一种沉井可控下沉施工方法

技术领域

本发明属于土建施工技术领域，具体涉及一种沉井可控下沉施工方法。

背景技术

近年来，随着我国城市人口数量激增，城市土地资源越发紧缺，地铁、综合管廊、地下井筒车库等城市地下空间工程得到了快速发展。沉井作为建造地下工程构筑物或深基础的一种重要手段，与其他方法相比，在工期、造价、安全性等方面都有着明显优势。然而，沉井仅靠自重作用下沉时，常常由于土质过软、地层软硬不均、挖土不规范、受偏压荷载等因素，造成下沉过快、突沉、倾斜和超沉等突发事故，给周边环境的稳定性、人员安全、工程质量带来了不利的后果，后续纠偏等工序产生的工程费用也将大幅度增加。

发明内容

本发明的目的是解决上述问题，提供一种操作方便，制作成本低且姿态可控式沉井施工方法。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种沉井可控下沉施工方法，包括以下步骤：

S1、制作锁口环：首先开挖一个圆形的基坑，在基坑中制作锁口环，锁口环中设有预埋提放设备的提放固定件、钢绞线穿束孔通道和钢绞线导向钢板，锁口环上沿圆周方向设有井壁下放导向轮；

S2、制作刃脚环：在基坑底部将预制好的多块钢刃靴拼装连接成环状，在钢刃靴空间中绑扎刃脚钢筋后浇筑混凝土，完成刃脚环的制作，刃脚环的刃脚上安装倾角仪预埋件；

S3、安装提放设备、卷线筒、泵站和倾角仪：将提放设备安装于锁口环上的提放固定件上，卷线筒及泵站安装在提放设备附近的地面上，倾角仪安装在倾角仪预埋件上；

S4、依次连接卷线筒、提放设备和刃脚：将钢绞线从卷线筒中解开，逐根穿入提放设备，然后提放设备的伸缩端设有钢绞线，钢绞线穿束孔道和锚具相连；

S5、控制沉井下沉：在刃脚环上接沉井的井壁，并在沉井的井壁中沿圆周方向均匀预埋注浆管；沉井的井壁外直径较刃脚的内直径小，井壁与岩土体之间形成泥浆储备槽；在沉井内挖土，并在刃脚环底部的刃脚周围预留土堤层，通过提放设备中的锚具开合以及油缸活塞的伸缩来控制沉井的井壁下沉；

S6、注入触变泥浆：沉井下沉过程中，向井壁壁后的泥浆储备槽中通过预埋的注浆管注入触变泥浆，起到润滑下沉的作用，并通过泥浆压力起到稳定壁后土体的稳定性的作用；

S7、纠偏操作：每次沉井下沉开始前及结束后，都进行纠偏操作，纠偏操作是提放设备根据倾角仪反馈的倾斜数据，通过纠偏算法实现；

S8、沉井下沉至设计标高：重复S5、S6、S7的步骤，直至沉井下沉至设计标高后，向预埋的注浆管中注入水泥浆液，将触变泥浆置换出来；

S9、完成沉井施工：步骤S8中的水泥浆强度达到设计强度后，在沉井内底部施工混凝土封底层及底板，完成沉井的施工。

进一步地，所述步骤S1中锁口环为现浇钢筋混凝土结构，锁口环分为顶板和侧板，顶板在安装有提放设备部分的厚度大于侧板的厚度，钢绞线穿束孔道位于放置提放设备位置的锁口环中，孔道的宽度应保证钢绞线能够通过；钢绞线导向钢板位于锁口环中的钢绞线穿束孔道内为弧形，能够防止钢绞线在下放过程中与混凝土的过度摩擦而导致的破损。

进一步地，所述步骤S1中多个井壁下放导向轮均匀安装在锁口环上，使得井壁在下沉过程中受到提放设备作用力的水平分力均匀，不至于产生水平位移。

进一步地，所述步骤S1中提放固定件的底部设有定位钢板和地脚螺栓，定位钢板与锁口环通过地脚螺栓相连。

进一步地，所述步骤S2中钢刃靴由定型钢板焊接而成，钢刃靴中预留有钢绞线穿束第二孔道和锚槽，锚具位于锚槽内，钢绞线穿束第二孔道转向处为弧形结构，能使钢绞线在此处不产生应力集中，相邻钢刃靴之间由螺栓紧固连接。

进一步地，所述步骤S3中的提放设备的数量为六台，六台提放设备依次编号为1到6号。安装时1号到6号按逆时针方向每隔60°圆心角安装，以1号和6号提放设备提吊点中心连线，设为X轴，指向1号为正向，以2号和3号提放设备提吊点中心连线的平分线为Y轴，指向上方为正向。

进一步地，所述步骤S3中倾角仪数量为三个，相邻倾角仪之间的夹角为120°；安装时倾角仪上的X、Y标识与X轴和Y轴方向重合且正负号方向一致。

进一步地，所述步骤S4中各根钢绞线穿入提放设备的锚具各锚孔顺序为：从左往右，从上往下；各根钢绞线通过钢绞线穿束孔道和钢绞线穿束第二孔道后，穿入锚槽内的锚具，穿入顺序也为从左往右，从上往下。

进一步地，所述步骤S5中沉井井壁采用现场浇筑钢筋混凝土结构完成制作。

进一步地，所述步骤S5中当锚槽内的锚具接触到基坑底部的开挖面时，停止沉井下沉，防止岩土体阻挡锚具向下运动而导致的钢绞线松弛。

本发明的有益效果是：

1、本发明所提供的一种沉井可控下沉施工方法，能够有效预防沉井井壁下沉过快、突沉、超沉等突发问题，施工人员的安全及周边环境的稳定有保障。另外，本发明还可以通过纠偏算法对已经施作的沉井井壁进行精确纠偏，将偏斜角度严格控制在允许范围内，有益于保证沉井施工的质量。

2、本发明中的井壁下放导向轮，能约束沉井井壁的下沉路径，使得沉井下沉完毕后的水平位移控制在允许偏差内。

附图说明

图1是本发明一种沉井可控下沉施工方法的步骤原理图；

图2是本发明沉井平面示意图；

图3是本发明图2中A-A的剖视结构示意图；

图4是本发明图2中B-B的剖视结构示意图；

图5是本发明倾斜仪布置平面示意图；

图6是本发明提放设备的结构示意图；

图7是本发明单块钢刃靴立面图；

图8是本发明单块钢刃靴平面图；

图9是本发明钢刃靴拼装成环示意图。

附图标记说明：1、锁口环；2、提放设备；3、井壁下放导向轮；4、刃脚环；5、卷线筒；6、泵站；7、倾角仪；8、锚具；9、注浆管；10、泥浆储备槽；11、提放固定件；12、钢绞线穿束孔通道；13、钢绞线导向钢板；14、顶板；15、侧板；16、定位钢板；41、倾角仪预埋件；42、钢绞线穿束第二孔道；43、锚槽。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的说明：

如图1到图9所示，本发明提供的一种沉井可控下沉施工方法，包括以下步骤：

S1、制作锁口环1：首先开挖一个圆形的基坑，在基坑中制作锁口环1，锁口环1中设有预埋提放设备2的提放固定件11、钢绞线穿束孔通道12和钢绞线导向钢板13，锁口环1上沿圆周方向设有井壁下放导向轮3。在本实施例中，提放设备为现有成熟技术设备。

步骤S1中锁口环1为现浇钢筋混凝土结构，锁口环1分为顶板14和侧板15，顶板14在安装有提放设备2部分的厚度大于侧板15的厚度，有利于混凝土结构在提放设备作用力下的抗剪切、冲切能力。钢绞线穿束孔道12位于放置提放设备2位置的锁口环1中，孔道的宽度应保证钢绞线能够通过。钢绞线导向钢板13位于锁口环1中的钢绞线穿束孔道12内，且为弧形，能够防止钢绞线在下放过程中与混凝土的过度摩擦而导致的破损，提高了安全性。

步骤S1中多个井壁下放导向轮3均匀安装在锁口环1上，使得井壁在下沉过程中受到提放设备2作用力的水平分力均匀，不至于产生水平位移。步骤S1中提放固定件11的底部设有定位钢板16和地脚螺栓，定位钢板16与锁口环1通过地脚螺栓相连。

S2、制作刃脚环4：在基坑底部将预制好的多块钢刃靴拼装连接成环状，在钢刃靴空间中绑扎刃脚钢筋后浇筑混凝土，完成刃脚环4的制作，刃脚环4的刃脚上安装倾角仪预埋件41。

步骤S2中钢刃靴由定型钢板焊接而成，钢刃靴中预留有钢绞线穿束第二孔道42和锚槽43，锚具8位于锚槽43内，钢绞线穿束第二孔道42转向处为弧形结构，能使钢绞线在此处不产生应力集中，相邻钢刃靴之间由螺栓紧固连接。

S3、安装提放设备2、卷线筒5、泵站6和倾角仪7：将提放设备2安装于锁口环1上的提放固定件上，卷线筒及泵站安装在提放设备附近的地面上，倾角仪安装在倾角仪预埋件上。

泵站6与提放设备2通过管道连通，泵站6和提放设备2均为现有成熟技术设备。提放设备2为液压伸缩设备，泵站6位提放设备2的伸缩运动供油和回油作业。

步骤S3中的提放设备2的数量为六台，六台提放设备2依次编号为1到6号。安装时1号到6号按逆时针方向每隔60°圆心角安装，以1号和6号提放设备提吊点中心连线，设为X轴，指向1号为正向，以2号和3号提放设备提吊点中心连线的平分线为Y轴，指向上方为正向。提放设备2所形成的提吊点数量更多，后续的纠偏作业更加灵活。六台提放设备比起三台提放设备间隔120°的方式布置，六台布置的方式安全冗余度更大。

步骤S3中倾角仪7数量为三个，相邻倾角仪7之间的夹角为120°，安装时倾角仪7上的X、Y标识与X轴和Y轴方向重合且正负号方向一致。

三个倾角仪7能够通过比对各倾角仪7的数据，选用相对准确的其中一个倾角仪7的数据作为纠偏依据。避免了只采用一个或两个倾角仪7，当数据发生异常，而无法察觉的情况。

S4、依次连接卷线筒5、提放设备2和刃脚：将钢绞线从卷线筒5中解开，逐根穿入提放设备2，然后提放设备2的伸缩端设有钢绞线，钢绞线穿束孔道12和锚具8相连。

步骤S4中各根钢绞线穿入提放设备2的锚具8各锚孔顺序为：从左往右，从上往下；各根钢绞线通过钢绞线穿束孔道12和钢绞线穿束第二孔道42后，穿入锚槽43内的锚具8，穿入顺序也为从左往右，从上往下。通过这种穿孔顺序防止钢绞线缠绕，受力不均、卷线筒出线困难等情况。

S5、控制沉井下沉：在刃脚环4上接沉井的井壁，并在沉井的井壁中沿圆周方向均匀预埋注浆管9。井的井壁外直径较刃脚的内直径小，井壁与岩土体之间形成泥浆储备槽10。沉井内挖土，沉井井内挖土首先开挖中央，在刃脚环4底部的刃脚周围预留土堤层。通过提放设备2来控制沉井的井壁下沉。

步骤S5中沉井井壁采用现场浇筑钢筋混凝土结构完成制作。步骤S5中当锚槽43内的锚具8接触到基坑底部的开挖面时，停止沉井下沉，防止岩土体阻挡锚具8向下运动而导致的钢绞线松弛。

S6、注入触变泥浆：沉井下沉过程中，向井壁壁后的泥浆储备槽10中通过预埋的注浆管9注入触变泥浆，起到润滑下沉的作用，并通过泥浆压力起到稳定壁后土体的稳定性的作用，并保持触变泥浆的液面不下降。

S7、纠偏操作：每次沉井下沉开始前及结束后，都进行纠偏操作，纠偏操作是提放设备根据倾角仪7反馈的倾斜数据，通过纠偏算法实现。

步骤S7还包括以下子步骤：

S71、通过倾斜仪测量出沉井井壁在X、Y向的倾斜角度。

S72、根据倾斜角度和各提吊点与X、Y向的相对位置，通过三角函数计算出各提吊点的垂直方向偏差。

S73、根据计算出的各提吊点垂直方向偏差，通过各提放设备进行提升或下放，实现井壁的纠偏。

计算过程为：

沉井的内壁半径设定为r，某时刻倾斜仪X轴角度测量值为θx，Y轴角度测量值为θy。

则1号提放设备的提吊点垂直方向偏差：h

2号提放设备的提吊点垂直方向偏差：h

3号提放设备的提吊点垂直方向偏差：h

4号提放设备的提吊点垂直方向偏差：h

5号提放设备的提吊点垂直方向偏差：h

6号提放设备的提吊点垂直方向偏差：h

其中，“h”表示垂直方向偏差。计算得到各油缸提吊点的垂直方向偏差后，可采用两种方式就行纠偏，分别为下放纠偏方法和提升纠偏方法。下放纠偏方法以六个提吊点中的最低点作为零点，计算其他几个点的相对垂直方向偏差，再通过提放设备将高点下放到零点。下放纠偏方法适用于软土，即刃脚下方土体可以轻易被切削，具备纠偏的下放空间。提升纠偏方法是以最高点作为零点，计算其他几个点的相对垂直方向偏差，再通过提放设备将低点提升到零点。提升纠偏方法适用于采用下放纠偏方法达不到理想纠偏效果的情况，一般在硬质土及软岩中适用。

S8、沉井下沉至设计标高：重复S5、S6、S7的步骤，直至沉井下沉至设计标高后，向预埋的注浆管9中注入水泥浆液，将触变泥浆置换出来。

S9、完成沉井施工：步骤S8中的水泥浆强度达到设计强度后，在沉井内底部施工混凝土封底层及底板，完成沉井的施工。

本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。