CN110485471B - 一种滑移式后靠墙一体化的装配式可回收矩形工作井及其施工方法 - Google Patents
一种滑移式后靠墙一体化的装配式可回收矩形工作井及其施工方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种装配式可回收矩形顶管工作井与滑移式后靠墙一体化的施工方法，包括如下步骤：（一）矩形顶管工作井的功能需求设计；（二）支护桩施工；（三）预制冠梁安装；（四）临边防护施工；(五)土方开挖、挡土面板、内撑腰梁交替施工；（六）进入矩形顶管工作井的爬梯安装；(七)矩形顶管工作井封，并预埋滑移式轨道、拉环及后靠墙锚固件；(八)滑移式后靠墙施工，即可完成装配式可回收矩形顶管工作井与滑移式后靠墙一体化的施工；(九)井内作业完成后，回填过程中逆序逐步回收后靠墙、挡土面板、内撑腰梁、预制冠梁及支护桩等工作井构件。
Description
技术领域
本发明属于水利、市政、热力、通讯等基础设施的非开挖施工及修复领域，具体涉及为水利、市政、热力、通讯等地下管道的非开挖施工及修复提供了一种滑移式后靠墙一体化的装配式可回收矩形工作井及其施工方法。
背景技术
城市化的进程加快，不仅要新建大量的地下基础配套设施，还面临大量老旧地下管道的超期服役问题，使得许多城市道路地下管网非常复杂，地下管道损坏导致的路面坍塌和安全事故频繁发生。在通行要求和绿色环保理念日益被人重视的情况下，常规的开挖填埋式施工，不仅施工效率低，还面临严重的工后沉降，多用于新建城区的浅埋式雨水、污水管道的施工。定向钻、顶管施工等非开挖施工技术逐渐成为城市地下管道的主流技术，其中顶管施工因其断面选择灵活、埋深较大，可有效避免与上部既有管线的冲突，仅需较小范围设置相应的工作井、接收井及中继间等，可实现长距离的地下管道施工需要，越来越受到工程师们的重视。此外，老城区大量老旧管网的整改升级问题，在采用顶管式施工小截面管廊结构时，也需要临时增设工作井，以保证地下作业时的人身安全。目前，关于工作井、接收井及中继间的设计及施工，仍主要选择沉井工艺或倒挂井工艺，虽然安全可靠，但造价高、工期长、也存在下沉困难、倾斜及操作不当导致的失稳事故等，尤其是工作井，可能单侧或多侧需要承受顶管施工过程中的顶推反力，后靠墙的设立也是非常复杂的过程。
发明内容
针对水利、市政、热力、通讯等地下管道的非开挖施工及修复发展需求和目前工作井设计施工存在的不足，本发明提供了一种装配式可回收矩形顶管工作井与滑移式后靠墙一体化的设计施工方法。本发明是从矩形工作井的安全及用途出发，首次提出滑移式后靠墙与矩形顶管工作井结构同步设计实施的理念，并在顶管工作井结构体系中引入预制装配式施工工艺。利用本发明可安全快速的完成水利、市政、热力、通讯等地下管道的非开挖施工所需的矩形顶管工作井建造，井内作业完毕后，回填过程中可依次对滑移式后靠墙、挡土面板等矩形顶管工作井构件的高效率回收重复利用。作为水利、市政、热力、通讯等地下管道的非开挖施工所需的矩形顶管工作井的设计施工新方法，不仅安全快速、技术理念先进，而且绿色经济，生态和谐，可回收重复使用。
本发明的技术方案具体为：
一种滑移式后靠墙一体化的装配式可回收矩形工作井的施工方法，包括以下步骤，
（一）矩形工作井的功能需求设计，包括：
（1）收集相关资料，确定满足井内作业要求的平面尺寸、深度及工作井封底的处理方式；
（2）根据拟建管道的位置、直径及材质等确定后靠墙的厚度及尺寸，根据工作井后续顶管施工需要，设置后靠墙的位置；
（3）矩形工作井的结构计算及绘图：采用杆系单元法与数值模拟对比计算分析，获取最优矩形工作井支护结构组成，然后进行绘图，完成矩形工作井功能需求的设计工作；
（二）支护桩施工，具体包括:
（1）支护桩的预加工：根据矩形工作井设计结果，分类预加工支护桩体，设有后靠墙的一面采用加强支护桩，其它部位采用标准支护桩；
（2）支护桩的现场施工：精确测放桩位，分类施工安装两类支护桩；
（3）支护桩的截面形状、材质可根据计算结果选取，其截面形状包括但不限于方形或圆形，材质为钢筋混凝土或型钢；
（三）预制冠梁安装，施工步骤包括：
（1）预制冠梁的预加工：根据矩形工作井的平面尺寸及两类支护桩的平面布置，提前加工预制冠梁，预制冠梁与支护桩之间通过螺栓连接；
（2）预制冠梁的现场施工：根据矩形工作井平面尺寸大小，分段或者整体吊装预制冠梁，标高调平后与支护桩螺栓连接；
（3）预制冠梁的截面形状、材质可根据计算结果选取，截面形状包括但不限于与支护桩双侧锚固预制冠梁或内壁单侧锚固预制冠梁，材质为钢筋混凝土或型钢；
(四)临边防护施工：预制冠梁安装完毕后，在预制冠梁上设置临边防护，临边防护与预制冠梁通过螺栓连接；
(五)土方开挖、挡土面板、内撑腰梁交替施工，施工步骤包括：
（1）分层开挖矩形工作井内土方，安装挡土面板，挡土面板与支护桩体之间采用侧向挂钩拼装；
（2）开挖到预定高度后，安装内撑腰梁；
（3）重复步骤（1）、（2），开挖至矩形工作井设计井底标高；
（六）进入矩形工作井的爬梯安装：根据内撑腰梁的间距、操作机具规格尺寸设置爬梯，爬梯通过挂钩与内撑腰梁连接；
(七)矩形工作井封底：为满足后续施工需要，采用碎石、混凝土对矩形工作井封底处理并预埋滑移式轨道、预埋拉环及后靠墙锚固件；
(八)滑移式后靠墙施工，根据顶管推力计算结果，吊装预制后靠墙，通过锚固件锁紧后靠墙，安装拉杆，拉杆连接在后靠墙锚固件与拉环之间，完成装配式可回收矩形顶管工作井与滑移式后靠墙一体化的施工，根据顶管位置不同，可通过拉杆调整滑移式后靠墙位置并进行固定后开始再次顶管。
还包括井内作业完成后，矩形工作井回填过程中依次逐步回收后靠墙、挡土面板、内撑腰梁、预制冠梁及支护桩等工作井构件。
一种滑移式后靠墙一体化的装配式可回收矩形工作井，包括矩形工作井和支护桩，矩形工作井的底部为封底，矩形工作井的底部设置有滑移式后靠墙，滑移式后靠墙的对面为预设顶管，支护桩沿着矩形工作井的内壁分布，支护桩之间拼接有挡土面板，支护桩的高度大于矩形工作井的高度，矩形工作井的顶部设置有预制冠梁，预制冠梁与支护桩通过螺栓连接，预制冠梁与封底之间设置有至少一个内撑腰梁，支护桩与内撑腰梁之间螺栓连接。
所述支护桩包括加强支护桩和标准支护桩，加强支护桩位于设置有滑移式后靠墙的一侧，其余部位为标准支护桩，加强支护桩的截面积大于标准支护桩。
所述封底上预埋有滑移式轨道和拉环，滑移式后靠墙配合在滑移式轨道上，滑移式后靠墙通过锚固件连接有拉杆，拉杆的端部与拉环连接。
所述挡土面板侧面上设置有挂钩，每侧设置有两个，支护桩上设置有与挂钩对接的孔，挡土面板通过挂钩与支护桩连接。
所述预制冠梁上设置有临边防护，临边防护与预制冠梁之间螺栓连接。
所述矩形工作井内设置有爬梯，爬梯上设置有挂钩，在爬梯的长度方向上挂钩之间的间距与内撑腰梁之间的间距一致，爬梯通过挂钩连接在内撑腰梁上。
相对于现有技术，本发明的技术效果为，
（1）技术理念先进，首次提出并采用滑移式后靠墙与矩形顶管工作井结构的一体化设计施工，克服了后靠墙单独施工的困难，对于双向顶管工作井，更是节省了相应的资金投入和操作空间，在提供地下安全作业空间的同时，也缩短了工作井的建设周期。
（2）支护桩首次创新性的提出并采用标准支护桩和加强支护桩的分类设计及组合，可有效发挥材料的力学性能，既保证工作井功能的发挥，又节约不必要的材料耗费。
（3）工作井构件提前预制加工，现场装配式施工，不需要养护，节约工作井开挖建造工作，独创的挡土面板侧向挂钩连接安装工艺，施工方便快捷，同时可回收重复利用，也可实现矩形工作井结构的标准化设计与施工。
（4）本申请技术所建造的同一套的矩形工作井结构可解决一定深度范围内、周边环境类似的矩形工作井重复建造任务，绿色经济，节约资源浪费。
（5）生态和谐、环保性价比高。与传统工作井建造技术，本申请的最大特点是根据功能需求不同，分类提前预制加工，在现场实施阶段，装配式连续作业，显著缩短工期的同时，可减少砼、粉尘、扬尘覆盖等对环境的污染，减小施工对周边环境的影响。
本发明无论从矩形顶管工作井结构、后靠墙的设计施工理念、结构体系受力、建造方式、回收重复利用价值等方面都和现行的顶管工作井技术具有明显的不同，并且安全快捷、技术先进、可高效回收重复利用、绿色经济、生态和谐等优点，并成功应用于矩形顶管工作井建造项目，发展应用前景可观。
附图说明
图1是本发明的整体构造图。
图2为本发明矩形工作井的功能构造图。
图3为本发明支护桩的平面布置图。
图4为本发明冠梁的平面布置图。
图5为本发明矩形工作井的剖、立面展开图。
图6为本发明支护桩的结构图。
图7为本发明挡土面板的结构图。
图8为本发明爬梯的结构图。
图9为本发明滑移式轨道的结构图。
具体实施方式
一种滑移式后靠墙一体化的装配式可回收矩形工作井的施工方法，首先完成矩形顶管工作井的功能需求设计；然后依次进行支护桩施工，预制冠梁安装，临边防护施工；随后进行矩形顶管工作井的土方开挖、挡土面板、内撑腰梁的交替施工；安装进入矩形工作井的爬梯和矩形工作井封底，同步预埋滑移式轨道、预埋拉环及后靠墙锚固件，随后进行后靠墙施工，即可完成装配式可回收矩形顶管工作井与滑移式后靠墙一体化的施工；井内作业完成后，回填过程中依次逐步回收后靠墙、挡土面板、内撑腰梁、冠梁及支护桩等工作井构件。具体包括以下步骤，
（一）矩形工作井的功能需求设计，包括：
（1）收集相关资料，确定满足井内作业要求的平面尺寸、深度及工作井封底的处理方式；
（2）根据拟建管道的位置、直径及材质等确定后靠墙的厚度及尺寸，根据工作井后续顶管施工需要，设置后靠墙的位置，在施工过程中，工作井既能作为顶管工作井使用，也能作为接收井使用，设置后靠墙时根据顶管位置和接收位置确定后靠墙的位置；
（3）矩形工作井的结构计算及绘图：采用杆系单元法与数值模拟对比计算分析，获取最优矩形工作井支护结构组成，然后进行绘图，完成矩形工作井功能需求的设计工作；
（二）支护桩施工，具体包括：
（1）支护桩的预加工：根据矩形工作井设计结果，分类预加工支护桩体，设有后靠墙的一面采用加强支护桩，其它部位采用标准支护桩；
（2）支护桩的现场施工：精确测放桩位，分类施工安装两类支护桩；
（3）支护桩的截面形状、材质可根据计算结果选取，其截面形状包括但不限于方形或圆形，材质为钢筋混凝土或型钢；
（三）预制冠梁安装，施工步骤包括：
（1）预制冠梁的预加工：根据矩形工作井的平面尺寸及两类支护桩的平面布置，提前加工预制冠梁，预制冠梁与支护桩之间通过螺栓连接；
（2）预制冠梁的现场施工：根据矩形工作井平面尺寸大小，分段或者整体吊装预制冠梁，标高调平后与支护桩螺栓连接；
（3）预制冠梁的截面形状、材质可根据计算结果选取，截面形状包括但不限于与支护桩双侧锚固预制冠梁或内壁单侧锚固预制冠梁，材质为钢筋混凝土或型钢；
(四)临边防护施工：预制冠梁安装完毕后，在预制冠梁上设置临边防护，临边防护与预制冠梁通过螺栓连接；
(五)土方开挖、挡土面板、内撑腰梁交替施工，施工步骤包括：
（1）分层开挖矩形工作井内土方，安装挡土面板，挡土面板与支护桩体之间采用侧向挂钩拼装；
（2）开挖到预定高度后，安装内撑腰梁；
（3）重复步骤（1）、（2），开挖至矩形工作井设计井底标高；
（六）进入矩形工作井的爬梯安装：根据内撑腰梁的间距、操作机具规格尺寸设置爬梯，爬梯通过挂钩与内撑腰梁连接；
（七）矩形工作井封底：为满足后续施工需要，采用碎石、混凝土对矩形工作井封底处理并预埋滑移式轨道、预埋拉环及后靠墙锚固件；
（八）滑移式后靠墙施工：根据顶管推力计算结果，吊装预制后靠墙，通过锚固件锁紧后靠墙，安装拉杆，拉杆连接在后靠墙锚固件与拉环之间，完成装配式可回收矩形顶管工作井与滑移式后靠墙一体化的施工，根据顶管位置不同，可通过拉杆调整滑移式后靠墙位置并进行固定后开始再次顶管；
（九）井内作业完成后，矩形工作井回填过程中依次逐步回收后靠墙、挡土面板、内撑腰梁、预制冠梁及支护桩等工作井构件。
施工过程中考虑了两个施工工艺的力学需要，将挖井支护与顶管计算施工两种工艺的受力、结构功能同步考虑，避免了后期施工过程中挖井支护与顶管施工之间的冲突。
本申请中形成了矩形截面排桩支护结构、基坑扶壁式排桩支护、支护桩和内撑腰梁支撑的支护结构，依靠矩形截面排桩自身的刚度，实现基坑开挖过程的边坡稳定，预制冠梁在多数情况下起构造协调作用，钢挡土面板作用为构造临时挡土作用，支护体系相对简明，基坑侧壁土压几乎全部由矩形截面排桩承担，减少工作坑侧壁受到土压产生的变形，力学传递路径单一直接，在计算方法上来讲属于悬臂梁结构体系。土压过大时也可以通过在两个侧面之间增加对撑来抵抗变形。
一种滑移式后靠墙一体化的装配式可回收矩形工作井，包括矩形工作井1和支护桩，矩形工作井1的底部为封底2，矩形工作井1的底部设置有滑移式后靠墙3，滑移式后靠墙3的对面为预设顶管4，预设顶管4表示的位置为顶管将要顶进的位置，支护桩沿着矩形工作井的内壁分布，支护桩之间拼接有挡土面板10，支护桩的高度大于矩形工作井1的高度，具体的，支护桩的上部与矩形工作井1的上部平齐，支护桩的下部超过封底并向下延伸一定距离，保证支护桩的稳固。矩形工作井1的顶部设置有预制冠梁7，预制冠梁7与支护桩通过螺栓连接，预制冠梁可以在支护桩的两侧夹住支护桩，也可以根据需要仅预制冠梁7内侧与支护桩螺栓连接，预制冠梁7与封底2之间设置有至少一个内撑腰梁11，支护桩与内撑腰梁11之间螺栓连接。
支护桩包括加强支护桩5和标准支护桩6，加强支护桩5位于设置有滑移式后靠墙3的一侧，其余部位为标准支护桩，加强支护桩5的截面积大于标准支护桩6。封底2上预埋有滑移式轨道14和拉环15，滑移式后靠墙3配合在滑移式轨道14上，滑移式后靠墙通过锚固件16与拉杆17连接，拉杆17的端部与拉环15连接。
顶管装置顶进顶管的时候，顶管装置后背承受管道顶进过程的全部水平顶力，需要在顶管装置后背处现浇混凝土后靠墙，将顶力均匀的分布在后靠墙上，这种现浇的后靠墙是一次性的墙面且还需要凝期、养护时间，延长了工期，顶管施工完成后，需要将后靠墙拆除。本申请中滑移式后靠墙3为预制件，施工时，将滑移式后靠墙3吊装至矩形工作井1内，并通过锚固件16锁紧，当矩形工作井1内具有多个顶管位置时，通过拉杆17拉动滑移式后靠墙3调整位置并固定后再次顶管，施工完成后，可进行回收。同时，在设置有滑移式后靠墙3的一面的支护桩采用加强支护桩5，将受力面支护桩的支护强度加强，减少工作井变形。通过不同位置分类设置支护桩，在力学体系和功能构造上更满足工程施工的需要，实际操作性更强。
相邻两个支护桩之间拼接连接有挡土面板10，矩形工作井的内壁由一块块的挡土面板10覆盖，挡土面板10侧面上设置有挂钩，每侧设置有两个，支护桩上设置有与挂钩对接的孔，挡土面板10通过挂钩与支护桩连接。
预制冠梁7上设置有临边防护9，临边防护9与预制冠梁7之间螺栓连接。
矩形工作井1内设置有爬梯13，爬梯13上设置有挂钩，在爬梯13的长度方向上挂钩之间的间距与内撑腰梁11之间的间距一致，爬梯13通过挂钩连接在内撑腰梁11上，安装简易安全，后期便于拆除回收。
本发明采用独创的滑移式后靠墙、局部加强的支护桩组合方式进行矩形工作井的超前支护，预设后靠墙的移动轨道、拉杆，并借助内撑腰梁的灵活布置及拉杆作用进一步巩固结构稳定，以满足后续施工需要，尤其是双向顶管施工时，通过移动后靠墙，可实现后靠墙的快速固定且重复使用，可节省投资和加快施工进度，本发明构建的装配式可回收矩形顶管工作井与滑移式后靠墙一体化的结构体系具有功能明确、安全快捷、装配式可回收、可重复利用等诸多优点，为水利、市政、热力、通讯等地下管道的非开挖施工提供了一套全新的顶管工作井设计施工技术，不仅改变了常规后靠墙的设计施工方法，并采用预制工艺与矩形工作井的同步设计，后续顶管施工过程中后靠墙可快速锚固及灵活移动，而且矩形顶管工作井构件采用预制加工，具有回收价值高、且可重复利用等特点。
以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明整体构思前提下，还可以作出若干改变和改进，这些也应该视为本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种滑移式后靠墙一体化的装配式可回收矩形工作井的施工方法，其特征在于：包括以下步骤，
（一）矩形工作井的功能需求设计，包括：
（1）收集相关资料，确定满足井内作业要求的平面尺寸、深度及工作井封底的处理方式；
（2）根据拟建管道的位置、直径及材质确定后靠墙的尺寸，根据工作井后续顶管施工需要，设置后靠墙的位置；
（3）矩形工作井的结构计算及绘图：采用杆系单元法与数值模拟对比计算分析，获取最优矩形工作井支护结构组成，然后进行绘图，完成矩形工作井功能需求的设计工作；
（二）支护桩施工，具体包括:
（1）支护桩的预加工：根据矩形工作井设计结果，分类预加工支护桩体，设有后靠墙的一面采用加强支护桩，其它部位采用标准支护桩；
（2）支护桩的现场施工：精确测放桩位，分类施工安装两类支护桩；
（3）支护桩的截面形状、材质根据计算结果选取，其截面形状包括但不限于方形或圆形，材质为钢筋混凝土或型钢；
（三）预制冠梁安装，施工步骤包括：
（1）预制冠梁的预加工：根据矩形工作井的平面尺寸及两类支护桩的平面布置，提前加工预制冠梁，预制冠梁与支护桩之间通过螺栓连接；
（2）预制冠梁的现场施工：根据矩形工作井平面尺寸大小，分段或者整体吊装预制冠梁，标高调平后与支护桩螺栓连接；
（3）预制冠梁的截面形状、材质根据计算结果选取，截面形状包括但不限于与支护桩双侧锚固预制冠梁或内壁单侧锚固预制冠梁，材质为钢筋混凝土或型钢；
(四)临边防护施工：预制冠梁安装完毕后，在预制冠梁上设置临边防护，临边防护与预制冠梁通过螺栓连接；
(五)土方开挖、挡土面板、内撑腰梁交替施工，施工步骤包括：
（1）分层开挖矩形工作井内土方，安装挡土面板，挡土面板与支护桩体之间采用侧向挂钩拼装；
（2）开挖到预定高度后，安装内撑腰梁；
（3）重复步骤（1）、（2），开挖至矩形工作井设计井底标高；
（六）进入矩形工作井的爬梯安装：根据内撑腰梁的间距、操作机具规格尺寸设置爬梯，爬梯通过挂钩与内撑腰梁连接；
（七）矩形工作井封底：为满足后续施工需要，采用碎石、混凝土对矩形工作井封底处理并预埋滑移式轨道、预埋拉环及后靠墙锚固件；
（八）滑移式后靠墙施工，根据顶管推力计算结果，吊装预制后靠墙，通过锚固件锁紧后靠墙，安装拉杆，拉杆连接在后靠墙锚固件与拉环之间，完成装配式可回收矩形顶管工作井与滑移式后靠墙一体化的施工，根据顶管位置不同，通过拉杆调整滑移式后靠墙位置并进行固定后开始再次顶管；
（九）井内作业完成后，矩形工作井回填过程中依次逐步回收后靠墙、挡土面板、内撑腰梁、预制冠梁及支护桩。
2.一种滑移式后靠墙一体化的装配式可回收矩形工作井，其特征在于：包括矩形工作井（1）和支护桩，矩形工作井（1）的底部为封底（2），矩形工作井（1）的底部设置有滑移式后靠墙（3），滑移式后靠墙（3）的对面为预设顶管（4），支护桩沿着矩形工作井（1）的内壁分布，支护桩之间拼接有挡土面板（10），支护桩的高度大于矩形工作井（1）的高度，矩形工作井（1）的顶部设置有预制冠梁（7），预制冠梁（7）与支护桩通过螺栓连接，预制冠梁（7）与封底（2）之间设置有至少一个内撑腰梁（11），支护桩与内撑腰梁（11）之间螺栓连接；所述支护桩包括加强支护桩（5）和标准支护桩（6），加强支护桩（5）位于设置有滑移式后靠墙（3）的一侧，其余部位为标准支护桩，加强支护桩（5）的截面积大于标准支护桩（6）。
3.如权利要求2所述的滑移式后靠墙一体化的装配式可回收矩形工作井，其特征在于：所述封底（2）上预埋有滑移式轨道（14）和拉环（15），滑移式后靠墙（3）配合在滑移式轨道（14）上，滑移式后靠墙（3）通过锚固件（16）连接有拉杆（17），拉杆（17）的端部与拉环（15）连接。
4.如权利要求2所述的滑移式后靠墙一体化的装配式可回收矩形工作井，其特征在于：所述挡土面板（10）侧面上设置有挂钩，每侧设置有两个，支护桩上设置有与挂钩对接的孔，挡土面板（10）通过挂钩与支护桩连接。
5.如权利要求2所述的滑移式后靠墙一体化的装配式可回收矩形工作井，其特征在于：所述预制冠梁（7）上设置有临边防护（9），临边防护（9）与预制冠梁（7）之间螺栓连接。
6.如权利要求2所述的滑移式后靠墙一体化的装配式可回收矩形工作井，其特征在于：所述矩形工作井（1）内设置有爬梯（13），爬梯（13）上设置有挂钩，在爬梯（13）的长度方向上挂钩之间的间距与内撑腰梁（11）之间的间距一致，爬梯（13）通过挂钩连接在内撑腰梁（11）上。
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