一种大型沉井不排水下沉施工方法与流程

本发明涉及沉井下沉施工。更具体地说，本发明涉及一种大型沉井不排水下沉施工方法。

背景技术：

1、沉井在工程领域已有上百年的历史，广泛应用于矿井、取水泵房、顶管工作井、桥梁基础等工程中。传统沉井施工常常采用分节制作、分次下沉的方法，首先在地面上制作首节沉井，然后开挖井内土体进行下沉，下沉至一定深度后继续接高、下沉，重复上述步骤直至达到设计深度。由于沉井分次下沉，导致沉井制作模板、取土平台等需要重复安装、拆卸，影响沉井施工功效。因此，亟需一种施工快捷、安全的沉井基础施工方法，能够保证沉井顺利下沉。

技术实现思路

1、本发明的一个目的是提供一种大型沉井不排水下沉施工方法，采用分次制作、一次下沉的施工方法，提高了施工效率，大大节约了工期；采用不排水下沉，节省了成本，同时降低了对周边环境的影响，减小沉井涌土、涌砂的风险。

2、为了解决上述技术问题，本发明提供了一种大型沉井不排水下沉施工方法，包括如下步骤：

3、步骤一、开挖基坑至设计高程处，并施工砂垫层及混凝土垫层；

4、步骤二、待垫层达到设计强度后，在垫层上分节制作沉井，沉井的刃脚及隔墙底部设置砖胎膜；

5、步骤三、沉井制作完成后，在沉井顶面安装多条轨道，并在轨道上布设自行走平台，自行走平台上搭载伸缩臂挖机；

6、步骤四、待沉井混凝土强度达到设计强度100％后，采用沉井隔舱内的小型挖机破除混凝土垫层和砖胎膜，并结合伸缩臂挖机将渣土进行外排，进行沉井开挖下沉施工；

7、步骤五、沉井下沉到设计标高后，采用碎石回填沉井底部超挖部分，采用水下混凝土浇筑方法进行封底，完成沉井下沉施工。

8、优选的是，所述步骤一中，砂垫层厚度为1～3m，混凝土垫层厚度不小于20cm。

9、优选的是，所述步骤三中，自行走平台包括相对设置于轨道上的一对行走模块、设置于一对行走模块上的门架、设置于门架上的面板，伸缩臂挖机设置于面板上，行走模块设置于沿轨道行走从而带动伸缩臂挖机行走于沉井不同隔舱内进行施工，轨道锚固于沉井井壁及隔墙上，所述行走模块通过设置一对行走轮及双轴电机驱动实现行走，一对行走轮配合于轨道上且通过双轴电机驱动同步行走。

10、优选的是，自行走平台还包括可伸缩支撑杆，其在每个行走模块相对的两侧对称设置，所述可伸缩支撑杆下端固定于沉井井壁及隔墙上，上端固定支撑于门架上，以实现对行走模块在轨道上行走的稳定支撑。

11、优选的是，所述面板的侧面设置有一圈竖直的挡板以对伸缩臂挖机进行限位，取土施工时，采用粗锁链将伸缩臂挖机的履带绑住固定。

12、优选的是，所述步骤四中，沉井开挖下沉施工总体上遵循由沉井中心向外对称、均匀取土下沉；沉井外侧混凝土垫层沿着沉井各边由一端向另一端逐步进行破除；沉井内侧的砖胎膜和混凝土垫层，按照从中心向两边均匀对称破除，刃脚处混凝土垫层及砖胎膜挖除后，立即进行土体回填并压实。

13、优选的是，所述步骤四中，前期沉井，采用全截面开挖下沉方法，先挖隔舱中间部分，逐渐减小隔墙端部支撑土体宽度，每个隔舱土体开挖时，预先在隔舱中心位置开挖形成深锅底，h≤1m，隔墙端部两侧需预留宽度b土体，b≥1m，隔舱单次开挖深度控制在50cm以内；中期沉井，逐渐去除隔墙端部两侧预留土体，逐渐采用大锅底开挖方法，在小型挖机斗齿上安装刮刀，从沉井中心向两边逐步去除隔舱隔墙或刃脚端部土体支撑，隔墙脱空高度不宜大于0.50m；后期沉井，逐步增大隔舱锅底开挖深度。

14、优选的是，沉井井壁环绕一圈预先间隔埋设有数根射水管，其紧贴沉井井壁设置，所述射水管下端向下延伸至刃脚底部，上端向上延伸至位于沉井顶部外且连接外部的高压射水泵，数根射水管依次标号且分别单独控制是否开启射水，沉井下沉施工发生难沉时，采用射水管进行高压射水结合小型挖机斗齿上安装的刮刀去除沉井刃脚端部土体，辅助下沉。

15、优选的是，沉井顶部外侧安装有辅助监测装置，其用于监测沉井下沉的偏斜角度是否在设定的范围内，并通过控制不同位置的射水管射水以及刮刀对土体的刮除实现偏斜角度调整，所述辅助监测装置沿沉井外周周向间隔设置有多个，每个辅助监测装置均包括固定于沉井外周地面的固定块、固定于固定块上的固定柱、连接于固定柱上的水平标尺、固定于射水管上的竖向标杆，所述竖向标杆上设置有刻度线，所述水平标尺端部设置为环形套圈，且套设于竖向标杆上，所述环形套圈内壁设置有传感器，所述环形套圈内径大于竖向标杆的外径且大小设置为竖向标杆随沉井下沉过程中发生倾斜接触传感器时，沉井下沉的偏斜角度超出设定的范围；首先，通过传感器感应某个位置的沉井下沉的偏斜角度超出设定的范围，则停止下沉，通过控制不同位置的射水管射水以及刮刀对土体的刮除实现偏斜角度调整；其次，通过监测多个辅助监测装置对应的水平标尺对应的竖向标杆上的尺寸，然后通过模拟不同位置沉井的高度差值从而判断沉井的倾斜情况；最后，根据倾斜情况以及倾斜角度允许的误差范围进行沉井下沉的偏斜角度调整。

16、优选的是，沉井井壁的刃脚间隔设置多个且相邻的刃脚之间通过隔板连接为一体；沉井隔墙底部的刃脚在每一横向或纵向也间隔设置多个且相邻的刃脚之间通过隔板连接为一体；所述隔板的高度均高于刃脚底部的高度，所述隔板为具有设定截面的水平板以防止沉井突沉、超沉。

17、本发明至少包括以下有益效果：

18、(1)本发明的一种大型沉井不排水下沉施工方法，沉井采用分次制作、一次下沉的施工方法，提高了施工效率，大大节约了工期。

19、(2)本发明的沉井施工采用不排水下沉，节省了成本，同时降低了对周边环境的影响，减小沉井涌土、涌砂的风险。

20、(3)传统沉井水下取土常采用水力吸泥法，但其受水深影响大，设备复杂，应用条件比较苛刻，且在黏土层中工效较低，本发明通过在沉井顶面布设取土平台，取土平台可自行走，采用伸缩臂挖机进行取土，斗齿上可安装刮刀辅助去除隔墙和刃脚端部土体，同时在沉井井壁预埋射水管去除刃脚踏面端部土体，实现了沉井取土全范围无盲区，设备简单，工效高。

21、(4)本发明通过设置辅助监测装置用于监测沉井下沉的偏斜角度是否在设定的范围内，并通过控制不同位置的射水管射水以及刮刀对土体的刮除实现偏斜角度调整；同时通过合理设置刃脚的结构；从而实现沉井稳定安全的下沉。

22、(5)本发明可以推动沉井基础设计、施工发展。

23、本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

技术特征：

1.一种大型沉井不排水下沉施工方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.如权利要求1所述的大型沉井不排水下沉施工方法，其特征在于，所述步骤一中，砂垫层厚度为1～3m，混凝土垫层厚度不小于20cm。

3.如权利要求1所述的大型沉井不排水下沉施工方法，其特征在于，所述步骤三中，自行走平台包括相对设置于轨道上的一对行走模块、设置于一对行走模块上的门架、设置于门架上的面板，伸缩臂挖机设置于面板上，行走模块设置于沿轨道行走从而带动伸缩臂挖机行走于沉井不同隔舱内进行施工，轨道锚固于沉井井壁及隔墙上，所述行走模块通过设置一对行走轮及双轴电机驱动实现行走，一对行走轮配合于轨道上且通过双轴电机驱动同步行走。

4.如权利要求3所述的大型沉井不排水下沉施工方法，其特征在于，自行走平台还包括可伸缩支撑杆，其在每个行走模块相对的两侧对称设置，所述可伸缩支撑杆下端固定于沉井井壁及隔墙上，上端固定支撑于门架上，以实现对行走模块在轨道上行走的稳定支撑。

5.如权利要求3所述的大型沉井不排水下沉施工方法，其特征在于，所述面板的侧面设置有一圈竖直的挡板以对伸缩臂挖机进行限位，取土施工时，采用粗锁链将伸缩臂挖机的履带绑住固定。

6.如权利要求1所述的大型沉井不排水下沉施工方法，其特征在于，所述步骤四中，沉井开挖下沉施工总体上遵循由沉井中心向外对称、均匀取土下沉；沉井外侧混凝土垫层沿着沉井各边由一端向另一端逐步进行破除；沉井内侧的砖胎膜和混凝土垫层，按照从中心向两边均匀对称破除，刃脚处混凝土垫层及砖胎膜挖除后，立即进行土体回填并压实。

7.如权利要求1所述的大型沉井不排水下沉施工方法，其特征在于，所述步骤四中，前期沉井，采用全截面开挖下沉方法，先挖隔舱中间部分，逐渐减小隔墙端部支撑土体宽度，每个隔舱土体开挖时，预先在隔舱中心位置开挖形成深锅底，h≤1m，隔墙端部两侧需预留宽度b土体，b≥1m，隔舱单次开挖深度控制在50cm以内；中期沉井，逐渐去除隔墙端部两侧预留土体，逐渐采用大锅底开挖方法，在小型挖机斗齿上安装刮刀，从沉井中心向两边逐步去除隔舱隔墙或刃脚端部土体支撑，隔墙脱空高度不宜大于0.50m；后期沉井，逐步增大隔舱锅底开挖深度。

8.如权利要求7所述的大型沉井不排水下沉施工方法，其特征在于，沉井井壁环绕一圈预先间隔埋设有数根射水管，其紧贴沉井井壁设置，所述射水管下端向下延伸至刃脚底部，上端向上延伸至位于沉井顶部外且连接外部的高压射水泵，数根射水管依次标号且分别单独控制是否开启射水，沉井下沉施工发生难沉时，采用射水管进行高压射水结合小型挖机斗齿上安装的刮刀去除沉井刃脚端部土体，辅助下沉。

9.如权利要求8所述的大型沉井不排水下沉施工方法，其特征在于，沉井顶部外侧安装有辅助监测装置，其用于监测沉井下沉的偏斜角度是否在设定的范围内，并通过控制不同位置的射水管射水以及刮刀对土体的刮除实现偏斜角度调整，所述辅助监测装置沿沉井外周周向间隔设置有多个，每个辅助监测装置均包括固定于沉井外周地面的固定块、固定于固定块上的固定柱、连接于固定柱上的水平标尺、固定于射水管上的竖向标杆，所述竖向标杆上设置有刻度线，所述水平标尺端部设置为环形套圈，且套设于竖向标杆上，所述环形套圈内壁设置有传感器，所述环形套圈内径大于竖向标杆的外径且大小设置为竖向标杆随沉井下沉过程中发生倾斜接触传感器时，沉井下沉的偏斜角度超出设定的范围；首先，通过传感器感应某个位置的沉井下沉的偏斜角度超出设定的范围，则停止下沉，通过控制不同位置的射水管射水以及刮刀对土体的刮除实现偏斜角度调整；其次，通过监测多个辅助监测装置对应的水平标尺对应的竖向标杆上的尺寸，然后通过模拟不同位置沉井的高度差值从而判断沉井的倾斜情况；最后，根据倾斜情况以及倾斜角度允许的误差范围进行沉井下沉的偏斜角度调整。

10.如权利要求7所述的大型沉井不排水下沉施工方法，其特征在于，沉井井壁的刃脚间隔设置多个且相邻的刃脚之间通过隔板连接为一体；沉井隔墙底部的刃脚在每一横向或纵向也间隔设置多个且相邻的刃脚之间通过隔板连接为一体；所述隔板的高度均高于刃脚底部的高度，所述隔板为具有设定截面的水平板以防止沉井突沉、超沉。

技术总结
本发明公开了一种大型沉井不排水下沉施工方法，包括步骤一、开挖基坑，施工砂垫层及混凝土垫层；步骤二、在垫层上分节制作沉井；步骤三、在沉井顶面安装多条轨道，并在轨道上布设自行走平台，自行走平台上搭载伸缩臂挖机；步骤四、待沉井混凝土强度达到设计强度100％后，采用沉井隔舱内的小型挖机破除混凝土垫层和砖胎膜，并结合伸缩臂挖机将渣土进行外排；步骤五、沉井下沉到设计标高后，进行封底，完成沉井下沉施工。本发明采用分次制作、一次下沉的施工方法，提高了施工效率，大大节约了工期；采用不排水下沉，节省了成本，同时降低了对周边环境的影响，减小沉井涌土、涌砂的风险。

技术研发人员：段小健,方存星,李德杰,肖靖,李冠宇,李冠中,申梦龙,伍定旺,罗杰豪,文鑫鑫,刘晓欢,舒梓赋
受保护的技术使用者：中交第二航务工程局有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/9/29