一种适用于土岩二元地层的顶管工井施工方法与流程

本发明涉及一种适用于土岩二元地层的顶管工井施工方法，属于顶管施工。

背景技术：

1、随着城市建设的发展，顶管暗挖技术在交通、电力、通信、供水等工程中广泛应用。顶管隧道施工需要利用两端工井作为施工作业空间，因此顶管工井的建设成为整个工程的关键环节。

2、目前，顶管工井施工主要采用沉井、排桩支护明挖顺作法、分层逆作法施工。

3、其中沉井通过在地表以上预制工井结构本体，然后开挖沉井内部土体，利用结构自重自然下沉，由于沉井施工能够节约工程投资并加快工程进度，因而被广泛应用于土层中的顶管工井施工。

4、排桩支护明挖顺作法则需要提前在顶管工井外侧施工支护排桩，利用排桩形成封闭挡土结构，然后将基坑开挖至设计标高，再由下而上浇筑工井结构本体。相对于排桩支护明挖顺作工艺，沉井无需提前施工支护排桩，直接利用结构本体作为挡土结构。

5、分层逆作法则是分层开挖土体，灵活利用锚杆支护等临时挡土结构，同时自上而下浇筑工井结构，直至底板封闭。由于分层逆作法充分利用地层自立能力，尤其适用于地层力学参数较好的工程，被广泛应用于岩石地区的顶管工井施工。当顶管工井地质上层为软土，下层为岩层时，沉井法和分层逆作法的不足之处在于：

6、1)沉井自然下沉进入岩层后，地基承载力和井壁侧摩阻力大幅增加，导致沉井下沉困难，采用助沉措施后仍无法下沉时，将导致沉井施工失败；

7、2)分层逆作法适用于自立性较好的地层，然而上层软土自立性差，采用分层逆作法施工困难，尤其是饱和软土地层采用逆作法可能引起重大安全事故。

8、公开号为cn201883453u的中国实用新型专利中公开的一种复合式顶管工作井，包括钢筋混凝土制成的工作井井体，井体外环设有锚杆喷射混凝土支护结构。该实用新型采用锚杆作为工井基坑支护，利用井体与锚杆喷射混凝土结构密切贴合，提供双重安全保障。

9、上述参考例没有考虑到软土层和岩层复合的地层情况，当存在软土层时，锚杆无法起到支护基坑作用，严重时可导致基坑垮塌造成人员伤亡事故，因此急需进行改进。

技术实现思路

1、为了克服现有土岩二元地层中顶管工井的施工方法存在施工效果差、施工困难、可能引发重大安全事故等的缺点，本发明设计了一种适用于土岩二元地层的顶管工井施工方法，其充分利用了岩层自立能力，并通过沉井锁脚锚杆承载井壁的重量，整体传力路径清晰，能够有效克服施工困难的问题。

2、为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、一种适用于土岩二元地层的顶管工井施工方法，包括如下步骤：

4、s1：在地表以上预先浇筑沉井结构，并将沉井结构养护达到设计强度；

5、s2：开挖沉井结构内部土体，使沉井结构在自重作用下自然下沉，直至沉井结构的刃脚进入风化岩层，并使得沉井结构的刃脚达到预定标高；

6、s3：在沉井结构的刃脚处安装锁脚锚杆，锁脚锚杆注浆养护达到设计强度；

7、s4：采用分层逆作法，将岩层段顶管施工工井的井壁划分成复数节，自上而下逐节浇筑井壁直至底板封底。

8、进一步的，所述步骤s1中，沉井结构的高度等于土层厚度减去顶管工井本体顶部的覆土厚度。

9、进一步的，所述步骤s1中，在沉井结构的刃脚上方设置有用于连接井壁和沉井结构的预留水平钢筋。

10、进一步的，所述步骤s1中，预留水平钢筋下方预留有若干个沿侧向贯穿沉井结构的锚杆施工孔，锁脚锚杆一一对应地穿设于锚杆施工孔内。

11、进一步的，所述步骤s3中，锁脚锚杆的抗拔承载力等于沉井结构的自重及井壁的自重相加的和再减去土体侧摩阻力。

12、进一步的，所述步骤s4中，分层逆作法具体包括：

13、s41：分层开挖风化岩石；

14、s42：分层安装水平抗拔锚杆；

15、s43：在风化岩石开挖后的侧壁表面上安装钢筋网片，然后在风化岩石开挖后的侧壁表面上喷射素混凝土层；

16、s44：重复步骤s41到s43至一节井壁高度，并及时浇筑井壁。

17、进一步的，所述步骤s4中，自上而下的首节井壁通过预留水平钢筋与沉井结构的刃脚连接，且任意相邻两节井壁之间连接有预留竖向钢筋，最底端的井壁与工井底板之间也连接有预留竖向钢筋。

18、进一步的，所述步骤s4中，井壁间隔复数节设置一节向外凸起的壁座，所述壁座设置在井壁外侧且嵌入竖井基岩中。

19、进一步的，所述步骤s4中，井壁底部呈倒置的台阶状，并在台阶中部设置有水平止水钢板。

20、进一步的，所述壁座底端水平设置。。

21、与现有技术相比本发明有以下特点和有益效果：

22、1、本发明中，上层软土采用沉井施工，无需提前施工支护排桩，直接利用沉井结构本体作为挡土结构，同时克服逆作法在软土层施工困难的问题。

23、2、本发明中，下层岩层采用分层逆作法施工，充分利用岩层自立能力，同时解决沉井在岩层中无法下沉的问题。

24、3、本发明中，通过沉井锁脚锚杆承担沉井结构及井壁自重减去土体侧摩阻力后得到的剩余下滑力，整体传力路径清晰。

技术特征：

1.一种适用于土岩二元地层的顶管工井施工方法，其特征在于：包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种适用于土岩二元地层的顶管工井施工方法，其特征在于：所述步骤s1中，沉井结构(1)的高度等于土层厚度减去顶管工井本体顶部的覆土厚度。

3.根据权利要求1所述的一种适用于土岩二元地层的顶管工井施工方法，其特征在于：所述步骤s1中，在沉井结构(1)的刃脚上方设置有用于连接井壁(7)和沉井结构(1)的预留水平钢筋(2)。

4.根据权利要求1所述的一种适用于土岩二元地层的顶管工井施工方法，其特征在于：所述步骤s1中，预留水平钢筋(2)下方预留有若干个沿侧向贯穿沉井结构(1)的锚杆施工孔(3)，锁脚锚杆(6)一一对应地穿设于锚杆施工孔(3)内。

5.根据权利要求1所述的一种适用于土岩二元地层的顶管工井施工方法，其特征在于：所述步骤s3中，锁脚锚杆(6)的抗拔承载力等于沉井结构(1)的自重及井壁(7)的自重相加的和再减去土体侧摩阻力。

6.根据权利要求1所述的一种适用于土岩二元地层的顶管工井施工方法，其特征在于：所述步骤s4中，分层逆作法具体包括：

7.根据权利要求1所述的一种适用于土岩二元地层的顶管工井施工方法，其特征在于：所述步骤s4中，自上而下的首节井壁(7)通过预留水平钢筋(2)与沉井结构(1)的刃脚连接，且任意相邻两节井壁(7)之间连接有预留竖向钢筋(9)，最底端的井壁(7)与工井底板之间也连接有预留竖向钢筋(9)。

8.根据权利要求1所述的一种适用于土岩二元地层的顶管工井施工方法，其特征在于：所述步骤s4中，井壁(7)间隔复数节设置一节向外凸起的壁座(10)，所述壁座(10)设置在井壁(7)外侧且嵌入竖井基岩中。

9.根据权利要求1所述的一种适用于土岩二元地层的顶管工井施工方法，其特征在于：所述步骤s4中，井壁(7)底部呈倒置的台阶状，并在台阶中部设置有水平止水钢板(11)。

10.根据权利要求8所述的一种适用于土岩二元地层的顶管工井施工方法，其特征在于：所述壁座(10)底端水平设置。

技术总结
本发明涉及一种适用于土岩二元地层的顶管工井施工方法，属于顶管施工技术领域，包括如下步骤：在地表以上预先浇筑沉井结构，并将沉井结构养护达到设计强度；开挖沉井结构内部土体，使沉井结构在自重作用下自然下沉，直至沉井结构的刃脚进入风化岩层，并达到刃脚预定标高；在沉井结构的刃脚处安装锁脚锚杆，通过锁脚锚杆与井壁侧摩阻力共同作用，避免开挖沉井结构内部土体后，沉井结构出现突沉事故；采用分层逆作法，将岩层段顶管工作井的井壁划分成若干节，自上而下逐节浇筑井壁直至底板封底。本发明充分利用了岩层自立能力，并通过沉井锁脚锚杆承载井壁的重量，整体传力路径清晰，能够有效克服施工困难的问题。

技术研发人员：黄晓予,武奋前,唐自强,吴培贵,林少远,杨迪珊,陈孝湘,颜琰,吴勤斌
受保护的技术使用者：国网福建省电力有限公司经济技术研究院
技术研发日：
技术公布日：2024/2/8