富水砂层防流砂涌水工作井及其施工方法

技术领域

本发明涉及建设工程技术领域，尤其是一种富水砂层防流砂涌水工作井及其施工方法。

背景技术

管施工技术近些年在中国得到迅速发展，并广泛应用于地下通道工程和综合管廊工程中。顶管法作为一种不开槽施工方法，其最大优越性在于采用不开槽的暗挖方式，从而避免了作业面对地上建筑物或构筑物的直接影响。目前国内顶管尺寸普遍小于3600mm，多为圆形，大部分地区地质水文条件较好，施工风险较低；但作为一种地下开挖方法，在富水软弱地层中大断面异形顶管施工属于高风险作业，顶管顶进过程中洞门处于持续始发状态，受工程地质、水文、结构尺寸、顶进长度等影响洞门涌水、涌砂风险极大，极易出现水土流失进而造成地面沉降，产生不良的社会影响，此外，也施工中，也常常因为突发事故导致人员伤亡和财产损失，十分影响工程进度。因此特殊地层中顶管施工洞门防突涌技术研究已然成为大断面异形顶管发展的难点、重点和热点问题。

发明内容

为了解决现有技术中的问题，本发明提供一种防水效果好、施工风险低的富水砂层防流砂涌水工作井，该工作井结构包括地下连续墙以及设置在地下连续墙进出口侧设置的格栅水泥土墙，所述地下连续墙包括由钢筋制成的钢筋笼以及浇筑在钢筋笼中的混凝土，所述钢筋笼内侧周向布置有预埋钢圈与预埋螺栓，所述地下连续墙内侧设有环形防水圈，所述环形防水圈与预埋钢圈之间设有遇水膨胀橡胶，且环形防水圈通过钢压板、预埋螺栓与预埋钢圈固定，所述环形防水圈采用弹性材料制成，且环形防水圈内径小于顶管外径，以使得环形防水圈紧贴顶管并沿顶管前进方向变形，该技术方案中环形防水圈采用弹性材料制成，且其内径小于顶管外径，顶管进出时环形防水圈通过挤压力伸张环形防水圈，并带动环形防水圈向顶管前进方向变形，由于环形防水圈密贴顶管，可防止地下水沿着顶管与洞口之间的间隙渗入工作井中；用钢压板和遇水膨胀橡胶将环形防水圈安装固定在预埋钢圈上，具有较好的防水效果并且十分牢固。

作为优选方案的，所述格栅水泥土墙采用多层栅格式，且水泥土墙至少部分紧贴布置在地下连续墙外壁上部；该技术方案中的设置方式一方面可以对洞口土体进行大范围的加固，并且具有较好的防水效果，防止周围地下水深入顶管进出洞口。

作为优选方案的，所述格栅水泥土墙紧贴地下连续墙的一层插设有一字型钢板桩；本技术方案中为破洞后和顶管进出洞前提供支护能力和止水，进出洞施工时拔出一字型钢板桩。

作为优选方案的，所述格栅水泥土墙靠近工作井进出口侧布置有多根注浆管；本技术方案中设注浆管，可在洞口漏水时进行注浆封堵。

作为优选方案的，该工作井洞口处呈正方形布置有玻璃纤维筋与泡沫混凝土，防止损伤预埋钢圈与预埋螺栓，所述玻璃纤维筋两端与地下连续墙的钢筋搭接设置，本技术方案的玻璃纤维筋和泡沫混凝土易于人工破碎，可防止破洞时损伤预埋钢圈和预埋螺栓。

作为优选方案的，所述预埋钢圈与预埋螺栓采用塑料膜包裹保护，避免预埋件损伤，且方便在破洞口清理洞口以及预埋件。

作为优选方案的，所述预埋钢圈的横断面呈L形，固定环形防水圈的效果更好。

作为优选方案的，所述的注浆管为包裹滤布的钢管，且钢管上设有注浆孔。

本发明还提供了一种富水砂层防流砂涌水工作井的施工方法，包括以下步骤：

S1施工格栅水泥土墙：在工作井的顶管进出洞一侧采用水泥土搅拌桩机打设格栅水泥土墙，格栅水泥土墙为多层水泥土墙结构，并且局部包围工作井地下连续墙，格栅水泥土墙的深度超出工作井洞口一定深度；

S2安装一字型钢板桩和注浆管：在格栅水泥土墙贴近工作井的一层墙中插入一字型钢板桩，一字型钢板桩之间通过锁扣搭接形成一帷幕，且一字型钢板桩的插入深度超出洞口一定深度；在一字型钢板桩和地下连续墙之间洞口的两侧插入多根注浆管，注浆管插入深度超出洞口一定深度；注浆管为包裹滤布的钢管，在洞口深度范围内的钢管上打满小孔作为注浆孔。

S3绑扎地下连续墙钢筋笼：在顶管进出洞位置采用玻璃纤维筋，玻璃纤维筋两端与钢筋搭接，并用U型卡固定；在顶管进出洞位置的地下连续墙钢筋笼内焊接固定预埋钢圈和预埋螺栓，且预埋钢圈和预埋螺栓表面用塑料薄膜包裹。

S4浇筑地下连续墙：用成槽机进行地下连续墙成槽作业，成槽后下放钢筋笼，然后浇筑混凝土；洞口所在槽幅混凝土浇筑时首先浇筑混凝土，然后在洞口区域浇筑泡沫混凝土，最后再浇筑混凝土。

S5工作井开挖：待地下连续墙混凝土达到设计强度后开挖工作井至设计高程，然后封底。

S6人工破除洞口：顶管进洞之前首先人工破除洞口处泡沫混凝土，破除泡沫混凝土时注意保护预埋钢圈和预埋螺栓，揭掉保护薄膜并清理预埋钢圈和预埋螺栓表面。

S7安装环形防水圈：首先在预埋钢圈上安装一层遇水膨胀橡胶，然后安装环形防水圈，再安装一层钢压板，通过预埋螺栓固定。

S8破洞后如果出现漏水、涌砂情况，利用注浆管进行注浆加固。

S9顶管进洞：拔出一字型钢板桩，利用注浆管注浆加固拔除钢板桩引起的水泥土墙损伤,顶管从洞口进入钻进或者从反方向出洞，从环形防水圈中心穿出，带动环形防水圈发生变形起到防水作用；采取上述施工方法，降低了施工风险，避免出现涌水、涌砂的现象，且节省了施工时间。

附图说明

图1为本发明结构平面图。

图2为本发明剖面图。

图3为环形防水圈安装的结构示意图。

图4为本发明结构立面图。

其中，1、地下连续墙；2、格栅水泥土墙；3、钢筋；4、混凝土；5、预埋钢圈；6、预埋螺栓；7、环形防水圈；8、遇水膨胀橡胶；9、钢压板；10、顶管；11、一字型钢板桩；12、注浆管；13、洞口；14、玻璃纤维筋；15、泡沫混凝土。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的方法或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”、“固持”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内段的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用以限定本发明。

如图1至图4所示，本发明实施例提供了一种防水效果好、施工风险低的富水砂层防流砂涌水工作井，该工作井结构包括地下连续墙1以及设置在地下连续墙1进出口侧设置的格栅水泥土墙2，所述地下连续墙1包括由钢筋3制成的钢筋笼以及浇筑在钢筋笼中的混凝土4，所述钢筋笼内侧周向布置有预埋钢圈5与预埋螺栓6，所述地下连续墙1内侧设有环形防水圈7，所述环形防水圈7与预埋钢圈5之间设有遇水膨胀橡胶8，且环形防水圈7通过钢压板9、预埋螺栓6与预埋钢圈5固定，所述环形防水圈7采用弹性材料制成，且环形防水圈7内径小于顶管10外径，以使得环形防水圈7紧贴顶管10并沿顶管10前进方向变形，该技术方案中环形防水圈7采用弹性材料制成，且其内径小于顶管10外径，顶管10进出时环形防水圈7通过挤压力伸张环形防水圈7，并带动环形防水圈7向顶管10前进方向变形，由于环形防水圈7密贴顶管10，可防止地下水沿着顶管10与洞口13之间的间隙渗入工作井中；用钢压板9和遇水膨胀橡胶8将环形防水圈7安装固定在预埋钢圈5上，具有较好的防水效果并且十分牢固。

在一些具体的实施例中，如图1与图2所示，所述格栅水泥土墙2采用多层栅格式，且水泥土墙至少部分紧贴布置在地下连续墙1外壁上部；该技术方案中的设置方式一方面可以对洞口13土体进行大范围的加固，并且具有较好的防水效果，防止周围地下水深入顶管10进出洞口13。

在另一些具体的实施例中，如图1与图2所示，所述格栅水泥土墙2紧贴地下连续墙1的一层插设有一字型钢板桩11；本技术方案中为破洞后和顶管10进出洞前提供支护能力和止水，进出洞施工时拔出一字型钢板桩11即可。

进一步优选的，所述格栅水泥土墙2靠近工作井进出口侧布置有多根注浆管12；本技术方案中设注浆管12，可在洞口13漏水时进行注浆封堵，请参照图1。

进一步地，该工作井洞口13处呈正方形布置有玻璃纤维筋14与泡沫混凝土15，防止损伤预埋钢圈5与预埋螺栓6，所述玻璃纤维筋14两端与地下连续墙1的钢筋3搭接设置，本技术方案的玻璃纤维筋14和泡沫混凝土15易于人工破碎，可防止破洞时损伤预埋钢圈5和预埋螺栓6，具体请参照图2。

进一步地，所述预埋钢圈5与预埋螺栓6采用塑料膜包裹保护，避免预埋件损伤，且方便在破洞口13清理洞口13以及预埋件。

进一步地，如图3所示，所述预埋钢圈5的横断面呈L形，固定环形防水圈7的效果更好。

进一步地，所述的注浆管12为包裹滤布的钢管，且钢管上设有注浆孔。

一种富水砂层防流砂涌水工作井的施工方法，包括以下步骤：

S1施工格栅水泥土墙2：在工作井的顶管10进出洞一侧采用水泥土搅拌桩机打设格栅水泥土墙2，格栅水泥土墙2为多层水泥土墙结构，并且局部包围工作井地下连续墙1，格栅水泥土墙2的深度超出工作井洞口13一定深度；

S2安装一字型钢板桩11和注浆管12：在格栅水泥土墙2贴近工作井的一层墙中插入一字型钢板桩11，一字型钢板桩11之间通过锁扣搭接形成一帷幕，且一字型钢板桩11的插入深度超出洞口13一定深度；在一字型钢板桩11和地下连续墙1之间洞口13的两侧插入多根注浆管12，注浆管12插入深度超出洞口13一定深度；注浆管12为包裹滤布的钢管，在洞口13深度范围内的钢管上打满小孔作为注浆孔。

S3绑扎地下连续墙钢筋笼：在顶管10进出洞位置采用玻璃纤维筋14，玻璃纤维筋14两端与钢筋3搭接，并用U型卡固定；在顶管10进出洞位置的地下连续墙1钢筋3笼内焊接固定预埋钢圈5和预埋螺栓6，且预埋钢圈5和预埋螺栓6表面用塑料薄膜包裹。

S4浇筑地下连续墙1：用成槽机进行地下连续墙1成槽作业，成槽后下放钢筋3笼，然后浇筑混凝土4；洞口13所在槽幅混凝土4浇筑时首先浇筑混凝土4，然后在洞口13区域浇筑泡沫混凝土15，最后再浇筑混凝土4。

S5工作井开挖：待地下连续墙1混凝土4达到设计强度后开挖工作井至设计高程，然后封底。

S6人工破除洞口13：顶管10进洞之前首先人工破除洞口13处泡沫混凝土15，破除泡沫混凝土15时注意保护预埋钢圈5和预埋螺栓6，揭掉保护薄膜并清理预埋钢圈5和预埋螺栓6表面。

S7安装环形防水圈7：首先在预埋钢圈5上安装一层遇水膨胀橡胶8，然后安装环形防水圈7，再安装一层钢压板9，通过预埋螺栓6固定。

S8破洞后如果出现漏水、涌砂情况，利用注浆管12进行注浆加固。

S9顶管10进洞：拔出一字型钢板桩11，利用注浆管12注浆加固拔除钢板桩引起的水泥土墙损伤,顶管10从洞口13进入钻进或者从反方向出洞，从环形防水圈7中心穿出，带动环形防水圈7发生变形起到防水作用；采取上述施工方法，降低了施工风险，避免出现涌水、涌砂的现象，且节省了施工时间。

应当指出，以上实施例仅是本发明的代表性例子。本发明还可以有许多变形。凡是依据本发明的实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均应认为属于本发明的保护范围。