CN103485792A - 墙内活动封门机构及预留洞口的地下连续墙施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种墙内活动封门机构及使用该墙内活动封门机构进行预留洞口的地下连续墙施工的方法，该墙内活动封门机构包括封门主体结构及至少一项的封门子部件，封门子部件包括后张拉反压力加载装置、封门滑槽、封门接缝止水装置、接触面减摩装置、注液管路、封门附属提升装置、封门力学变形及渗水监测装置；在将钢筋笼下放前，预先将囊袋设在钢筋笼中的预留洞口内，在钢筋笼吊装下放的过程中，同时进行墙内活动封门机构的吊装下放，吊装完成后浇注混凝土，使连续墙浇筑成墙，连续墙浇筑成墙后，基坑开挖时将囊袋回收，则预留洞口的地下连续墙形成。与现有技术相比，本发明无须破除连续墙墙体，实现隧道和地下工程施工穿越连续墙的连贯作业。

Description

墙内活动封门机构及预留洞口的地下连续墙施工方法

技术领域

本发明涉及一种需开洞的地下连续墙施工方法及封门装置，尤其是涉及一种墙内活动封门机构及预留洞口的地下连续墙施工方法，适用于盾构隧道工程盾构进出洞地下连续墙的打开和其它地下工程中地下连续墙的开洞。

背景技术

对于盾构隧道工程中盾构进出洞时的地下连续墙开洞和其它地下工程中的连续墙开洞，目前现有技术主要是人工凿除；对于盾构进出洞时的连续墙开洞还可以采用局部GFRP(Glass-Fiber-Reinforced polymer，玻璃纤维增强聚合物)筋地下连续墙+盾构直接切削施工技术。

1.人工凿除的具体做法为：凿除前根据土层的性质进行墙外土体加固，在待凿区域搭设脚手架，用风镐分块、分层凿除混凝土，割除钢筋，破除结束后清理凿除的混凝土碎块。人工凿除法的缺点：

(1)人工作业，危险性高，施工效率低下、施工周期长，增加了总工期；

(2)人工凿除作业，操作无法精确保证，并对结构产生施工冲击荷载，增加了墙体结构的损伤，降低了结构的安全性；

(3)由于人工作业效率低，凿除后土层临空面的长时间暴露，增加了土层失稳和地下水涌出的风险；

(4)对于盾构进出洞的混凝土凿除，一般留一定厚度墙体由盾构刀盘切削，增加了刀具的磨损，增大了盾构掘进的风险；

(5)为保证土层稳定，地层加固厚度一般相对较大，增加了工程成本；

(6)凿除掉较大体量的钢筋混凝土，不利于工程施工的节能环保。

2.局部GFRP(Glass-Fiber-Reinforced polymer，玻璃纤维增强聚合物)筋地连墙+盾构直接切削技术，其主要方法为：在需开洞的区域配GFRP筋，GFRP筋骨架与钢筋骨架进行连接处理，用钢桁架对GFRP筋骨架进行加固以满足掉装要求，再进行水下混凝土浇筑，开洞区域降低混凝土等级；盾构进出洞时，刀盘直接切削GFRP盘混凝土进出工作井。该法存在的不足：

(1)GFRP筋混凝土结构，在国内的应用还不是很广泛，对其力学变形性能的掌握还不是很充分，技术应用上具有一定的风险性；

(2)盾构进出洞时须对混凝土进行直接切削，对刀具有较大损伤；

(3)切削掉较大体量的GFRP筋混凝土，同样不满足施工的节能环保的要求。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种墙内活动封门机构及一种无须破除连续墙墙体，墙内预留洞口的地下连续墙施工的方法，实现隧道和地下工程施工穿越连续墙的连贯作业。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种墙内活动封门机构，该墙内活动封门机构包括封门主体结构及至少一项的封门子部件，所述的封门主体结构包括洞口封门段及连接封门段，所述的洞口封门段及连接封门段由连接接头连接。

所述的封门子部件包括后张拉反压力加载装置、封门滑槽、封门接缝止水装置、接触面减摩装置、注液管路、封门附属提升装置、封门力学变形及渗水监测装置，所述的后张拉反压力加载装置设在洞口封门段的中间位置，所述的封门滑槽设在封门主体结构的四周，所述的封门接缝止水装置设在封门主体结构与封门滑槽之间及封门滑槽与墙体之间的缝隙处，所述的接触面减摩装置设在封门主体结构的前后平面上，所述的注液管路贯通布设在封门主体结构内部，所述的封门附属提升装置设在封门主体结构的两侧，所述的封门力学变形及渗水监测装置设在封门主体结构的顶部。

洞口封门段要保证足够的强度和刚度支挡外侧土体，采用轻质高强材料或格构式结构形式制作，连接封门段可适当降低刚度。

所述的后张拉反压力加载装置设在洞口封门段的中间位置，所述的后张拉反压力加载装置由锚具、夹具、千斤顶、预应力钢铰线、垫块和反压力加载钢架组成，所述的后张拉反压力加载装置向外侧土体主动加载压力，减小墙内活动封门机构的变形。

所述的封门滑槽由与墙体强度相同的混凝土制成，封门滑槽的形状为管形或杯形，封门滑槽的内外两侧面和底面预埋一定宽度的止水铁皮，外侧面止水铁皮和连续墙相连，内侧面止水铁皮和封门止水装置相连。

所述的封门接缝止水装置包括封门主体结构与封门滑槽间的止水构件、封门滑槽与连续墙连接间的止水装置和洞口封门段与连接封门段连接处的止水构件；所述的封门主体结构与封门滑槽间的止水构件由橡胶油囊、防水油膏注液管嘴和封门滑槽内侧止水铁皮组成；所述的封门滑槽与连续墙连接间的止水装置为封门滑槽外侧的止水铁皮；所述的洞口封门段与连接封门段连接处的止水构件为止水橡胶带及施压组件。

所述的接触面减摩装置由封门主体结构前后面设置的减摩剂注液管嘴组成。

所述的注液管路包括橡胶油囊注油管、防水油膏注液管、减摩剂注液管及注浆管，所述的注液管路密封于活动封门主体结构内，洞口封门段与连接封门段连接处的注液管路均通过接头管密封连接；所述的注浆管在封门内贯通布置，管嘴设置于封门底边。

所述的封门附属提升装置由油压动力系统或卷扬动力系统和提升架组成。

所述的封门力学变形及渗水监测装置为监测封门水平位移、封门钢框架的应力与应变、封门与滑槽间的渗水的装置。

一种使用墙内活动封门机构进行预留洞口的地下连续墙施工的方法，该方法包括以下步骤：

(1)在将钢筋笼下放前，预先将囊袋(水囊、气囊、油囊或者用其它低强度材料充填)设在钢筋笼中的预留洞口内，钢筋笼下放过程中，逐渐向囊袋中注入相应液体：

(2)在钢筋笼吊装下放的过程中，同时进行墙内活动封门机构的吊装下放，与钢筋笼下放相互配合，使墙内活动封门机构放置于钢筋笼中的预留洞口的后方；

(3)向钢筋笼内浇注混凝土，使连续墙浇筑成墙；

(4)连续墙浇筑成墙后，基坑开挖过程中，将囊袋回收，则预留洞口的地下连续墙形成，洞口处的水土压力由特定活动封门装置支挡。

与现有技术相比，本发明具有以下优点及有益效果：

1.墙内预留洞口，无须对墙体混凝土进行破除，节省了材料和人工，缩短了工期，节约了成本，具有较强经济效益：

2.可以根据设计需要，预留规定形状的洞口，并对洞圈进行设计上的加固，从而有效保证洞圈和墙体的强度和稳定；

3.预留洞口，取消了破除混凝土工序节点，有利于施工组织上流水作业的优化，对于盾构进出洞，可以连贯作业，降低了盾构进出洞的风险，缩短了工期，具有较强经济效益；

4.对于盾构进出洞，预留洞口避免了刀盘切削混凝土，减小了刀具的磨损，降低了盾构出洞发生机械故障的风险；

5.对于盾构进出洞，封门可以有效保证土体稳定，因此可以大幅减小墙外地层加固的范围，具有较强经济效益；

6.封门可以重复使用，符合节能环保的要求；

7.封门中的监测系统，可以对封门的受力和变形状态、接缝渗水情况进行监测，从而有效保证施工过程中的安全控制。

附图说明

图1为施工状态时预留洞口地下连续墙俯视图；

图2为施工状态时预留洞口地下连续墙正立面图；

图3为洞口填充囊袋结构示意图；

图4为图1所示A-A剖面图；

图5为封门主体结构与封门滑槽间的止水构件；

图6为后张拉反压力加载装置侧立面结构示意图；

图7为后张拉反压力加载装置正立面结构示意图；

图8为墙内活动封门机构顶面俯视结构示意图；

图9为连接封门段前后立面结构示意图；

图10为封门滑槽俯视结构示意图；

图11为杯形封门滑槽正立面结构示意图；

图12为管形封门滑槽正立面结构示意图；

图13为洞口封门段前立面结构示意图；

图14为洞口封门段后立面结构示意图；

图15为墙内活动封门机构侧立面结构示意图；

图16为封门提升架正视结构示意图；

图17为封门提升架俯视结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例1

一种墙内活动封门机构，如图1及图2所示，墙内活动封门机构2设在连续墙幅1的外侧，该墙内活动封门机构包括封门主体结构及至少一项的封门子部件，封门主体结构包括洞口封门段及连接封门段，洞口封门段及连接封门段由连接接头连接。

封门子部件包括后张拉反压力加载装置、封门滑槽、封门接缝止水装置、接触面减摩装置、注液管路、封门附属提升装置、封门力学变形及渗水监测装置，后张拉反压力加载装置设在洞口封门段的中间位置，封门滑槽设在封门主体结构的四周，封门接缝止水装置设在封门主体结构与封门滑槽之间及封门滑槽与墙体之间的缝隙处，接触面减摩装置设在封门主体结构的前后平面上，注液管路贯通布设在封门主体结构内部，封门附属提升装置设在封门主体结构的两侧，封门力学变形及渗水监测装置设在封门主体结构的顶部。

封门主体结构如图8、图9、图13、图14及图15所示，封门主体结构包括洞口封门段23及连接封门段22，洞口封门段23及连接封门段22由连接接头21连接。洞口封门段23要保证足够的强度和刚度支挡外侧土体，采用轻质高强材料或格构式结构形式制作，连接封门段22可适当降低刚度。

后张拉反压力加载装置10设在洞口封门段23的中间位置，结构及位置如图4、图6及图7所示，后张拉反压力加载装置10由锚具、夹具、千斤顶、预应力钢铰线18、垫块19和反压力加载钢架20组成，后张拉反压力加载装置10向外侧土体加载压力，减小墙内活动封门机构2的变形。

封门滑槽8由与墙体强度相同的混凝土制成，封门滑槽8的形状为管形或杯形，如图10、图11及图12所示，封门滑槽8的内外两侧面和底面预埋一定宽度的止水铁皮17，外侧面止水铁皮17和连续墙相连，内侧面止水铁皮17和封门止水装置相连。

封门接缝止水装置包括封门主体结构与封门滑槽间的止水构件、封门滑槽与连续墙连接间的止水装置和洞口封门段与连接封门段连接处的止水构件；封门主体结构与封门滑槽8间的止水装置由橡胶油囊14、橡胶油囊注油管15、防水油膏注液管13、管嘴16和封门滑槽8内侧止水铁皮17组成，结构如图5及图13所示；封门滑槽8与连续墙连接间的止水装置为封门滑槽8外侧的止水铁皮17；洞口封门段23与连接封门段22连接间的止水装置为止水橡胶带及施压组件。

接触面减摩装置由封门主体结构前后面设置的减摩剂注液管嘴24组成，其结构如图14所示。

注液管路包括橡胶油囊注油管15、防水油膏注液管13、减摩剂注液管11及注浆管12，注液管路密封于活动封门主体结构内，洞口封门段23与连接封门段22连接处均通过接头管密封连接。

封门附属提升装置由油压动力系统或卷扬动力系统27、提升架26及封门提升架底座28组成，结构如图16及图17所示。

封门力学变形及渗水监测装置为监测封门水平位移、封门钢框架的应力与应变、封门与滑槽间的渗水的系统。其中监测封门水平位移由测斜管29完成，其结构位置关系如图4所示。

如图1及图2所示，墙内活动封门机构2设在连续墙幅1的外侧，囊袋4设在连续墙幅1的预留洞口3内，其中囊袋4的结构如图3所示，囊袋4为水囊、气囊或油囊，囊袋4通过软管5向内通入水、其他液体或气体。

图4为图1中A-A面剖视结构示意图，封门结构框架7的外侧设有封门滑槽8，封门结构框架7的左右两侧设有封门侧边止水装置9。

一种使用墙内活动封门机构进行预留洞口的地下连续墙施工的方法，该方法包括以下步骤：

(1)在将钢筋笼下放前，预先将水囊、气囊或油囊(或者用其它低强度材料充填)设在钢筋笼中的预留洞口内；

(2)在钢筋笼吊装下放的过程中，同时进行墙内活动封门机构的吊装下放，与钢筋笼下放相互配合，使墙内活动封门机构放置于钢筋笼中的设计位置；

(3)向钢筋笼内浇注混凝土，使连续墙浇筑成墙；

(4)连续墙浇筑成墙后，将水囊、气囊或油囊回收，撤掉墙内活动封门机构，则预留洞口的地下连续墙形成，洞口处的水土压力由特定活动封门装置支挡。

实施例2

一种预留洞口的地下连续墙施工方法及墙内活动封门机构装置，包括连续墙墙幅1和活动封门装置2，其设计的几何尺寸与地层参数、地下水、基坑开挖深度、洞口位置以及所采用的结构材料特性等相关，当墙厚超出普通墙厚进，要进行超挖；连续墙墙体结构6中的钢筋配筋在洞圈位置要进行加密，保证开洞墙幅的受力稳定，洞周预埋一圈钢板并设置连接法兰，以便其它构件与洞圈的连接并加强洞圈的整体稳定；预留洞口3可以是圆形也可以是方形，根据工程设计需要确定。

预留洞口的地下连续墙施工时，在钢筋笼下放前，预先将囊袋4布置在预留洞口3内，钢筋笼下放时，边下放边通过软管5向囊袋内注入水或其它液体，控制压力直到钢筋笼下放至设计位置，水下混凝土浇筑时，软管5靠墙内侧土体放置，并采取相应的隔离措施，基坑开挖后，对囊袋4和软管5进行回收；

预留洞口的地下连续墙施工时，在钢筋笼吊装下放的过程中，同时进行墙内活动封门机构2的吊装下放，与钢筋笼下放相互配合，使封门放置于钢筋笼中的设计位置；封门吊装前，首先将封门滑槽8安装在封门上，并向橡胶管囊14注油或气体，使橡胶管囊14膨胀夹紧封门滑槽8内侧止水铁皮17，使封门滑槽8固定在封门上；首先吊装下放洞口封门段23，再吊装下放连接封门段22，洞口封门段23和连接封门22通过封门段连接接头21连接，封门段连接前，先将洞口封门段23中的防水油膏注液管13、橡胶油囊注油管15、减摩剂注液管11、注浆管12、测斜管29进行密封连接，然后对接封门段连接接头21并施工预压力，通过止水橡胶带防止地下水从接缝处渗入。

封门与滑槽间的止水装置，包括封门侧边止水装置9和封门内侧面底边止水装置，其在封门左右下角进行搭接，确保阻断所有渗流通道；基坑开挖前，向橡胶油囊或气囊加压管15注油或气体，使橡胶管囊14膨胀，并保证足够压力夹紧止水铁皮17，同时向两侧防水油膏注液管13内注入油膏，油膏以一定压力充填于止水铁皮17两侧，整个止水装置在封门两侧和内侧面底边形连续贯通的止水带，确保阻断所有地下水渗流通道，同时，通过封门渗水监测系统对封门内侧面周边和洞圈内侧面周边的渗水情况进行监测，根据监测结果及时调整施工方案，保证施工安全。

后张拉反压力加载装置10仅设置于洞口封门段23内的中心位置处，由设置于封门结构框架7上的活动反压力加载钢架20、预应力钢铰线18、垫块19以及锚具、夹具、张拉千斤顶等组成，所有组成部件均事先安装在封门段23内，张拉千斤顶的油管通过封门内的通道延伸至地面；基坑开挖前，开启油泵进行张拉，控制油压，使封门外侧钢板向外侧土体产生少量的挠曲预变形，基坑开挖后，通过测斜管29的监测结果，来控制和调整油泵的油压，以降低钢板的变形，从而最大程度地减小外侧地层的变形，控制地表沉降。

封门附属提升装置，在封门提升前进行安装和固定，对于采用卷扬动力系统提升的装置，提升钢铰线在封门吊装下放前事前埋置于封门两侧，对于油压动力系统提升的装置，通过封门侧边的胁板25进行提升；封门提升前，将封门侧边止水装置中橡胶管囊14的压力适当减小，同时适当增大防水油膏注液管13的压力，从而减小封门与滑槽边之间的摩擦，同时以一定压力向减摩剂注浆管中注入减摩剂，减小封门前后面与滑槽面间的摩擦，从而保证封门的顺利提升；封门提升过程要进行连接封门段的拆除并回收，再次使用前要进行封门平整度的测量和修正，以便封门的正常使用。

封门力学变形和渗水监测系统，在封门吊装下放前埋设好测试元件，并布置好数据采集线，通过封门内通道传至封门顶部；施工过程中，对封门的受力变形状态和接缝处渗水情况进行全程监控，从而有效掌握封门的工作性能，确保封门正常工作。

Claims (10)

1.一种墙内活动封门机构，其特征在于，该墙内活动封门机构包括封门主体结构及至少一项的封门子部件，所述的封门主体结构包括洞口封门段及连接封门段，所述的洞口封门段及连接封门段由连接接头连接。

2.根据权利要求1所述的一种墙内活动封门机构，其特征在于，所述的封门子部件包括后张拉反压力加载装置、封门滑槽、封门接缝止水装置、接触面减摩装置、注液管路、封门附属提升装置、封门力学变形及渗水监测装置，所述的后张拉反压力加载装置设在洞口封门段的中间位置，所述的封门滑槽设在封门主体结构的四周，所述的封门接缝止水装置设在封门主体结构与封门滑槽之间及封门滑槽与墙体之间的缝隙处，所述的接触面减摩装置设在封门主体结构的前后平面上，所述的注液管路贯通布设在封门主体结构内部，所述的封门附属提升装置设在封门主体结构的两侧，所述的封门力学变形及渗水监测装置设在封门主体结构的顶部。

3.根据权利要求2所述的一种墙内活动封门机构，其特征在于，所述的后张拉反压力加载装置设在洞口封门段的中间位置，所述的后张拉反压力加载装置由锚具、夹具、千斤顶、预应力钢铰线、垫块和反压力加载钢架组成，所述的后张拉反压力加载装置向外侧土体加载压力，减小墙内活动封门机构的变形。

4.根据权利要求2所述的一种墙内活动封门机构，其特征在于，所述的封门滑槽由与墙体强度相同的混凝土制成，封门滑槽的形状为管形或杯形，封门滑槽的内外侧设有垂直于侧面的一定宽度的止水铁皮。

5.根据权利要求2所述的一种墙内活动封门机构，其特征在于，所述的封门接缝止水装置包括封门主体结构与封门滑槽间的止水构件、封门滑槽外侧的止水铁皮和洞口封门段与连接封门段连接处的止水构件；所述的封门主体结构与封门滑槽间的止水构件由橡胶油囊、防水油膏注液管嘴和封门滑槽内侧止水铁皮组成；所述的洞口封门段与连接封门段连接处的止水构件为止水橡胶带及施压组件。

6.根据权利要求2所述的一种墙内活动封门机构，其特征在于，所述的接触面减摩装置由封门主体结构前后面设置的减摩剂注液管嘴组成。

7.根据权利要求2所述的一种墙内活动封门机构，其特征在于，所述的注液管路包括橡胶油囊注油管、防水油膏注液管、减摩剂注液管及注浆管，所述的注液管路密封于活动封门主体结构内，洞口封门段与连接封门段连接处的注液管路均通过接头管密封连接。

8.根据权利要求2所述的一种墙内活动封门机构，其特征在于，所述的封门附属提升装置由油压动力系统或卷扬动力系统和提升架组成。

9.根据权利要求2所述的一种墙内活动封门机构，其特征在于，所述的封门力学变形及渗水监测装置为监测封门水平位移、封门钢框架的应力与应变、封门与滑槽间的渗水的装置。

10.一种使用如权利要求1所述的墙内活动封门机构进行预留洞口的地下连续墙施工的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

(1)在将钢筋笼下放前，预先将囊袋设在钢筋笼中的预留洞口内；

(2)在钢筋笼吊装下放的过程中，同时进行墙内活动封门机构的吊装下放，与钢筋笼下放相互配合，使墙内活动封门机构放置于钢筋笼中的预留洞口的后方；

(3)吊装完成后浇注混凝土，使连续墙浇筑成墙；

(4)连续墙浇筑成墙后，基坑开挖过程中，将囊袋回收，提升出墙内活动封门机构，则预留洞口的地下连续墙形成。

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