竖井施工方法与流程

本发明属于基坑工程施工技术领域，适用于超深大直径竖井工程施工，主要涉及一种竖井施工方法。

背景技术：

竖井被广泛应用于基坑工程中，对于深度较深直径较大的竖井的施工仍然面临一些问题，一方面是，现有技术中对超深大直径竖井开挖的工期较长，施工成本高；另一方面，是地下水对竖井开挖的影响，以及对竖井结构强度的影响；再者，随着竖井深度的增加，竖井底部所受到地下水的浮力会不断增大，在一定程度上回影响到竖井的稳定性。另外，竖井的排水开挖施工对周边环境影响较大，特别是对于超深大直径竖井的排水施工，降水量大，周边环境影响更突出，施工风险大。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种竖井施工方法，以解决竖井施工工期长，竖井结构不稳定的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供一种竖井施工方法，包括以下步骤：

s1：形成地下连续墙；

s2：对地下连续墙内侧的土体开挖，形成具有一定深度的基坑；

s3：向基坑内注水，对地下连续墙内侧的其余土体实施水中开挖，使基坑的深度增加并达到预定深度；

s4：将预制的钢套箱移至基坑上，并利用水的浮力在基坑内逐步下沉一定深度，并在逐步下沉的过程中对钢套箱逐节接高；

s5：当钢套箱达到预定高度后，停止对钢套箱逐节接高，并在钢套箱上设置围护挡水部件，以防止基坑内的水流入钢套箱内，然后继续下沉钢套箱至基坑底部；

s6：填充钢套箱与地下连续墙之间的间隙，拆除围护挡水部件，继续对钢套箱接高至地表，并排出钢套箱的水。

可选的，所述钢套箱包括底板结构和连接在所述底板结构上的部分内衬墙，所述钢套箱在地下连续墙外侧预制，并通过牵引滑移方式至基坑上；所述对钢套箱逐节接高为对所述部分内衬墙逐节接高。

可选的，在s6中，所述继续对钢套箱接高至地表的过程包括：对已形成的内衬墙接高，并在接高过程中将内衬墙与地下连续墙浇筑在一起。

可选的，在s4或s5中，当基坑内水的浮力增大而导致钢套箱难以下沉时，通过向钢套箱内注水辅助钢套箱下沉。

可选的，在s4中，将预制的钢套箱移至基坑上后，在钢套箱周围的地面上设置若干牵引装置和若干千斤顶装置，所设置的若干牵引装置和若干千斤顶装置连接钢套箱，钢套箱在若干牵引装置和若干千斤顶装置的牵制和支撑下利用竖井内水的浮力逐步下沉。

可选的，在s6中，所述浇筑钢套箱与地下连续墙之间的间隙包括：先用c15混凝土浇筑至预定位置，然后用c35混凝土浇筑剩余部分的间隙。

可选的，在所述s2之后和所述s3之前还包括步骤：在已开挖的地下连续墙内壁上浇筑预定厚度的支撑单元。

可选的，在所述s3之后和所述s4之前还包括步骤：清理基坑侧壁的附着物以及检查并修正基坑底部的平整度。

可选的，所述地下连续墙为钢筋混凝土结构，所述钢筋混凝土结构的施工方法包括以下步骤：

用成槽机或铣槽机对地下连续墙所在槽段位置进行铣槽或成槽施工；

将钢筋笼依次吊入槽中，浇筑混凝土形成地下连续墙。

可选的，在所述s1之后和所述s2之前还包括步骤：在所述地下连续墙顶部形成顶圆梁，并使所述顶圆梁和所述地下连续墙固定。

可选的，在所述s2中，利用多台挖掘机结合吊机对地下连续墙内的土体开挖一定的深度。

可选的，在所述s3中，利用冲抓钻或液压变径钻机对地下连续墙内的其余土体实施水中开挖。

可选的，在所述s1之后和所述s2之前还包括步骤：对地下连续墙进行基底加固，形成基底加固层，所述基坑底部为基底加固层所在位置。

在本发明提供的竖井施工方法具备以下有益效果：采用预制的钢套箱做为竖井的底板结构和内衬墙结构，使其竖井结构强度得到保障，另外，钢套箱可以和竖井前期开挖同步实施，可节约大量工期，解决成本；进一步，竖井内衬墙分在两个阶段形成，并形成上下两部分不同的结构，上部分内衬墙与地下连续墙直接浇筑在一起，大大提高了竖井整体结构的的稳定性和抗浮能力；进一步，利用注水辅助钢套箱下沉的方式，实现了钢套箱的稳定可控下沉；更进一步的，采用水中开挖和浅层干开挖结合的方式，即可以减小对周边环境的影响，又合理的缩短了工期。

附图说明

图1是本申请一实施例的竖井施工方法的流程图；

图2是本申请一实施例竖井施工地下连续墙和基底加固层后的示意图；

图3是本申请一实施例对竖井浅层开挖的示意图；

图4是本申请一实施例竖井浅层开挖结束，并往竖井内注水的示意图；

图5是本申请一实施例竖井在水中开挖的示意图；

图6是本申请一实施例竖井水中开挖至预定位置后，利用机器人检查竖井平整度的示意图；

图7是本申请一实施例将预制的钢套箱移动到竖井上的示意图；

图8是本申请一实施例钢套箱利用牵引装置及水的浮力下沉的示意图；

图9是本申请一实施例钢套箱下沉到预定位置后，在内衬墙上设置围护挡水部件的示意图；

图10是本申请一实施例钢套箱下沉到基底加固层的示意图；

图11是本申请一实施例浇筑钢套箱与地下连续墙之间缝隙的示意图；

图12是本申请一实施例拆除围护挡水部件的示意图；

图13是本申请一实施例内衬墙接高至竖井顶部，并抽出钢套箱的水的示意图；

图中：1-地下连续墙；11-槽壁加固层；2-基底加固层；3-支撑单元；4-水下机器人；51-挖掘机；52-吊机；6-引水管；71-液压变径钻机；72-水土分离设备；81-底板结构；82-内衬墙；83-围护挡水部件；84-自密实混凝土结构；85-上部内衬墙；86-连接件；9-牵引装置。

具体实施方式

本申请的核心思想在于：采用预制的钢套箱结构做为竖井的底板和内衬墙，以提高底板和内衬墙的结构强度，并对内衬墙在不同阶段逐步接高，以改变内衬墙的结构，提高竖井的抗浮能力；并采用水中开挖的方式，减小对周边环境的影响。

以下结合附图和具体实施例对本发明提出的竖井施工方法作进一步详细说明。根据权利要求书和下面说明，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

参阅图1，其示出的是本实施例的竖井施工方法流程图，主要包括以下步骤：

s1：形成地下连续墙；

s2：对地下连续墙内侧的土体开挖，形成具有一定深度的基坑；

s3：向基坑内注水，对地下连续墙内侧的其余土体实施水中开挖，使基坑的深度增加并达到预定深度；

s4：将预制的钢套箱移至基坑上，并利用水的浮力在基坑内逐步下沉一定深度，并在逐步下沉的过程中对钢套箱逐节接高；

s5：当钢套箱达到预定高度后，停止对钢套箱逐节接高，并在钢套箱上设置围护挡水部件，以防止基坑内的水流入钢套箱内，然后继续下沉钢套箱至基坑底部；

s6：填充钢套箱与地下连续墙之间的间隙，拆除围护挡水部件，继续对钢套箱接高至地表，并排出钢套箱的水。

其中，预制的钢套箱包括底板结构和连接在所述底板结构上的部分内衬墙，钢套箱在地下连续墙外侧制作，并通过牵引滑移方式至基坑上，钢套箱可以在基坑形成前的任意时间内制作，例如，在s1过程中就开始制作，以保证钢套型具有足够的养护时间。钢套箱采用钢筋混凝土结构，所以需要一定的保养时间，在地面上预制钢套箱的好处的钢套箱的结构强度有保障，相比水下浇筑，其稳定性更好。为了便于将预制的钢套箱移动到竖井内，钢套箱可以在具有导轨的桁架上制作，当钢套箱的结构强度符合要求时，牵动钢套箱移动至竖井上部，然后可在地面上设置若干液压装置以及牵引装置，液压装置以及牵引装置均连接在钢套箱上，以承托或牵制钢套箱。

较佳的，在所述s1之后和所述s2之前还包括：对地下连续墙进行基底加固，并形成基底加固层。基底加固是为了对竖井底部一定程度上的封闭止水，并提高地下连续墙的稳定性。

在s2中对地下连续墙内侧土体开挖可利用多台挖掘机结合吊机施工，这里的一定深度，可为一个预设深度，也可以为本领域技术人员根据实际情况而定的深度，所以不对其具体数值做限定，在初始阶段利用挖掘机开挖主要是因为竖井浅层没有地下水，而不同地理环境的地下水深度又各有不同，所以，本领域技术人员可以以出现地下水为界，当地下连续墙内出现地下水时，停止开挖，改为水中开挖。当然，也可根据实际情况和设计要求，多开挖或少开挖一定的深度。所以这里所述的“对地下连续墙内侧的土体开挖一定的深度”，本领域技术人员可以很容易的理解出，这里的“一定的深度”并非一个固定值，而是可以根据实际施工状况和设计要求而定。这一过程的开挖采用干开挖(直接用挖掘机挖土)，其优点是施工较快，不用做水土分离工作，其挖土效率比水中开挖高。

竖井在水中开挖可避免降水施工，更重要的是减小了对周边环境的影响。在本实施例中可以利用冲抓钻或液压变径钻机对地下连续墙内其余土体实施水中开挖。具体采用的设备可根据地质特征来做适应性选择。

水中开挖施工完毕后，将预制的钢套箱移至竖井上，利用水的浮力以及牵引装置和液压装置共同将钢套箱逐步下沉，并在下沉的同时对内衬墙逐节接高。内衬墙接高至预定高度后，停止接高，并在钢套箱上设置围护挡水部件，然后将钢套箱沉至预定位置。所述“钢套箱达到预定高度”中的预定高度可根据竖井实际深度而定，例如，内衬墙接高至总设计高度的一半；当然，本领域技术人员很容易理解的是，这里的预定高度可根据实际施工情况和设计要求做适应性调整，所以这里不对其具体高度做限定。之所以，不一次性浇筑完整个内衬墙的目的是为了改变内衬墙的结构，并在后续浇筑内衬墙的时候将内衬墙和地下连续墙直接浇筑在一起，并可在两者之间利用连接件连接在一起，以提高竖井结构的抗浮能力。在本实施例中的基坑底部为基底加固层的位置，若不在竖井中施工基底加固层，则可以是竖井所设计的深度位置，很显然竖井的深度为一非固定值，所以这里不对基坑深度做具体数值限定，本领域技术人员也能很容易获知这里“基坑底部”的含义。

进一步，在s6中，继续对钢套箱接高至地表的过程包括：接高已形成的内衬墙，并将内衬墙与地下连续墙直接浇筑在一起。在s4或s5中，当地下水的浮力增大而导致钢套箱难以下沉时，通过往钢套箱内注水辅助钢套箱下沉。注水辅助下沉的好处包括：水易取，可采用地下水，河水等；水易排，可用水泵直接排水；水量易控制，便于辅助下沉。

在s4中，钢套箱移至基坑上后，还包括：在钢套箱周围设置若干牵引装置和若干千斤顶装置，牵引装置和千斤顶装置均固定在地面上，并连接钢套箱，钢套箱在牵引装置和千斤顶装置的牵制和支撑作用下利用地下连续墙内水的浮力逐步下沉，并在下沉的过程中对钢套箱逐节接高。在s6中，所述浇筑钢套箱与地下连续墙之间的间隙包括：先用c15混凝土浇筑至预定位置，然后用c35混凝土浇筑剩余部分的间隙。这里不同强度的混凝土，是为了适应竖井的应用，便于作为始发井或接收井的施工，其预定位置也是一非固定位置，该位置由竖井设计要求所决定。

为了保证在水中开挖的安全性，在所述s2之后和所述s3之前还可以包括：在已开挖的地下连续墙内壁上浇筑预定厚度的支撑单元。支撑单元可为钢筋混凝土结构，在浇筑完成后可进行一定时间的养护，以保证其结构强度。

为了便于钢套箱的下沉，在水中开挖施工完成后，还可以清理基坑侧壁的附着物以及检查并修正基坑底部的平整度。该过程可以提高钢套箱下沉的通畅性，避免未清理干净的泥土阻挡钢套箱下沉。其中，基坑侧壁实际上是地下连续墙的内壁，基坑底部为基底加固层。

具体的，地下连续墙为钢筋混凝土结构，其施工方法包括以下步骤：用成槽机或铣槽机对地下连续墙所在槽段位置进行铣槽或成槽施工；将钢筋笼依次吊入槽中，浇筑混凝土形成地下连续墙。

另外，在所述s1之后和所述s2之前还可进行顶圆梁施工；所述顶圆梁位于所述地下连续墙上端，并与所述地下连续墙固定。

为了更详细的介绍本发明，下面结合图2～图13，提供一较佳的竖井施工方法。

工况一请参阅图2，施工地下连续墙1，并对地下连续墙1进行槽壁加固，加固方式可以是在地下连续墙1上部施工槽壁加固层11。地下连续墙1施工完成后，利用高压旋喷机进行基底加固施工，并在竖井内形成基底加固层2，基底加固层2为混凝土和土壤混合形成。

工况二请参阅图3，基底加固层2施工完毕后，利用挖掘机51和吊机52对竖井浅层实施干挖，形成具有一定深度的基坑。挖至一定深度后浇筑一定高度的支撑单元3。支撑单元3的高度为l2，支撑单元3距离地下连续墙1顶部的距离为l3。基底加固层2距离地下连续墙1的距离为l1，l1一般在10～20米，根据实际竖井深度，小于10米或大于20米也是可实施的方案。

工况三请参阅图4，支撑单元3施工完成后，利用引水管6在基坑内注水，水位距离地表1米左右。

工况四请参阅图5，实施水中开挖，利用液压变径钻机71吸泥，并通过水土分离设备72处理吸出来的泥，然后运输到指定位置。

工况五请参阅图6，水下开挖至基底加固层2，然后利用水下机器人4检查井底的平整度。

工况六请参阅图7，将预制的钢套箱移至基坑上，并利用液压装置(图中为示出)和牵引装置9牵制钢套箱，其中钢套箱包括底板结构81和内衬墙82，可以看出钢套箱呈桶状。

工况七请参阅图8，图8示出了分节浇筑内衬墙并逐步下沉的示意图，从图中可以看出内衬墙82的外径小于支撑单元3的内径，以使钢套箱在下沉时不会受到支撑单元3的阻挡。

工况八请参阅图9，内衬墙82接高到一定高度后在内衬墙82上接围护挡水部件83，围护挡水部件83的结构为圆环形，其下端连接在内衬墙82上，用于防止基坑内的水进入钢套箱内。当钢套箱下沉到一定深度后，井底浮力增大，为了抵消该浮力，可通过在钢套箱注水的方式辅助下沉，其好处已在上文叙述，在此不再赘述。

工况九请参阅图10，钢套箱沉至基底加固层2，停止下沉。

工况十请参阅图11，浇筑钢套箱和地下连续墙之间的缝隙，形成自密实混凝土结构84。

工况十一请参阅图12，拆除围护挡水部件83。

工况十二请参阅图13，浇筑上部内衬墙85，上部内衬墙85通过连接件86与地下连续墙1连接在一起，且内衬墙85和地下连续墙1直接浇筑在一起。从图中也可以看出，形成的结构为上部内衬墙85较厚下部内衬墙82较薄。上部内衬墙85施工完后，抽干内部的水，拆除牵引装置9以及其他设施，到此竖井施工基本结束。

在本发明提供的竖井施工方法具备以下有益效果：采用预制的钢套箱做为竖井的底板结构和内衬墙结构，使其竖井结构强度得到保障，另外，钢套箱可以和竖井前期开挖同步实施，可节约大量工期，解决成本；进一步，竖井内衬墙分在两个阶段形成，并形成上下两部分不同的结构，上部分内衬墙与地下连续墙直接浇筑在一起，大大提高了竖井整体结构的的稳定性和抗浮能力；进一步，利用注水辅助钢套箱下沉的方式，实现了钢套箱的稳定可控下沉；更进一步的，采用水中开挖和浅层干开挖结合的方式，即可以减小对周边环境的影响，又合理的缩短了工期。

上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。