CN101701461A - 资源节约型地下筒体构筑物的建造方法 - Google Patents

Abstract

一种资源节约型地下筒体构筑物的建造方法，涉及地下构筑物技术领域，所要解决的是降低施工成本、缩短工期、提高构筑物选址机动性及控制施工对周边环境影响的技术问题。该方法先用泥浆护壁法钻设中心孔，继而扩孔至设计孔径，然后将首个筒节的筒形钢模吊入孔内浮于泥浆液面上，并在钢模内绑扎钢筋、浇筑混凝土，完成首个筒节作业后筒节处于悬浮状态；从第二段高开始采用滑模浇筑筒壁，直至完成整个筒壁浇筑。完成第二段高的筒体总重力大于浮力的部分由孔口若干卷扬机的提吊力予以平衡；从完成第三段高筒壁浇筑起浮力大于筒体重力，卷扬机发挥稳定筒体之作用。本发明提供的方法，适用于各种特性的岩土层，适合城市建筑密集区的施工作业。

Description

资源节约型地下筒体构筑物的建造方法

技术领域

本发明涉及地下构筑物的技术，特别是涉及一种资源节约型地下筒体构筑物的建造方法的技术。

背景技术

目前，超深超大直径地下筒体构筑物的建造方法主要有“井筒分节预制结合浮力拼接沉放法”(简称“分节预制拼接沉放法”)和“沉井法”。

“分节预制拼接沉放法”是用钻机成孔后借助孔内泥浆浮力实施预制筒节拼装、沉放的施工方法；该方法适用于各种地层条件，而且构筑物的建造深度可以很大，筒体安装效率高、周期短；在软土地区建井时，只要对孔壁采取适当围护或加固措施，就不会对周边环境产生影响，但施工现场需要较大的筒节预制场地(约3000m²)，而且筒体安装阶段需配置与预制筒节重量(外径10～12m规格的筒节自重约140～180吨)相适应的起重设备。

“沉井法”是通过筒体自重克服周围土体的摩阻力使之下沉至设计标高的施工方法；该方法由于在设计时要考虑筒体克服下沉侧壁阻力所需的自重和纠偏所需的筒体刚度，使得筒体的设计壁厚及配筋的含钢量都较大，其结构成本较高，仅适合软土地层的施工，其施工周期较长；该方法还存在着井深较浅、排浆所需的泥浆池占地面积大及深井的垂直度纠偏难度较大的缺陷，对于直径较大的构筑物往往需设计措施性支撑隔墙，因此施工成本较高；另外，利用“沉井法”施工时会影响周边环境，使周边邻近范围产生地面沉降、地下管线位移、路面开裂等现象，且结构物沉入深度越大，对周边沉降的影响就越明显，因此不适合在城市建(构)筑物集中的区域施工，而且沉井法的地下构筑物的钢筋混凝土底板为后浇筑的，与壁体结合面的抗渗处理难度较高。

发明内容

针对上述现有技术中存在的缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种施工成本低、施工占地面积小、施工周期短、构筑物选址机动性好，而且施工时对周边环境安全影响的可控性强，适用于各种特性的岩土层，能有效利用地下空间、节约土地资源的资源节约型地下筒体构筑物的建造方法。

为了解决上述技术问题，本发明所提供的一种资源节约型地下筒体构筑物的建造方法，其特征在于，具体步骤如下：

1)确定地下筒体构筑物与成孔的设计位置，并根据设计孔位和设计孔径进行前期基础施工，前期基础施工项目包括修筑锁口及井口钢筋混凝土作业坪台，在锁口上设置泥浆排泄孔槽，在锁口周围设定均布数量的卷扬装置的砼基础；

其中，所述锁口内壁设有作业肩台，所述泥浆排泄孔槽的底面的标高为设计孔内泥浆液位的设计高程；

2)在锁口内壁的作业肩台上架设钻机作业钢箱梁，再采用泥浆护壁法钻设设计孔；钻设设计孔时，先用钻机在设计孔的中心位置钻设中心孔，然后再对中心孔进行扩孔钻进，直至扩孔至设计孔径和设计孔深；然后再依序清除孔内沉渣，移走钻机，撤去钻机和作业钢箱梁；

3)在邻近设计孔的地面拼装首个筒节的钢模，所述首个筒节设有钢筋混凝土底板；所述首个筒节的钢模由底板钢外模和筒壁钢外模接合而成，所述底板钢外模呈椭圆形，所述筒壁钢外模呈立环状，其顶端开口，其底部由底板钢外模封闭；所述底板钢外模及筒壁钢外模的内表面分别焊有多根型钢加强肋，底板钢外模及筒壁钢外模的接合部内表面焊有多个拐角钢板角撑，且每个拐角钢板角撑均与底板钢外模及筒壁钢外模的内表面焊固；

4)在筒壁钢外模的外壁焊接多个定滑轮式吊耳作为起重吊点，所述定滑轮式吊耳的数量及安装位置与型钢加强肋的数量及位置一一对应；在各卷扬装置的砼基础上安装对应数量的卷扬机，在锁口的作业肩台上安装与定滑轮式吊耳相同数量的卷扬支承架，并设置多组卷扬动滑轮组，各卷扬机的钢丝绳分别通过各卷扬支承架绕接各卷扬动滑轮组，各卷扬动滑轮组经钢丝绳绕接各定滑轮式吊耳；在锁口的作业肩台下方的锁口内壁上安装用于筒体限位的筒体扶中限位板；

5)计算设计孔的泥浆最大平均密度，以确保在设计孔内浇筑筒体过程中筒体的自重与泵入筒体内的水体的重力之和大于设计孔内泥浆作用于筒体的浮力，使得筒体的底部能沉至设计孔底部，其计算式为：

ρ_max＝F_浮/V；

F_浮≤P_筒+P_水-P_余；

P_余＝10a×Δd；

Δd＝6A/a；

式中：ρ_max为设计孔内泥浆的最大平均密度，F_浮为能使筒体的底部沉至设计孔底部的浮力临界值，V为筒体在设计孔中所排开的泥浆的体积，P_水为泵入筒体内的水体的液面到达设计筒顶时的水体重力，P_筒为筒体自重，P_余为筒体底部沉放到设计孔底时筒体内的液面至筒体顶端应预留高度所对应的水体重力，a为筒体内截面的截面积，Δd为筒体沉放到设计孔底时筒体内的液面至筒体顶端应预留高度，A为筒体的底板的最大水平截面积，P_余≥60kN/m²×A；

6)先将设计孔内的泥浆密度调整至步骤5所计算出的泥浆最大平均密度值ρ_max，并使设计孔内泥浆的液面与锁口上的泥浆排泄孔槽的底面齐平，再将拼装好的首个筒节的钢模吊入设计孔内，使其浮于设计孔内的泥浆液面上，并均力拉紧各卷扬机的钢丝绳；

7)在钢模内进行首个筒节的钢筋绑扎和混凝土浇筑；首个筒节的钢筋绑扎包括在钢模内敷设首个筒节的底板钢筋和双层筒壁钢筋，并按设计点位和数量在双层筒壁钢筋中间焊置多根滑模爬升支承钢管；

其中，各滑模爬升支承钢管分成至少两组；其中一组兼用于设计孔的孔底注浆，为孔底注浆组；其它组兼用于筒体外周围填石子的空隙注浆，为筒周注浆组；每组注浆组中的支承钢管均均匀分布；所述孔底注浆组的支承钢管有至少4根，各筒周注浆组的相邻两根支承钢管的轴线之间的间距不超过6m；

其中，首个筒节混凝土浇筑时先实施底板的分层浇注和振捣，随后再分层连续浇注筒壁混凝土，直至首个筒节不再下沉时均匀拉紧各卷扬钢丝绳，使筒节保持垂直状态，并通过转动筒体扶中限位板使筒节居中；

8)首个筒节作业完毕后，将滑模爬升支承钢管向上延伸至下一段高筒壁并垂直定位，然后绑扎下一段高筒壁的双层筒壁钢筋，并在滑模爬升支承钢管上安装滑模及滑模顶升作业系统；

其中，双层筒壁钢筋的竖筋长度大于后续作业段高的设定长度；

9)利用滑模顶升作业系统对相应段高筒壁进行间歇性连续浇注，其步骤如下：先按顶升滑模高度一次性浇筑相应段高筒壁的第一序批混凝土，在第一序批混凝土达到规定养护时间后，逐步顶升滑模，滑模每次顶升的高度均不超过50cm，而且每次顶升完毕后随即浇筑对应于该次顶升高度的筒壁混凝土，至浇筑完成6m段高筒壁后对该段高筒壁养护24小时；

其中，在第二段高筒壁顶部的最后一个分层高度混凝土浇筑时，在该段高筒壁的顶部设置立环形止水钢板，并插入该段高筒壁砼顶面二分之一的止水环高度；在第二段高筒壁作业过程中，各卷扬机始终处于提吊状态，防止筒体下沉；第二段高筒壁作业完成后，其顶端高出设计孔内泥浆液面6.3m～7m；

10)利用滑模顶升作业系统实施筒壁钢筋的逐段绑扎和混凝土的间歇性连续浇筑，直至整个筒体浇筑完成；

其中，从第三段高筒壁作业开始，筒壁钢筋仍按筒壁段高的钢筋设计尺寸逐段连接绑扎，滑模每缓缓顶升一个设定高度就浇筑同样高度的混凝土筒壁，且在浇筑完成并进行振捣后使筒体下降同样高度，等浇筑好的筒壁达到规定养护时间后，再将滑模缓缓顶升一个设定高度，如此循环作业，直至完成整个设计筒体的钢筋混凝土筒壁施工；

其中，第二段高筒壁全部下沉入设计孔内泥浆液面后，可撤去卷扬机的提吊力；其后续筒壁浇筑作业时，需要向筒体内泵入配载清水，使筒体顶部沉至所需高程；

11)筒体沉放到设计孔底部后，先用高压清水通过孔底注浆组的滑模爬升支承钢管冲击设计孔底部的沉渣，使沉渣悬浮于设计孔内的泥浆中并使筒体充分下沉，然后在筒体外周面与设计孔孔壁之间均匀围填石子至设计锁口肩台面；然后再通过筒周注浆组中的滑模爬升支承钢管向筒体的外周围填石子的空隙中压注清水，以置换围填石子空隙中的泥浆，直至围填石子的顶面返出的泥浆变为低浊度清水；

12)先通过孔底注浆组的滑模爬升支承钢管向设计孔孔底压注高压水泥浆液以加固孔底土层；再通过筒周注浆组的滑模爬升支承钢管向筒体外周围填石子的空隙压注水泥浆液，直至水泥浆液冒出围填石子顶面；

13)根据筒体的用途，在筒体顶部进行相关土建施工和设备的安装和调试。

进一步的，所述滑模顶升作业系统包括中空爬升千斤顶、滑模顶升门架、内模板、外模板和滑模作业平台。

进一步的，各滑模爬升支承钢管根据筒体设计深度进行分组；

其中，筒体设计深度不大于50m时各滑模爬升支承钢管分为两组；

其中，筒体设计深度大于50m时各滑模爬升支承钢管分为三组，其中两组筒周注浆组中，一组为下部筒周注浆组，另一组为上部筒周注浆组；

其中，所述孔底注浆组中的每根支承钢管均向下穿出底板钢外模，且该组中的各支承钢管的下端管口均向孔底中心倾斜，并在各管口内设有向其下端管口方向开启的单向活门；

其中，所述筒周注浆组中的每根支承钢管的末段从底板顶面位置向外弯曲，该组的每根支承钢管的下端管口均在底板钢外模与筒壁钢外模的拼接焊缝的上方向外穿出筒壁钢外模，而且管口段向上倾斜至与竖向的夹角不大于30°，并在各管口内设有向其下端管口方向开启的单向活门；

其中，所述下部筒周注浆组的每根支承钢管的末段均从底板顶面位置向外弯曲，该组的每根支承钢管的下端管口均在底板钢外模与筒壁钢外模的拼接焊缝的上方向外穿出筒壁钢外模，而且管口段向上倾斜至与竖向的夹角不大于30°，并在各管口内设有向其下端管口方向开启的单向活门；

其中，所述上部筒周注浆组的每根支承钢管的末段均从设计筒体深度的55％～60％的位置向外弯曲，该组的每根支承钢管的下端管口均穿出该位置的筒壁，而且管口段向上倾斜至与竖向的夹角不大于30°，并在各管口内设有向其下端管口方向开启的单向活门。

本发明提供的资源节约型地下筒体构筑物的建造方法，具有以下有益效果：

1)采用泥浆护壁法钻设设计孔，并在钻设完设计孔后将设计孔内的泥浆平均密度调整适中，从而在钻孔时能通过泥浆保护孔壁，在筒体浇筑过程中能通过泥浆平衡承压水的顶托压力，从而扼制承压水“冒顶”引发的水害威胁，并能浮托筒体；因此只需在施工前期筒体重力大于其所受浮力的阶段，配置卷扬机即可解决该阶段所需的提升能力，能大幅度降低施工作业起重设备的措施成本，并具有整个筒体垂直度调整的可控性好、降低筒体结构成本和筒体建造养护过程结构应力相对较小，使得结构体不易受损等特点；

2)首个筒节的钢模能以场外分解结构预制件运抵施工现场拼接，运送非常方便，而且钢模拼接完成后，只需常规吊车在原位转动一个角度即可实现安全、稳定、快速的起吊和入孔安放全过程作业，无需配置有效起重能力很大的大跨度门吊，其吊装成本明显较低；

3)通过滑模顶升作业系统进行间歇性连续浇注，无论设计的筒壁总长度(即筒体设计深度)是多少，全部筒壁浇筑只需一套高度1.3m左右的内、外模板，在滑模顶升系统安装后，内、外模板能在整个筒体施工过程中连续使用，无需拆卸，因此模板投入量很小，但利用率很高，能节省模板反复拆装的辅助作业时间；而且滑模顶升作业系统的顶升高度限制在地面以上6m左右的高度，整个筒体的作业过程均在孔口及其上部范围内进行，辅助设施占用场地小，钢筋吊送、绑扎非常方便，无需大压力泵车即可轻易地将混凝土泵送到滑模作业面，因而构筑物选址机动性好、施工效率高、施工成本低、施工周期短，适合城市建(构)筑密集区的施工作业；另外，由于钻进成孔法能适用于软土、卵砾石、岩石等各种岩土层，而且钻孔完毕后，可在孔壁稳定期内完成筒体施工，不会引起周围地面的沉降等环境影响；

4)通过滑模顶升作业系统进行较短暂的间歇性小幅顶升和混凝土连续浇注，以及筒壁与底板一体浇筑，避免产生混凝土“冷接合面”，容易达到设计抗渗要求，避免了其他方法所存在的后浇接合面施工因素的干扰，从而混凝土施工质量的可靠性因工艺的先进性而得到保证；

5)孔内泥浆和筒体内水体环境能为筒壁养护和后期砼强度增长创造良好的水下养护环境；

6)对筒底、筒体外壁与孔壁之间的环状空间实施素砼固化处理，能提高筒底土层强度，并使筒体与周围土体的接触面由筒体外壁面转移扩大到环筒形围填素砼墙体外壁面，不仅稳固了筒体，增加了环筒形围填素砼墙体的抗浮重力，而且扩大了与孔壁土层的接触摩阻面积，从而大幅度提高了筒体的抗浮侧壁阻力，有利于筒式地下构筑物的稳定。

附图说明

图1是本发明实施例的资源节约型地下筒体构筑物的建造方法中将首个筒节的钢模吊入设计孔内后钢模悬浮状态的示意图；

图2是本发明实施例的资源节约型地下筒体构筑物的建造方法中在钢模内完成首个筒节钢筋绑扎作业后钢模悬浮状态的示意图；

图3是本发明实施例的资源节约型地下筒体构筑物的建造方法中首个筒节的混凝土浇筑完工后筒体部分下沉并处于卷扬机提吊状态的示意图；

图4是本发明实施例的资源节约型地下筒体构筑物的建造方法中第二段高筒壁作业完工后筒体处于尚未下沉状态的示意图；

图5是本发明实施例的资源节约型地下筒体构筑物的建造方法的第三段高筒壁作业完工并以其自重下沉后的示意图；

图6是本发明实施例的资源节约型地下筒体构筑物的建造方法的整个筒体作业完工后的示意图。

具体实施方式

以下结合附图说明对本发明的实施例作进一步详细描述，但本实施例并不用于限制本发明，凡是采用本发明的相似技术、相似结构及其相似变化的，均应列入本发明的保护范围。

如图1-图6所示，本发明实施例所提供的一种资源节约型地下筒体构筑物的建造方法，其特征在于，具体步骤如下：

1)确定地下筒体构筑物与成孔的设计位置，并根据设计孔位和设计孔径进行前期基础施工，前期基础施工项目包括修筑锁口2及井口钢筋混凝土作业坪台5，在锁口2上设置泥浆排泄孔槽3，在锁口2周围设定均布数量的卷扬装置的砼基础；

其中，所述锁口2内壁设有作业肩台，所述泥浆排泄孔槽3的底面的高度为设计孔内泥浆液位12的设计高程；

2)在锁口2内壁的作业肩台上架设钻机作业钢箱梁，将钻机循钢轨牵引至钻机作业钢箱梁，使其钻头对准设计孔的中心位置后固定；再采用泥浆护壁法钻设设计孔；钻设设计孔时，先用钻机在设计孔的中心位置钻设中心孔，然后再对中心孔进行扩孔钻进，直至扩孔至设计孔径和设计孔深；然后依序清除孔内沉渣，移走钻机，撤去钻机作业钢箱梁；

3)在邻近设计孔的地面安装同心多环形钢模焊接支承架，并依托钢模焊接支承架在地面拼装首个筒节的钢模，所述首个筒节设有钢筋混凝土底板；所述首个筒节的钢模由底板钢外模10和筒壁钢外模11接合而成，所述底板钢外模10呈椭圆形，所述筒壁钢外模11呈立环状，其顶端开口，其底部由底板钢外模10封闭；所述底板钢外模10及筒壁钢外模11的内表面分别焊有多根型钢加强肋14，底板钢外模10及筒壁钢外模11的接合部(拐角)内表面焊有多个拐角钢板角撑13，且每个拐角钢板角撑13均与底板钢外模10及筒壁钢外模11的内表面焊固；

4)在筒壁钢外模11的外壁(略低于底板砼顶面位置)焊接多个定滑轮式吊耳8作为起重吊点，所述定滑轮式吊耳8的数量及安装位置与型钢加强肋14的数量及位置一一对应；在各卷扬装置的砼基础上安装对应数量的卷扬机6，在锁口2的作业肩台上安装与定滑轮式吊耳8相同数量的卷扬支承架7，并设置多组卷扬动滑轮组9，各卷扬机6的钢丝绳分别通过各卷扬支承架7绕接各卷扬动滑轮组9，各卷扬动滑轮组9经钢丝绳绕接各定滑轮式吊耳8；在锁口2的作业肩台下方的锁口内壁上安装用于筒体限位的筒体扶中限位板4；

5)计算设计孔的泥浆最大平均密度，以确保在设计孔内浇筑筒体过程中筒体的自重与泵入筒体内的水体的重力之和大于设计孔内泥浆作用于筒体的浮力，使得筒体的底部能沉至设计孔底部，其计算式为：

ρ_max＝F_浮/V；

F_浮≤P_筒+P_水-P_余；

P_余＝10a×Δd；

Δd＝6A/a；

式中：ρ_max为设计孔内泥浆的最大平均密度(kN/m³)，F_浮为能使筒体的底部沉至设计孔底部的浮力临界值，V为筒体在设计孔中所排开的泥浆的体积(m³)，P_筒为筒体自重(kN)，P_水为泵入筒体内的水体的液面到达设计筒顶时的水体重力(kN)，P_余为筒体底部沉放到设计孔底时筒体内的液面至筒体顶端应预留高度所对应的水体重力，a为筒体内截面的截面积(m²)，Δd为筒体沉放到设计孔底时筒体内的液面至筒体顶端应预留高度(m)，A为筒体的底板的最大水平截面积(m²)，P_余≥60kN/m²×A；

6)先将设计孔内的泥浆密度调整至步骤5所计算出的泥浆最大平均密度值ρ_max，并使设计孔内泥浆的液面与锁口2上的泥浆排泄孔槽3的底面齐平，泥浆密度的允许偏差控制在-1.0％～+0.8％；再将拼装好的首个筒节的钢模吊入设计孔内，使其浮于设计孔内的泥浆液面上，并均力拉紧各卷扬机6的钢丝绳；

7)在设计孔内泥浆浮力对筒形钢模的浮托作用下，在钢模内进行首个筒节的钢筋绑扎和混凝土浇筑；首个筒节的钢筋绑扎包括在钢模内敷设首个筒节的底板钢筋15和双层筒壁钢筋16，并按设计点位和数量在双层筒壁钢筋16中间焊置环状均布的多根滑模爬升支承钢管19；

其中，在底板钢筋绑扎和双层筒壁钢筋绑扎时，在底板顶面和筒节内壁面的设计位置埋设用于在筒体内安装钢结构设施的焊接预埋件；

其中，在底板钢筋铺设时，根据底板顶面以下的集水井的设计深度和设计直径留出空间位置，并按集水井的设计位置和设计尺寸设置上大下小的圆柱形小型集水井预埋件；

其中，各滑模爬升支承钢管19分成至少两组；其中一组兼用于设计孔的孔底注浆，为孔底注浆组；其它组兼用于筒体外周围填石子的空隙注浆，为筒周注浆组；每组注浆组中的支承钢管均均匀分布；所述孔底注浆组的支承钢管有至少4根，各筒周注浆组的相邻两根支承钢管的轴线之间的间距不超过6m；

其中，首个筒节混凝土浇筑时先用混凝土泵送车将混凝土泵至筒节底板，再实施底板混凝土17的分层浇注和振捣，随后再分层连续浇注筒壁混凝土18，钢模内混凝土浇筑过程中其自重渐增，应依靠泥浆浮力徐徐同步放松各卷扬钢丝绳，直至首个筒节不再下沉时均匀拉紧各卷扬钢丝绳，待首个筒节沉入设计孔内的泥浆液面90％筒高时，通过各卷扬机6拉紧钢丝绳使筒节保持垂直状态，并通过转动筒体扶中限位板4使筒节居中；

8)首个筒节作业完毕后，将滑模爬升支承钢管19向上延伸至下一段高筒壁并垂直定位，然后绑扎下一段高筒壁的双层筒壁钢筋，并在滑模爬升支承钢管19上安装滑模及滑模顶升作业系统20；

其中，双层筒壁钢筋16的竖筋长度大于后续作业段高的设定长度(即竖筋高出长度不小于与后续段高的竖筋搭接的设计长度)，以便于与后一段高竖筋的搭接式焊接；且在绑扎双层筒壁钢筋16时，按设计定位预埋位置焊接预埋钢板；

其中，所述滑模顶升作业系统20包括中空爬升千斤顶21、滑模顶升门架23、内模板25、外模板24和滑模作业平台22；

9)利用滑模顶升作业系统20对相应段高筒壁进行间歇性连续浇注，其步骤如下：先按顶升滑模高度(如模板的有效浇筑高度为1.0m)一次性浇筑相应段高筒壁的第一序批混凝土，在第一序批混凝土达到规定养护时间后，逐步顶升滑模，滑模每次顶升的高度均不超过50cm，而且每次顶升完毕后随即浇筑对应于该次顶升高度的筒壁混凝土，至浇筑完成6m段高筒壁后对该段高筒壁养护24小时，之后再继续下一段高的筒壁作业；直至整个筒体浇筑完成；

其中，在第二段高筒壁顶部的最后一个分层高度混凝土浇筑时，在该段高筒壁的顶部设置立环形止水钢板，并插入该段高筒壁砼顶面二分之一的止水环高度(因第二段高筒壁与第三段高筒壁的砼接合面存在24小时的砼浇筑间歇时间)；在第二段高筒壁作业过程中，各卷扬机6始终处于提吊状态，防止筒体下沉；第二段高筒壁作业完成后，其顶端高出设计孔内泥浆液面6.3m～7m；

10)利用滑模顶升作业系统实施筒壁钢筋的逐段绑扎和混凝土的间歇性连续浇筑，直至整个筒体浇筑完成；

其中，从第三段高筒壁作业开始，筒壁钢筋仍按筒壁段高的钢筋设计尺寸逐段连接绑扎，滑模每缓缓顶升一个设定高度(如50cm)就浇筑同样高度的混凝土筒壁，且在浇筑完成并进行振捣后使筒体下降同样高度，从而将筒体所增重力控制在各卷扬机6的总提吊能力范围内；等浇筑好的筒壁达到规定养护时间后，再将滑模缓缓顶升一个设定高度，如此循环作业，直至完成设计筒壁的钢筋混凝土筒壁施工；

其中，第二段高筒壁全部下沉入设计孔的泥浆液面后(此时刚好完成第三段高筒壁的浇筑)，筒体在没有任何提吊力辅助的情况下，能完全依靠设计孔内泥浆的浮托力悬浮而不会沉没，因此可撤去卷扬机6的提吊力，此时筒体完全处于悬浮状态；其后续筒壁浇筑作业时，由于筒壁高度的增加会使筒体所受的浮力越来越大，因此需要向筒体内泵入配载清水，才能迫使筒体顶部沉至所需高程；

11)筒体26(参见图6)沉放到设计孔底部后，先用高压清水通过孔底注浆组的滑模爬升支承钢管19冲击设计孔底部的沉渣，使沉渣悬浮于设计孔内的泥浆中并使筒体26充分下沉，然后在筒体26外周面与设计孔孔壁之间均匀围填石子至设计锁口肩台面；然后再通过底部筒周注浆组中的滑模爬升支承钢管19向筒体26的外周围填石子的空隙中压注清水，以置换围填石子的空隙中的泥浆，直至围填石子的顶面返出的泥浆变为低浊度清水；

12)先通过孔底注浆组的滑模爬升支承钢管19向设计孔孔底压注高压水泥浆液以加固孔底土层27；再通过筒周注浆组的滑模爬升支承钢管19向筒体外周围填石子的空隙压注水泥浆液，直至水泥浆液冒出围填石子顶面，所压注的水泥浆液固化后在筒体外周形成环筒形素砼墙体28；

13)根据筒体的用途，在筒体顶部(地面)进行机房、提升设备或泵类设备、物品进出库自动控制设备等相关土建施工和设备的安装和调试；包括在筒体的顶部和锁口的作业肩台上架设钢筋混凝土井字承重梁30(或钢梁)，在筒体的顶部周边修筑高于地面的井口机房及操作控制室31，在筒体的顶部安装提升机承重钢梁32、提升设备33、自动控制装置和井口货物进出平台；在地下构筑物出入口方位的地面铺设出入口通道路面。

本发明中实施例中，当设计孔的设计深度小于等于50m时，将各滑模爬升支承钢管19分成两组；

其中，所述孔底注浆组中的每根支承钢管19均向下穿出底板钢外模10，且该组中的各支承钢管的下端管口均向孔底中心倾斜，并在该管口内设有向其下端管口方向开启的单向活门；

其中，所述筒周注浆组中的每根支承钢管的末段从底板顶面位置向外弯曲，该组的每根支承钢管的下端管口均在底板钢外模与筒壁钢外模的拼接焊缝的上方向外穿出筒壁钢外模，而且管口段向上倾斜至与竖向的夹角不大于30°，并在各管口内设有向其下端管口方向开启的单向活门；

其中，筒体浇筑完后的外周围填石子的空隙的水泥浆液压注通过筒周注浆组的支承钢管一次连续进行。

本发明中实施例中，当设计孔的设计深度大于50m时，将各滑模爬升支承钢管19分成三组；其中两组筒周注浆组中，一组为下部筒周注浆组，另一组为上部筒周注浆组；

其中，所述孔底注浆组中的每根支承钢管19均向下穿出底板钢外模10，且该组中的各支承钢管的下端管口均向孔底中心倾斜，并在该管口内设有向其下端管口方向开启的单向活门；

其中，所述下部筒周注浆组的每根支承钢管的末段均从底板顶面位置向外弯曲，该组的每根支承钢管的下端管口均在底板钢外模与筒壁钢外模的拼接焊缝的上方向外穿出筒壁钢外模，而且管口段向上倾斜至与竖向的夹角不大于30°，并在各管口内设有向其下端管口方向开启的单向活门；

其中，所述上部筒周注浆组的每根支承钢管的末段均从设计筒体深度的55％～60％的位置徐徐向外弯曲，该组的每根支承钢管的下端管口均穿出该位置的筒壁，而且管口段向上倾斜至与竖向的夹角不大于30°，并在各管口内设有向其下端管口方向开启的单向活门；

其中，筒体浇筑完后的外周围填石子的空隙的水泥浆液压注须由下而上分两次进行；其步骤为：先通过下部筒周注浆组的滑模爬升支承钢管19向筒体外周下半部围填石子的空隙压注水泥浆液，水泥浆液固化后形成筒体外周下半部环筒形素砼墙体；然后再通过上部筒周注浆组的滑模爬升支承钢管19的注浆管向筒体外周上半部围填石子的空隙压注水泥浆液，直至水泥浆液冒出围填石子顶面，水泥浆液固化后形成筒体外周上半部环筒形素砼墙体；由筒体外周下半部环筒形素砼墙体和筒体外周上半部环筒形素砼墙体组成围合于整个筒体外周的环筒形素砼墙体28。

本发明实施例适用于各种特性的岩土层，当建筑场地为特别松软土层时，应在钻进成孔前对设计孔孔壁外周进行围护加固处理，形成孔壁围护加固体29，确保施工过程设计孔孔壁的安全；

本发明实施例中，若筒体用于地下立体车库、油库、蔬果窖藏库等需要在筒体内安装功能设施的用途时，在筒体外周素砼养护15～30天(根据地下构筑物深度内的土层强度指标和混凝土配方酌情确定养护时间)后，先抽排出筒体内的水体，并清除筒体底部的沉淀杂物，然后再进行筒体内功能设施的安装；

本发明实施例中，若筒体用于深层曝气井、雨水利用集水储水井、海水淡化取水井等用途时，可在筒体内有水体的条件下安装筒内设施，暂时不必抽出筒体内的水体；

本发明实施例适用于建造直径大于10米的超深超大直径的地下筒体构筑物(也适用于直径相对较小的地下筒体构筑物)，地下筒体构筑物的水平剖面可以是圆筒形、方形或正多边形；

本发明实施例适合土地资源稀缺的城市区域的公用地下设施的建设，也适宜于在城区施工作业。

本发明实施例中，筒体内径为11m，孔径为13m，筒体深度为60m，首个筒节的钢模重量为30吨。

本发明实施例的方法建造的地下筒体建筑，可“见缝插针”，利用较小占地面积建井，明显扩大地下深层空间的利用范围和利用价值，主要体现于如下用途：

1)筒式地下立体车库

在筒体内安装升降机、立体停车泊位架、载车进出位装置、消防设施、通风设施、照明和车辆进出泊位与升降运送自动控制装置等设施后，即可成为筒式立体停车库(仅60m构筑物深度的双列式、三列式和四列式筒式地下立体车库就可分别容纳70、135和140辆的轿车泊位数)；在城市停车数量密集区域建造筒式地下立体车库可解决停车难的大问题；在市郊接合位的地铁车站旁建造筒式地下立体车库，让私家车主转乘轨道交通进入市区，可大大缓解市中心区域的交通拥堵状况；

2)大型雨水利用集水储水深井

与简易的地表雨水处理设施配套，可在马路边绿化地带广场区域等选址，建立城市马路、广场等雨水集水管网，经净化处理后，将雨水纳入深井备用；其单井容量可与当地雨季降水量、建井布设密度和利用需求量予以设计，单井容量小则可为3000m³，大则可达1万m³，城市地铁车站等建设中深基坑降水的大量抽排水也可经除氯等处理后，直接进入附近地下雨水集水储水井；收集并经净化处理的雨水、地下抽排水可作为绿化浇灌、马路洒水、洗车、消防、或景观用水等的供水水源；

3)污水处理深层曝气井

在筒体内安装内管及曝气装置，即可构成生物法好氧工艺为核心的低运行成本、高处理效率的城市污水或工业废水的大型深井曝气处理装置；6m～10m内径、120m井深的单井污水日处理量可达2万～5.5万m³；

4)筒式深层地下油库

在筒体内安装注油管道、抽排管道、泵类、除湿装置、消防设施和液位自动检测显示仪等有关设施，即可用作地下石油贮存库或其他油类贮存库；可适宜任何地质条件的选址建造国家战略能源储备的筒式地下储油库，筒式地下储油库的单井容量0.4～1.0万m3，仅约36亩(24000m²)的储油基地可建造总量少则20万m³、多则50万m³的筒式地下储油库；筒式地下储油库还具有便于安全管理、不易被破坏、燃爆之优点；

5)筒式地下立体物品贮藏库

在筒体内安装升降机、货架、分隔室、封闭箱、货物进出位装置和冷气、湿度调控等其他所需设备，以及消防设、通风设、照明设施和货物进出位自动控制装置等设备后，即可用作食品冷藏库、蔬果窖藏库或其他货物集散贮藏库；单井有效窖藏容积可因需设计，小则2000m³，大则7000m³；在大城市市郊接合位的不同方位设置若干定期周转的苏果筒式地下立体窖藏库，有利于应对和缓解灾害性天气对城市居民素菜、副食品供应的影响，保障市场正常供应；

6)海水淡化处理取水井

随着海水淡化处理技术的日趋成熟和处理设施的低成本化，可在沿海地区的滩涂建造完全可满足海水淡化处理取水深度要求的取水井，只要在相应取水含水层深度的井壁上设计、安装窗式过滤设施，即可满足取水质量要求；超大直径深层取水井的日取水量可达常规规格取水井的6～20倍，可大大节省建井费用，并提高取水质量；

7)其他深井类工程井

凡能适宜地下空间用途的，均可建造筒式地下构筑物，也包括通风井、深层隧道工作井、矿山竖井等各类工程井或工程措施井。

Claims (3)

1.一种资源节约型地下筒体构筑物的建造方法，其特征在于，具体步骤如下：

1)确定地下筒体构筑物与成孔的设计位置，并根据设计孔位和设计孔径进行前期基础施工，前期基础施工项目包括修筑锁口及井口钢筋混凝土作业坪台，在锁口上设置泥浆排泄孔槽，在锁口周围设定均布数量的卷扬装置的砼基础；

其中，所述锁口内壁设有作业肩台，所述泥浆排泄孔槽的底面的标高为设计孔内泥浆液位的设计高程；

2)在锁口内壁的作业肩台上架设钻机作业钢箱梁，再采用泥浆护壁法钻设设计孔；钻设设计孔时，先用钻机在设计孔的中心位置钻设中心孔，然后再对中心孔进行扩孔钻进，直至扩孔至设计孔径和设计孔深；然后再依序清除孔内沉渣，移走钻机，撤去钻机和作业钢箱梁；

3)在邻近设计孔的地面拼装首个筒节的钢模，所述首个筒节设有钢筋混凝土底板；所述首个筒节的钢模由底板钢外模和筒壁钢外模接合而成，所述底板钢外模呈椭圆形，所述筒壁钢外模呈立环状，其顶端开口，其底部由底板钢外模封闭；所述底板钢外模及筒壁钢外模的内表面分别焊有多根型钢加强肋，底板钢外模及筒壁钢外模的接合部内表面焊有多个拐角钢板角撑，且每个拐角钢板角撑均与底板钢外模及筒壁钢外模的内表面焊固；

4)在筒壁钢外模的外壁焊接多个定滑轮式吊耳作为起重吊点，所述定滑轮式吊耳的数量及安装位置与型钢加强肋的数量及位置一一对应；在各卷扬装置的砼基础上安装对应数量的卷扬机，在锁口的作业肩台上安装与定滑轮式吊耳相同数量的卷扬支承架，并设置多组卷扬动滑轮组，各卷扬机的钢丝绳分别通过各卷扬支承架绕接各卷扬动滑轮组，各卷扬动滑轮组经钢丝绳绕接各定滑轮式吊耳；在锁口的作业肩台下方的锁口内壁上安装用于筒体限位的筒体扶中限位板；

5)计算设计孔的泥浆最大平均密度，以确保在设计孔内浇筑筒体过程中筒体的自重与泵入筒体内的水体的重力之和大于设计孔内泥浆作用于筒体的浮力，使得筒体的底部能沉至设计孔底部，其计算式为：

ρ_max＝F_浮/V；

F_浮≤P_筒+P_水-P_余；

P_余＝10a×Δd；

Δd＝6A/a；

式中：ρ_max为设计孔内泥浆的最大平均密度，F_浮为能使筒体的底部沉至设计孔底部的浮力临界值，V为筒体在设计孔中所排开的泥浆的体积，P_水为泵入筒体内的水体的液面到达设计筒顶时的水体重力，P_筒为筒体自重，P_余为筒体底部沉放到设计孔底时筒体内的液面至筒体顶端应预留高度所对应的水体重力，a为筒体内截面的截面积，Δd为筒体沉放到设计孔底时筒体内的液面至筒体顶端应预留高度，A为筒体的底板的最大水平截面积，P_余≥60kN/m²×A；

6)先将设计孔内的泥浆密度调整至步骤5所计算出的泥浆最大平均密度值ρ_max，并使设计孔内泥浆的液面与锁口上的泥浆排泄孔槽的底面齐平，再将拼装好的首个筒节的钢模吊入设计孔内，使其浮于设计孔内的泥浆液面上，并均力拉紧各卷扬机的钢丝绳；

7)在钢模内进行首个筒节的钢筋绑扎和混凝土浇筑；首个筒节的钢筋绑扎包括在钢模内敷设首个筒节的底板钢筋和双层筒壁钢筋，并按设计点位和数量在双层筒壁钢筋中间焊置多根滑模爬升支承钢管；

其中，各滑模爬升支承钢管分成至少两组；其中一组兼用于设计孔的孔底注浆，为孔底注浆组；其它组兼用于筒体外周围填石子的空隙注浆，为筒周注浆组；每组注浆组中的支承钢管均均匀分布；所述孔底注浆组的支承钢管有至少4根，各筒周注浆组的相邻两根支承钢管的轴线之间的间距不超过6m；

其中，首个筒节混凝土浇筑时先实施底板的分层浇注和振捣，随后再分层连续浇注筒壁混凝土，直至首个筒节不再下沉时均匀拉紧各卷扬钢丝绳，使筒节保持垂直状态，并通过转动筒体扶中限位板使筒节居中；

8)首个筒节作业完毕后，将滑模爬升支承钢管向上延伸至下一段高筒壁并垂直定位，然后绑扎下一段高筒壁的双层筒壁钢筋，并在滑模爬升支承钢管上安装滑模及滑模顶升作业系统；

其中，双层筒壁钢筋的竖筋长度大于后续作业段高的设定长度；

9)利用滑模顶升作业系统对相应段高筒壁进行间歇性连续浇注，其步骤如下：先按顶升滑模高度一次性浇筑相应段高筒壁的第一序批混凝土，在第一序批混凝土达到规定养护时间后，逐步顶升滑模，滑模每次顶升的高度均不超过50cm，而且每次顶升完毕后随即浇筑对应于该次顶升高度的筒壁混凝土，至浇筑完成6m段高筒壁后对该段高筒壁养护24小时；

其中，在第二段高筒壁顶部的最后一个分层高度混凝土浇筑时，在该段高筒壁的顶部设置立环形止水钢板，并插入该段高筒壁砼顶面二分之一的止水环高度；在第二段高筒壁作业过程中，各卷扬机始终处于提吊状态，防止筒体下沉；第二段高筒壁作业完成后，其顶端高出设计孔内泥浆液面6.3m～7m；

10)利用滑模顶升作业系统实施筒壁钢筋的逐段绑扎和混凝土的间歇性连续浇筑，直至整个筒体浇筑完成；

其中，从第三段高筒壁作业开始，筒壁钢筋仍按筒壁段高的钢筋设计尺寸逐段连接绑扎，滑模每缓缓顶升一个设定高度就浇筑同样高度的混凝土筒壁，且在浇筑完成并进行振捣后使筒体下降同样高度，等浇筑好的筒壁达到规定养护时间后，再将滑模缓缓顶升一个设定高度，如此循环作业，直至完成整个设计筒体的钢筋混凝土筒壁施工；

其中，第二段高筒壁全部下沉入设计孔内泥浆液面后，可撤去卷扬机的提吊力；其后续筒壁浇筑作业时，需要向筒体内泵入配载清水，使筒体顶部沉至所需高程；

11)筒体沉放到设计孔底部后，先用高压清水通过孔底注浆组的滑模爬升支承钢管冲击设计孔底部的沉渣，使沉渣悬浮于设计孔内的泥浆中并使筒体充分下沉，然后在筒体外周面与设计孔孔壁之间均匀围填石子至设计锁口肩台面；然后再通过筒周注浆组中的滑模爬升支承钢管向筒体的外周围填石子的空隙中压注清水，以置换围填石子空隙中的泥浆，直至围填石子的顶面返出的泥浆变为低浊度清水；

12)先通过孔底注浆组的滑模爬升支承钢管向设计孔孔底压注高压水泥浆液以加固孔底土层；再通过筒周注浆组的滑模爬升支承钢管向筒体外周围填石子的空隙压注水泥浆液，直至水泥浆液冒出围填石子顶面；

13)根据筒体的用途，在筒体顶部进行相关土建施工和设备的安装和调试。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述滑模顶升作业系统包括中空爬升千斤顶、滑模顶升门架、内模板、外模板和滑模作业平台。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，各滑模爬升支承钢管根据筒体设计深度进行分组；

其中，筒体设计深度不大于50m时各滑模爬升支承钢管分为两组；

其中，筒体设计深度大于50m时各滑模爬升支承钢管分为三组，其中两组筒周注浆组中，一组为下部筒周注浆组，另一组为上部筒周注浆组；

其中，所述孔底注浆组中的每根支承钢管均向下穿出底板钢外模，且该组中的各支承钢管的下端管口均向孔底中心倾斜，并在各管口内设有向其下端管口方向开启的单向活门；

其中，所述筒周注浆组中的每根支承钢管的末段从底板顶面位置向外弯曲，该组的每根支承钢管的下端管口均在底板钢外模与筒壁钢外模的拼接焊缝的上方向外穿出筒壁钢外模，而且管口段向上倾斜至与竖向的夹角不大于30°，并在各管口内设有向其下端管口方向开启的单向活门；

其中，所述下部筒周注浆组的每根支承钢管的末段均从底板顶面位置向外弯曲，该组的每根支承钢管的下端管口均在底板钢外模与筒壁钢外模的拼接焊缝的上方向外穿出筒壁钢外模，而且管口段向上倾斜至与竖向的夹角不大于30°，并在各管口内设有向其下端管口方向开启的单向活门；

其中，所述上部筒周注浆组的每根支承钢管的末段均从设计筒体深度的55％～60％的位置向外弯曲，该组的每根支承钢管的下端管口均穿出该位置的筒壁，而且管口段向上倾斜至与竖向的夹角不大于30°，并在各管口内设有向其下端管口方向开启的单向活门。

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