CN102505704A - 软弱地质竖井中大型沉井施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种软弱地质竖井中大型沉井施工方法，包括以下步骤：首先对开挖出来的调压井平台进行初步平整，然后进行第一节沉井立模浇筑，第一节沉井完成后，开始第一节沉井开挖下沉施工，当第一节沉井顶部下沉至调压井平台或稍高于调压井平台时，停止挖土施工，接着进行第二节沉井立模浇筑，再进行第二节沉井开挖下沉施工，按照上述沉井立模浇筑与沉井开挖下沉施工交替作业的方法进行施工直到设计深度。本发明采用沉井下沉施工，开挖中采用先硬后软的开挖方法，既能保证安全，又能确保顺利下沉施工，同时避免不发生倾斜和突降，造成砼缺陷，本发明还具有安排合理、统筹兼顾、有效地缩短工期及减少投资等优点。

Description

软弱地质竖井中大型沉井施工方法

技术领域

本发明涉及水电站调压井沉井工程施工方法，具体来说是软弱地质竖井中采用沉井固壁的施工技术，是一套系统、完整的适合砂卵砾石及软岩地质条件下的沉井施工方法。

背景技术

水电站调压井工程为圆形断面，其竖井的开挖直径大(≥20m)，井深段长(≥50m)，特别是在地质条件为砂卵砾石层，成井较差的地质条件下，按照一般的施工方案不但难以组织施工，还存在很大的安全风险，影响水电站总体工程进度目标的实现。

国内水电站调压井开挖技术已经相当成熟，对于跨度大，井身高和地质条件差的竖井开挖基本采用超“前加固+锚杆+钢支撑+喷护混凝土”的联合支护，自上而下，分层紧跟开挖面作为一期支护，液压滑膜二衬的施工方案。优点：施工工艺简单，难度小。缺点：井筒直径大支护刚性柔，岩石暴漏时间长，开挖、临时支护与永久衬砌之间间隔时间长，对于软弱地质施工中很难找寻合适的锚固段，且成孔困难，存在很大的安全风险。

在现有技术中，专利申请号为：201110032185.0，发明名称为：一种用于软弱土地层的钢筋混凝土沉井施工。该发明公开了一种用于软弱土地层的钢筋混凝土沉井施工方法，具体包括步骤：1、清除沉井的井壁刀刃底部的障碍物，通过水源提供水，将水加压到压力大于1.2MPa高压水；2、利用上述的高压水冲击筒体内的土地，土地破碎后与水枪射出的水混合成泥浆；3、将上述泥浆进行抽吸，输送到沉井筒体外；4、随着沉井筒体内的土面逐渐降低，沉井筒体借其自重不断下沉。该发明避免挖深锅底，减少沉井突沉现象，易于保证沉井施工质量，便于控制沉井终沉标高，降低工程成本。但该发明需要施工现场大量的水资源，施工方法受到限制。

另外，专利申请号为：200910093259.4，发明专利名称为：一种沉井施工方法。该发明提供一种沉井施工方法，当沉井结构由于井壁与其接触的土层摩擦力过大，无法下沉而形成悬挂时，由下列步骤进行操作：1，扩大沉井结构下部的土层半径，即在沉井结构下部、沿着井壁刃脚四周，进行挖土、将沉井结构下部的土层半径在原来基础上扩大；2，在沉井结构的外侧土层开凿钻孔；3，往钻孔内填塞炸药；4，起爆炸药、消除悬挂状态。该发明可以保障工程顺利的进行，同时不耽误工期。该发明主要采用爆破施工方法，而且不适于软弱地质的施工。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述问题而提供一种软弱地质竖井中大型沉井施工方法，该方法能保证施工安全、安排合理、统筹兼顾、有效地缩短工期及减少投资。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种软弱地质竖井中大型沉井施工方法，包括以下步骤：首先对开挖出来的调压井平台进行初步平整，然后进行第一节沉井立模浇筑，第一节沉井完成后，开始第一节沉井开挖下沉施工，当第一节沉井顶部下沉至调压井平台或稍高于调压井平台时，停止挖土施工，接着进行第二节沉井立模浇筑，再进行第二节沉井开挖下沉施工，按照上述沉井立模浇筑与沉井开挖下沉施工交替作业的方法进行施工直到设计深度。

上述技术方案的进一步改进是，所述沉井井壁立模包括以下几个步骤：(1)位置、尺寸和标高复核与弹线；(2)刃脚支模；(3)井壁内模支设；(4)井壁外模支设；(5)井壁模板支撑加固；(6)模板检查与验收。

上述技术方案的进一步改进是，所述第(5)步骤中，第一节沉井井壁立模过程中，井壁的内模板、外模板均采用上、中、下三道支撑进行加固；第二节沉井井壁立模过程中，井壁外模板采用上、中、下三道支撑进行加固，井壁内模板采用井内设置悬挑排架与水平钢管支撑的方法进行加固，水平钢管支撑呈辐射状，一端与内壁悬挑排架连接，另一端与内模的竖向龙骨连接。

上述技术方案的进一步改进是，在砂砾石层中，沉井开挖下沉采用碗形破土自重方式，先挖中间，逐渐挖向四周，每层挖土厚度0.4-0.5m，沿刃脚周围保留0.8-1.5m宽的土堤，然后沿沉井壁，向刃脚方向逐层、全面、对称、均匀的削薄土层，每次削5-10cm，开挖刃脚和斜面下部位时，按照计算好的开挖半径和预留开挖面积进行预留，并做出标示，开挖至计算位置时，如果沉井仍不下沉，则分段对称地将刃脚下掏空或继续从中间向下进行第二层破土。

上述技术方案的进一步改进是，沉井施工完成以后将沉井结构与永久衬砌结合。

本发明的有益效果是：

1、成功地解决了厚覆盖层条件下的开挖问题，缩小了施工用地，同时也解决了大范围的施工征地问题。

2、工程施工进度快，干扰因素少，有利于安全、文明施工。

3、采用初期支护为永久衬砌结合方式，有利于节约工程投资，同时减少了大量的土方明挖，节约了土地，减少了弃渣，在保护环境方面具有明显的社会效益，为同类工程施工提供了宝贵的经验，值得借鉴，同时软弱地质竖井中大型沉井施工技术填补了这一技术领域的空白。

4、沉井下沉施工，开挖中采用先硬后软的开挖方法也是一种首创，既能保证安全，又能确保顺利下沉施工，同时避免不发生倾斜和突降，造成砼缺陷。

5、沉井结构作为永久衬砌的一种结合，减少了沉井初期支护又减少沉井施工完成后的永久混凝土衬砌结构，资金节省额度大，且安全高效。

6、本发明所述方法在应用中产生显著的经济效益，以四川某一施工项目为例，如使用本发明所述方法，原预算调压井土石方明挖单价为9.09元/m³，但实际开挖成本达到了13元/m³，明亏2.91元/m³。通过应用本发明技术，将原设计34.2万方的土方明挖减少到15.7万m³，减少了18.5万m³，共减亏35.34万元。

其次，使用本发明所述方法，增加沉井产生的经济效益，原预算混凝土单价包括主材为256.287元/m³，钢筋制作安装为5098元/t，合计130.66万元；混凝土2173.25m³，单价562元/m³，合计122.14万元；井挖10468.6m³，单价为24元/m³，合计25.12万元；总计新增产值277.92万元，能够为施工单位新增利润约30万元。

再次，使用本发明所述方法减少土方明挖，降低投资成本，依托本发明施工方法，工程施工技术应用研究减少土方明挖后，土方减少18.5万m³，单价11元/m³，降低工程投资203.5万元。减少征地及弃渣场节省费用，依托工程施工技术，应用研究减少征地及弃渣场占地约30亩，每亩征地费用为8万元，该项节省投资约240万元。同时减少一期支护工程量，节约时间。

综上，所述施工项目，应用本发明方法能够直接产生约400多万元经济效益。

附图说明

图1是本发明所述软弱地质竖井中采用沉井固壁的施工方法的水电站调压井剖面示意图；

图2是本发明所述软弱地质竖井中采用沉井固壁的施工方法的沉井开挖塔机吊渣示意图；

图3是本发明所述软弱地质竖井中采用沉井固壁的施工方法的沉井开挖导井溜渣示意图；

图4是本发明所述软弱地质竖井中采用沉井固壁的施工方法的沉井分段开挖下沉示意图；

图中：1-沉井、2-主井、3-阻抗孔、4-压力管道，5-井壁，6-反铲，7-简易吊斗，8-塔吊，9-装载机，10-汽车，11-土堤，12-大挖机，13-导井。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步的详细说明：

如图1所示，调压井包括沉井1、主井2、阻抗孔3和压力管道4。本发明一种软弱地质竖井中大型沉井施工方法，包括以下步骤：首先对开挖出来的调压井平台进行初步平整，然后进行第一节沉井立模浇筑，第一节沉井完成后，开始第一节沉井开挖下沉施工，当第一节沉井顶部下沉至调压井平台或稍高于调压井平台时，停止挖土施工，接着进行第二节沉井立模浇筑，再进行第二节沉井开挖下沉施工，按照上述沉井立模浇筑与沉井开挖下沉施工交替作业的方法进行施工直到设计深度。

所述沉井井壁立模包括以下几个步骤：(1)位置、尺寸和标高复核与弹线；(2)刃脚支模；(3)井壁内模支设；(4)井壁外模支设；(5)井壁模板支撑加固；(6)模板检查与验收。所述第(5)步骤中，第一节沉井井壁立模过程中，井壁的内模板、外模板均采用上、中、下三道支撑进行加固；第二节沉井井壁立模过程中，井壁外模采用上、中、下三道支撑进行加固，井壁内模采用井内设置悬挑排架与水平钢管支撑的方法进行加固，水平钢管支撑呈辐射状，一端与内壁悬挑排架连接，另一端与内模的竖向龙骨连接。

在砂砾石层中，沉井开挖下沉采用碗形破土自重方式，先挖中间，逐渐挖向四周，每层挖土厚度0.4-0.5m，沿刃脚周围保留0.8-1.5m宽的土堤，然后沿沉井壁，向刃脚方向逐层、全面、对称、均匀的削薄土层，每次削5-10cm，开挖刃脚和斜面下部位时，按照计算好的开挖半径和预留开挖面积进行预留，并做出标示，开挖至计算位置时，如果沉井仍不下沉，则分段对称地将刃脚下掏空或继续从中间向下进行第二层破土。作为优选方式，沉井施工完成以后将沉井结构与永久衬砌结合。

工程实施例：

以中国甘肃省喜儿沟水电站调压井中大型沉井施工为例进一步说明：

1、沉井立模浇筑

(1)沉井浇筑分节设置

本沉井采用分节制作，分段下沉，底节沉井需满足自重荷载全面作用在刃脚踏面的承载要求，经过试算，底节高度为300cm、踏面宽度为30cm时满足要求。沉井原总高36m，共分13节，底节和最后一节层高为300cm，其余各节层高为275cm，设计变更为65米高度时仍按3米一节浇注下沉施工，随时观测刃脚变形情况。

(2)场地平整

场地在开挖结束后，要进行整平和压实处理，采取在沉井踏面部位浇筑10cm厚的素混凝土找平。

(3)沉井井壁制作

A、制作方式

沉井采用在始沉地面1589高程平台现场制作，制作与下沉交替进行。

B、沉井模板

模板是沉井制作过程中的关键工序，其设计选型、用料、制作及现场安装等方法直接关系到沉井的工程质量与施工安全。根据本工程沉井施工的特点与要求，模板的工艺技术与施工方法作以下考虑：

①、模板的设计选型：刃脚的内外模全部采用组合式的定型钢板，采用手拉葫芦安装，以提高效率。井壁平面模板选取P3015、P1015等规格，以满足圆形井壁的施工要求。围檩采用Φ25钢筋弯弧形成，竖向龙骨采用φ48×3.5钢管。模板之间的连接件采用配套的U形卡、L形插销、钩头螺栓及对拉螺栓等。

②、模板安装的工艺流程：位置、尺寸、标高复核与弹线→刃脚支模→井壁内模支设(配合钢筋安装)→井壁外模支设(配合完成钢筋验收)→模板支撑加固→模板检查与验收。

③、沉井的制作高度较高，混凝土浇筑时对模板所产生的侧向压力也相应较大。为了防止浇砼时发生胀模或爆模情况，井壁内外模板必须采用φ10对拉螺杆紧固，对拉螺杆用φ20的PVC管包裹，以便于对拉螺栓重复利用。对拉螺栓的纵横向间距均为500mm。底部第一道对拉螺栓的中心离地250mm。

④、第一节沉井制作时，井壁的内外模板均采用上、中、下三道支撑进行加固，以保证模板的刚度与整体稳定性。第二节沉井制作时，井壁外模仍按上述方法采用支撑，井壁内模可采用井内设悬挑排架与水平钢管支撑的方法进行加固。水平钢管支撑呈辐射状，一端与内壁悬挑排架连接，另一端与内模的竖向龙骨连接。模板支立时先支内模，待钢筋绑扎完毕后再封外模。

⑤、封模前，各种预埋件或插筋应按要求位置用电焊固定在主筋或箍筋上。预留套管或预留洞孔的钢框应与钢筋焊接牢固，并保证位置准确。

C、钢筋制作安装

钢筋连接采用套筒连接，钢筋接头满足设计图纸和《混凝土结构工程及验收规范》(GB50204-92)的要求。安装好的钢筋保证钢筋数量、型式、位置与图纸要求一致，钢筋保护层厚度符合施工图纸要求。同时对钢筋要采用足够的架立筋，保证钢筋网的稳固，避免浇筑混凝土时钢筋网的变形。

D、井壁混凝土施工

由于仓位较长，仓位面积较大，混凝土入仓强度较高，直接采取混凝土卧泵入仓的手段，接缝砂浆在老混凝土面上边摊铺边浇筑混凝土。混凝土振捣时采用电动高频插入式φ80mm型振捣器，混凝土入仓后按梅花型插入进行振捣。对于模板周围、金结、埋件等附近地方采用φ50mm电动软轴插入式振捣器振捣。混凝土浇筑时应选用有经验的工人按规范操作，防止过振和漏振，严禁在仓内加水，以免影响混凝土的质量。

所有部位混凝土施工中，应选用具有丰富经验的质检人员旁站盯仓；不合格的混凝土严禁入仓并弃置在指定地点，同时作好浇筑现场的施工记录。

E、养护、拆模

混凝土浇筑完毕后12小时内应采取养护措施，可对混凝土表面覆盖和浇水养护，井壁侧模拆除后应悬挂草帘并浇水养护，每天浇水次数应满足能保持混凝土处于湿润状态的要求。浇水养护时间的规定为：采用普通硅酸盐水泥时不得少于7天，当混凝土中掺有缓凝型外加剂或有抗渗要求时不得少于14天。当洒水养护影响沉井下沉时可采取喷养护剂的办法进行养护。

模板的拆除应根据各部位的特点，按规范规定的混凝土需达到的强度要求，决定模板拆除时间，防止因抢进度提前拆模，从而影响混凝土的外观质量。

2、沉井开挖下沉

本工程的沉井直径较大，采用机械挖土。前期36米为了机械在里面回转方便，选用YC35-6小型反铲6开挖并装入自制的简易吊斗7内，开挖料利用布置在井边的塔吊8吊出，并卸在调压井顶部平台，再用装载机9装15t自卸汽车10运往指定的弃渣场，具体开挖布置形式见图2；后期29米换日立225大挖机12在井底进行开挖，利用导井13进行溜渣，然后再用装载机9装15t自卸汽车10通过隧洞运往指定的弃渣场，具体开挖布置形式如图3所示；对孤石采用预裂爆破结合液压破碎锤开挖处理。在砂砾石层中，挖土方法采用碗形破土自重方式。先挖中间，逐渐挖向四周，每层挖土厚度0.4m，沿刃脚周围保留1m宽的土堤11，然后沿沉井壁，按每人负责2m一段进行全面、对称、均匀的开挖(按图中a、b、c顺序依次进行开挖)，然后对图中d所示进行削薄土层，每次削5-10cm，开挖刃脚和斜面下部位时，按照计算好的开挖半径和预留开挖面积进行预留，并做出标示。开挖至计算位置时，要及时撤离，注意安全，此时土层经不住刃脚的挤压而破裂，沉井便在自重作用下，均匀垂直破土下沉。当土堤挖至刃脚，沉井仍不下沉，可采取分段对称地将刃脚下掏空或继续从中间向下进行第二层破土的方法，具体开挖下沉如图4所示。在孤石密集井段，开挖刃脚底部时遵循先硬后软。

沉井下沉过程中，若已歪斜，可在开始下沉时，采取在歪斜相反的方向，刃脚较高的部位一侧加强挖土，在歪斜方向较低的一侧少挖土来纠正。下沉时若遇到小孤石或块石被搁置时，可将四周土挖空后取出，对较大孤石或块石，可用静态破碎剂进行破碎，然后清除，使沉井下沉。后来在孤漂石较多地层，为避免歪斜，经专家讨论，先处理孤漂石，再挖土，效果较好。

3、测量控制

(1)沉井位置与标高的控制：在沉井外部地面及井壁顶部设置纵横十字中心线和水准基点，通过全站仪的经常测量和复核，达到控制沉井位置和标高的目的。

(2)沉井垂直度的控制：在井筒内按4等分作出垂直轴线的标记，各吊线坠逐个对准其下部的标板以控制垂直度，并定期采用全站仪进行垂直偏差观测。挖土时，随时观测沉井的垂直度，当线坠离标板墨线达50mm时，或四周标高不一致时，及时采取纠偏措施。

(3)沉井下沉控制：在井筒外壁周围测点弹出水平线，并在井筒外壁上的四等分点处用墨线弹出标尺，每20mm一格，用水准仪及时观测沉降值。

(4)沉井过程中的测量控制措施：沉井下沉时对其位置、垂直度及标高(沉降值)进行观测，每班至少测量两次(在班中和每次下沉后测量一次)。沉井接近设计的底标高时，应加强观测，每2小时一次，预防超沉。

(5)测量工作的管理措施：沉井的测量工作由专人负责。每次测量数据均如实记录，并制表发送给有关各部门。测量时如发现沉井有倾斜、位移、沉降不均或扭转等情况，立即通知值班技术负责人，以便指挥操作人员采取相应措施，使偏差控制在规范允许的范围以内。

(6)沉井沉完就位后底面和顶面中心与设计中心的偏差，均符合下列规定：纵横方向为沉井高度的1/50(包括因倾斜而产生的位移)；最大偏斜度为沉井高度的1/50；平面扭转角偏差不得大于1°。

本发明适用范围：

该发明适用于地质条件为冲积含漂石砂卵石覆盖层和软岩条件下的直径≥25m、深度≥65m的沉井施工，也特别适合同类地质条件下水电站调压井开挖施工。

Claims (5)

1.一种软弱地质竖井中大型沉井施工方法，其特征在于：包括以下步骤：首先对开挖出来的调压井平台进行初步平整，然后进行第一节沉井立模浇筑，第一节沉井完成后，开始第一节沉井开挖下沉施工，当第一节沉井顶部下沉至调压井平台或稍高于调压井平台时，停止挖土施工，接着进行第二节沉井立模浇筑，再进行第二节沉井开挖下沉施工，按照上述沉井立模浇筑与沉井开挖下沉施工交替作业的方法进行施工直到设计深度。

2.根据权利要求1所述的软弱地质竖井中大型沉井施工方法，其特征在于：所述沉井立模浇筑包括沉井井壁立模和井壁混凝土施工，所述沉井井壁立模包括以下几个步骤：(1)位置、尺寸和标高复核与弹线；(2)刃脚支模；(3)井壁内模支设；(4)井壁外模支设；(5)井壁模板支撑加固；(6)模板检查与验收。

3.根据权利要求2所述的软弱地质竖井中大型沉井施工方法，其特征在于：所述第(5)步骤中，第一节沉井井壁立模过程中，井壁的内模板、外模板均采用上、中、下三道支撑进行加固；第二节沉井井壁立模过程中，井壁外模采用上、中、下三道支撑进行加固，井壁内模采用井内设置悬挑排架与水平钢管支撑的方法进行加固，水平钢管支撑呈辐射状，一端与内壁悬挑排架连接，另一端与内模的竖向龙骨连接。

4.根据权利要求1所述的软弱地质竖井中大型沉井施工方法，其特征在于：在砂砾石层中，沉井开挖下沉采用碗形破土自重方式，先挖中间，逐渐挖向四周，每层挖土厚度0.4-0.5m，沿刃脚周围保留0.8-1.5m宽的土堤，然后沿沉井壁，向刃脚方向逐层、全面、对称、均匀的削薄土层，每次削5-10cm，开挖刃脚和斜面下部位时，按照计算好的开挖半径和预留开挖面积进行预留，并做出标示，开挖至计算位置时，如果沉井仍不下沉，则分段对称地将刃脚下掏空或继续从中间向下进行第二层破土。

5.根据权利要求1所述的软弱地质竖井中大型沉井施工方法，其特征在于：沉井施工完成以后将沉井结构与永久衬砌结合。

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