽5cm。

4)粘贴碳纤维布(frp)：在dzh20型碳纤维布上涂刷dzh101型浸渍胶，使浸渍胶完全浸润碳纤维布，将浸润后的碳纤维布粘贴在增强层4上形成加固层5，纤维布宽度70cm、两侧分别超过外层纤维胶带两侧各5cm且绕水下管廊内壁一周。

采用该复合结构进行水下管廊气体泄露封堵，所用材料厚度薄，自重轻，柔韧性较好，形状尺寸可自行裁剪选择，各层之间粘结良好，耐久性优异，保证结构安全；操作简单，施工快，施工过程不会产生明火、高温等不良影响，不会对结构本身产生影响，尤其适用应急抢险。

以上所述之实施例，只是本发明的较佳实施例而已，仅仅用以解释本发明，并非限制本发明实施范围，对于本技术领域的技术人员来说，当然可根据本说明书中所公开的技术内容，通过置换或改变的方式轻易做出其它的实施方式，故凡在本发明的原理上所作的变化和改进等，均应包括于本发明申请专利范围内。