CN101736749B - 软土基连续沉箱施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种软土基连续沉箱施工方法，用于在软土基中形成由多个单独沉箱贯通构成的连续沉箱，至少包括以下步骤：1)构筑工作室工序；2)“箱体构筑-挖土下沉”工序，箱体节在邻接端上由钢构件形成钢封门并设置预埋件；3)沉箱接合工序；4)拆除工序，拆除钢封门，使多个单独沉箱贯通形成连续沉箱。本发明的施工方法中，采用钢构件形成单独沉箱邻接端的封门，相比目前采用的混凝土封门，本发明的技术安装、拆除更方便，可加快施工工期。构成钢封门的钢构件可重复利用，降低了建材成本，还可避免凿除混凝土封门时对周边沉箱结构的损伤，并省却了凿除后的废弃物处理环节。

Description

软土基连续沉箱施工方法

技术领域

本发明涉及地下空间建造方法，尤其涉及一种适合大型地下空间如地铁车站建造的连续沉箱施工方法。

背景技术

目前建造大型地下空间如城市地铁车站等的施工方法主要有明挖法、浅埋暗挖法和盖挖法等。这些施工方法都需要施作地下连续墙、钻孔桩等围护结构。随着城市发展及其地下空间的综合开发利用不断增加，地下空间开发以向大深度发展为主，这对目前的围护结构如连续墙、钻孔桩等的安全性提出了挑战。例如，随着地铁车站的建造规模及埋深的大幅增加，底下空间施工所需护围的深度也随之大幅增加。随着围护深度的增加，连续墙的稳定性以及连续墙变形过大、坑底土体的稳定性等因素对地铁车站施工质量的影响也越来越大。因此，寻找一种更为合理的施工技术来适应环境要求高、开挖深度大、施工场地狭窄的地铁车站施工是必须的。

现代气压沉箱施工方法目前是一种相对理想也较常用的地下空间建造法。其施工过程是在沉箱结构下部设置一个高气密性的钢筋混凝土结构工作室，该工作室由沉箱底板与沉箱下端的刃脚围成，与基坑底部一起合围形成气密空间。通过气压自动调节装置向工作室内注入气压与刃脚处地下水压力相等的压缩空气，防止地下水渗入工作室内，从而避免地下施工对周围环境的影响，同时实现在无水环境下进行挖掘与排土作业。该施工方法采用地面中央监控室远程操控的无人化、自动化施工技术，作业时间不受限制，挖掘效率高，施工安全可靠，气压沉箱施工方法还具有施工占用空间小、结构强度大、对周围环境影响小等优点，因此已在桥梁基础、公路隧道等地下工程中得到应用。

将气压沉箱施工方法用于地铁车站之类的大型地下空间的建造，往往需要采用多个连续排列的单体沉箱，即，需先按一定程序对连续排列的多个单体沉箱各自进行下沉施工，然后将相邻的单体沉箱的箱体节接合为一体，从而使多个单体沉箱连续形成为整体。

已有的气压连续沉箱施工方法一般包括如下步骤：

1)开挖基坑形成沉箱底部结构；必要时可作地基改良，使地基能承受该沉箱底部结构荷载；

2)安装模板，以在基坑中浇筑形成沉箱底部的工作室；

3)安装设备，工作室形成后，拆除模板，安装各种施工设备；

4)进行沉箱施工过程中的主体施工，即“箱体构筑-挖土下沉”工序，由“箱体浇筑-在工作室内挖排土使箱体下沉”构成工作循环，直至在地下形成完整的沉箱；

5)连续沉箱的接合工序，各单独的箱体浇筑下沉完毕后，采取挡土、隔水措施，采用常规的土体开挖方法(亦包括小型气压沉箱工法)开挖相邻沉箱的接合部位土体，凿除相邻沉箱间的混凝土隔墙(即沉箱的混凝土封门)；

6)拆除临时施工设施和施工设备，进行地下空间后期施工。

上述步骤中的沉箱箱体也可在施工前预制成型，例如，CN1718942A记载了一种陆地沉箱施工工艺，其中记载了一种先预制沉箱箱体的沉箱施工法，在沉箱底部封闭室内挖排土时，预制箱体随之逐渐下沉，而省去现场浇筑箱体的步骤。

然而，上述施工方法均存在以下技术问题：沉箱箱体采用混凝土封门，使得混凝土封门的凿除工程量大且工期长，在凿除时容易损伤周边的沉箱壁，且材料损耗也大。此外，采用气压沉箱工法时开挖沉箱接合部位的土体的施工导致工程整体的工期更长。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明的目的在于提供一种适用于地下空间建造的、施工方便、工期短的连续沉箱施工方法。

本发明提供了一种软土基连续沉箱施工方法，用于在软土基中形成由多个单独沉箱贯通构成的连续沉箱，至少包括以下步骤：1)构筑工作室工序：在预定位置开挖基坑，在基坑中浇筑各单独沉箱的下部工作室，然后在该下部工作室中分别安装施工设备；2)“箱体构筑-挖土下沉”工序：在各所述下部工作室上按高度方向逐步构筑钢筋混凝土结构的箱体节以形成所述单独沉箱，所述箱体节在邻接端上由钢构件形成钢封门，在所述箱体节的迎土面侧墙上靠近所述邻接端位置设置预埋件，然后挖土使所述单独沉箱下沉；重复进行上述工作循环，直至整个所述单独沉箱下沉完毕；3)沉箱接合工序：各所述单独沉箱下沉完毕后，开挖相邻的两所述单独沉箱的接合部之间土体，同时通过所述预埋件以刚性支撑构件支撑相邻的所述单独沉箱以保持箱体稳定，在开挖至预定深度后，在相邻的两所述单独沉箱的接合部之间浇筑钢筋混凝土连接墙；4)拆除工序：拆除所述钢封门，使多个所述单独沉箱贯通形成所述连续沉箱。

本发明的施工方法中，采用钢构件形成单独沉箱邻接端的封门。相比目前采用的混凝土封门，本发明的施工技术安装、拆除作业更方便，可加快施工工期。构成钢封门的钢构件可重复利用，降低了建材成本，并可避免凿除混凝土封门时对周边沉箱结构的损伤，也省却了凿除后的废弃物处理环节。

本发明的方法由于工期短，特别适用于满足工期有限制要求的软土地区地铁车站的建设项目。

在本发明的较佳实施方式中，在步骤2)中，随着所述箱体节的逐步下沉，逐节安装钢构件以形成所述钢封门；在相邻的所述钢构件之间设有止水部；所述钢构件为槽钢或工字钢或钢板。逐节安装的钢构件单件体积小，拆卸更方便。

在本发明的另一较佳实施方式中，在步骤2)中，所述预埋件为沿竖向间隔设置在所述迎土面侧墙上的预埋钢板；在步骤3)中，当开挖至所述预埋钢板的位置时，在相邻的两所述预埋钢板之间设置所述刚性支撑构件以保持箱体稳定。由于设置了预埋件，在各单独沉箱的结合部位进行施工时可用于临时固定沉箱，有利于提高施工的安全性。

附图说明

图1为本发明一具体实施例中5个单独沉箱的平面布置示意图；

图2为一单独沉箱的沉设施工示意图；

图3为多个单独沉箱的结构设计示意图；

图4为相邻的单独沉箱之间的钢封门的设置位置示意图；

图5为一钢封门的结构示意图；

图6为钢封门与框架梁的连接结构示意图；

图7为沉箱迎土面侧壁设预埋件示意图；

图8为接缝处土体开挖时挡土及止水措施示意图。

具体实施方式

以下结合附图，以地铁车站地下空间的建造为例，具体描述本发明的一具体实施例。

如图1所示，沿规划的地铁车站的纵向布置线性排列的五个单独沉箱11、12、13、14、15。沿车站横向的宽度取值与地铁车站宽度相同，纵向长度宜取1.5～2.5倍车站宽度。

在地铁车站的标准段中采用三个同一类型的沉箱12、13、14，各约为22.80m×36m。地铁车站的两端的盾构工作井分别形成两个单独沉箱11、15，相邻的两单独沉箱的间距一般约2米。

沉箱迎土面侧墙10的厚度设为：地下第一层厚为1200mm，地下第二层为1600mm(还可以有地下第三层，并在地下第三层内纵、横方向上设置中隔墙，墙厚300mm)。在沉箱迎土面侧壁10上设置多个连接相邻的两沉箱用的预埋件50(见图7)。

如图2所示，以单独沉箱12为例，在单独沉箱12的周边位置设置挡土墙与注浆帷幕(图中未示出)，在一定深度范围内采用明挖法开挖基坑土体，坑底应高出地下水面0.5～1.0m。根据地质条件进行换土垫层、地基改良，使其能够承受初期浇筑的箱体荷载。

可在刃脚21下方对应的位置上先铺设垫木，安装刃脚保护金属。然后安装模板，浇筑耐高压钢筋混凝土的工作室顶板22(即单独沉箱12的底板)和刃脚21，形成单独沉箱12底部的工作室20。在浇筑工作室20时，四边的刃脚21与工作室内顶板22应尽可能采用连续浇筑混凝土形成，以保证工作室20的气密性。工作室顶板22采用井字梁结构，减小施工阶段工作室顶板22的受力。工作室20形成后，拆除模板，安装各种施工用设备，包括送气设备、人员竖井、建材竖井、沉箱挖掘机等。

设置好工作室20后，采用气压沉箱施工法进行单个沉箱施工的主体部分，即进行“箱体构筑-挖土下沉”工作循环，直至沉箱浇筑完毕并全部下沉至设计标高。各工作循环中，构筑一浇筑高度H的沉箱箱体节23，然后在工作室20内挖土，使箱体节23下沉，下沉距离约为2/3H。

下沉挖掘时应按照先中央后四周的顺序施工，做到对称、均匀挖掘土体，层层削除刃脚21处的土堤，保留部分刃脚21处的土堤，防止空气从四边的刃脚21处泄漏；当下沉有困难时，可以采取压注触变泥浆、增加压重等促沉措施。

如图3所示，各单独沉箱的结构设计可以结合车站的具体结构形式来设计。为增加单独沉箱结构的整体刚度，使井壁受力合理，在车站结构板位置设置水平框架30，用以连接各单独沉箱11、12、13、14和15的迎土面侧墙10。因箱体跨度较大，结合车站纵梁做十字内支撑31，减小水平框架30及侧墙10的受力。

在本实施方式中，每一层箱体节的浇筑高度H基本上与地铁车站的各层高对应。具体地，每一工作循环中，在浇筑的箱体节的上方位置设置水平框架30，水平框架30的位置与地铁车站的各层高的各结构板位置相对应。

如图4所示，各单独沉箱11、12、13、14和15的迎土面侧墙10均为钢筋混凝土结构。在单独沉箱11的右端墙、单独沉箱15的左端墙、单独沉箱12、13和14的两端分别用钢构件组成钢封门40用于临时封堵。

上述工作循环中，随着各沉箱箱体节的浇筑完成，逐步安装钢构件形成钢封门40。钢构件可以是槽钢、工字钢或钢板，其中以槽钢为佳。

单独沉箱11的左端墙、单独沉箱15的右端墙中预留盾构洞洞门(图中未示出)。如，洞门采用600mm厚钢筋混凝土板，加截面为600×1800mm的井字梁支撑，并设洞边圈梁800×1800mm。

钢封门不但安装方便，在接合相邻的单独沉箱时，还可以用拆卸或切割等方法快速地拆除。

具体地，如图5所示，钢封门40采用竖向设置的槽钢41拼接而成。相邻的槽钢41之间内夹橡胶板42，然后将槽钢41与橡胶板42用螺栓43相连，橡胶板42可起到止水的作用。

如图6所示，在第一层箱体节中，形成钢封门的槽钢41的上端用螺栓连接的方式固定在该箱体节上部的水平框架30上，槽钢41的下端用螺栓连接的方式固定在刃脚的止推栏24上。槽钢41与水平框架30或刃脚的止推栏24之间还夹有橡胶板42，用于止水。

对于实施例中类似的第二层、第三层箱体节，槽钢的下端则是连接在位于其下方的水平框架上(图中未示出)。

钢封门41在浇筑单独沉箱的各箱体节时现场安装连接。施工时可在钢封门后砌砖墙或堆沙袋来抵抗钢构件变形，同时也起到下沉过程中压重的作用。

如图7所示，在箱体节浇筑时，在各单独沉箱的迎土面侧墙10的两端，沿竖向每隔3.0～5.0m设置预埋件50，如预埋钢板。这样，在开挖两单独沉箱之间的结合部位土体时，相邻的两单独沉箱的同一侧的侧墙10之间可采用钢管、工字钢或槽钢等支撑焊接钢板以临时固定沉箱，防止由于沉箱之间的土压力缺失所引起的箱体失稳现象。

同时，在沉箱的侧壁10上还可以预留钢筋套筒之类的钢筋连接器(图中未示出)，用于结合部位的连接墙施工。

如图8所示，当各单独沉箱沉设完毕后，单独沉箱12、13与灌注桩51之间采用桩径1000mm的高压旋喷桩52止水。开挖至预埋钢板50位置时，采用钢管、工字钢或槽钢等支撑焊接在相邻沉箱12、13的侧墙上相对的预埋钢板之间，用于临时固定沉箱位置。挖至一定深度后，相邻两沉箱的侧墙接合部通过预留的钢筋套筒布设钢筋骨架、浇注成与已有侧墙同等刚性和强度的钢筋混凝土连接墙，以形成刚性接头。

之后，拆除钢封门，使五个单独沉箱11、12、13、14和15成为一个整体。拆除的钢封门可重复使用。

在其他具体实施例中，如沉箱接合部位未使用上述刚性连接，也可在沉箱接合部位设置诱导缝，诱导缝中间部位设置止水带，沉箱顶板、侧壁诱导缝内侧设置接水槽。如此的结构设计，可以起到相同的止水效果。

最后，拆除临时施工设施和施工设备，进行车站顶部回填以及车站内部设备安装装修等后期施工，并与未破坏的盾构隧道进行结合施工。

本发明的施工方法中，由于单独沉箱接头的封门为钢封门，相比已有的混凝土封门，其安装、拆除方便，可加快施工工期。同时，形成钢封门的钢构件可重复利用，减少了建材成本，并避免混凝土封门凿除时对周边沉箱结构的损伤，也避免了混凝土封门凿除后的废弃物处理。

另外，在沉箱的侧墙上设置预埋件，在施工沉箱结合部位时可临时固定沉箱，施工安全。

在其他具体实施例中，在沉箱侧墙上预留钢筋套管，可快速施工沉箱结合部位的连接墙。且该连接墙是具有与沉箱钢筋混凝土侧墙同等刚性和强度的刚性接头，各沉箱被连接为一整体结构，可抑制不均匀沉降，防水性能好，抗震性能优越。

采用气压沉箱施工法，占用施工场地小，压缩空气可防止地下水涌出，对周围地层及邻近建筑物和地下管线影响小。

结合部位采用明挖法施工，可加快施工速度。

由于沉箱下沉是一个动态过程，为控制各沉箱因两端压力不对称而产生的位移和偏斜以及减少施工干扰，优选采用平行交叉作业法，进行多个沉箱的施工。所谓平行交叉作业法的具体过程如下：

如结合图1和图2所示，将三个连续的沉箱12、13、14间隔地分成两组，即，沉箱12、14为第一组，沉箱13为第二组(本实施例中该组为一个单独沉箱；在其他实施例中，也可以是间隔布置的多个单独沉箱，施工技术相同)。

首先，在第一组沉箱12、14的位置分别进行开挖基坑、浇筑和安装工作室20施工，在工作室20上方浇筑高度为H的第一层箱体节23后挖土下沉，当第一组沉箱12、14下沉一预定距离(约为2/3H)后，停止第一组单独沉箱12、14的下沉施工。然后，按与前述第一组沉箱12、14相同的施工方法，开始第二组沉箱13的下沉施工，直至第二组沉箱13也下沉一预定距离(同样约为2/3H)后，停止第二组沉箱13的下沉施工。

在前述进行第二组沉箱13的下沉挖掘的同时，进行第一组沉箱12、14的第二层箱体节的浇筑，在第二组沉箱13的下沉施工停止后，再进行第一组沉箱12、14的第二轮下沉挖掘，同时进行第二组沉箱13的第二层箱体节的浇筑。以此便形成平行交叉流水作业，使两组沉箱交替下沉。

其中，由于该预定距离小于浇筑高度H，因此每轮循环操作中有部分箱体未沉至地面下，这样有利于下一步的箱体浇筑施工。

箱体节的浇筑高度H可以预先设定，也可以根据施工进度和地基允许承载力进行调整。在本实施方式中，每一节浇筑高度H约为3.0～5.0米，基本上与地铁车站的各层高对应。

本具体实施方式中，采用气压沉箱法进行各沉箱的下沉施工，但其它沉箱下沉施工法也可用于实施本发明。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在本发明的权利要求保护范围内。

Claims (10)

1.一种软土基连续沉箱施工方法，用于在软土基中形成由多个单独沉箱贯通构成的连续沉箱，至少包括以下步骤：

1)构筑工作室工序：在预定位置开挖基坑，在基坑中浇筑各所述单独沉箱的下部工作室，然后在该下部工作室中分别安装施工设备；

2)“箱体构筑-挖土下沉”工序：在各所述下部工作室上按高度方向逐步构筑钢筋混凝土结构的箱体节以形成所述单独沉箱，所述箱体节在邻接端上由钢构件形成钢封门，在所述箱体节的迎土面侧墙上靠近所述邻接端位置设置预埋件，然后挖土使所述单独沉箱下沉；重复进行上述工作循环，直至整个所述单独沉箱下沉完毕；

3)沉箱接合工序：各所述单独沉箱下沉完毕后，开挖相邻的两所述单独沉箱的接合部之间土体，同时通过所述预埋件以刚性支撑构件支撑相邻的所述单独沉箱以保持箱体稳定，在开挖至预定深度后，在相邻的两所述单独沉箱的接合部之间浇筑钢筋混凝土连接墙；

4)拆除工序：拆除所述钢封门，使多个所述单独沉箱贯通形成所述连续沉箱。

2.如权利要求1所述的施工方法，其特征在于，在步骤2)中，随着所述箱体节的逐步下沉，逐节安装钢构件以形成所述钢封门，在相邻的所述钢构件之间设置止水部。

3.如权利要求1所述的施工方法，其特征在于，在步骤2)中，所述预埋件为沿竖向间隔设置在所述迎土面侧墙上的预埋钢板；在步骤3)中，当开挖至所述预埋钢板的位置时，在相邻的两所述预埋钢板之间设置所述刚性支撑构件以保持箱体稳定。

4.如权利要求1所述的施工方法，其特征在于，在步骤2)中，还在所述迎土面侧墙的邻接端预留多个钢筋连接器；在步骤3)中，利用预留的所述钢筋连接器在相邻的所述邻接端之间布设钢筋骨架以浇筑所述连接墙。

5.如权利要求1所述的施工方法，其特征在于，在步骤2)中，在构筑各所述单独沉箱时，各所述箱体节的高度与所述基坑中对应的地下空间层的高度相适应，使各所述箱体节中水平框架的位置与所述地下空间层中各结构板的位置相对应；并且，各所述箱体节中，形成所述钢封门的钢构件竖向排列，所述钢构件的上端固定连接在位于上方的所述水平框架 上，所述钢构件的下端固定连接在位于下方的所述水平框架或所述单独沉箱的刃脚上。

6.如权利要求1所述的施工方法，其特征在于，在各所述单独沉箱的接合部上设置有诱导缝，在所述诱导缝的中间部位设置有止水带，各所述单独沉箱的顶板、侧墙诱导缝内侧分别设置接水槽。

7.如权利要求1所述的施工方法，其特征在于，采用气压沉箱法使各所述单独沉箱下沉，按照先中央后四周的顺序挖土，层层削除刃脚处的土体；同时保留所述刃脚处的部分土体以防止空气从所述刃脚处泄漏。

8.如权利要求7所述的施工方法，其特征在于，还采取压注触变泥浆和/或增加压重法促使所述单独沉箱下沉。

9.如权利要求1所述的施工方法，其特征在于，将线性排列的多个所述单独沉箱间隔分成两组或以上，采用平行交叉作业法，使各组所述单独沉箱交替下沉。

10.如权利要求1所述的施工方法，其特征在于，在步骤4)后拆除所述施工设备。 

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