CN112942398A - 一种拼装沉井施工系统和工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种拼装沉井施工系统和工艺，包括拼装沉井结构、挖掘系统、出土系统和结构拼装系统，所述挖掘系统包括位于拼装沉井结构下方的壁行挖掘机，壁行挖掘机沿导轨绕井壁移动，用于沉井下沉时土体的挖掘；沉井下沉过程中挖掘系统和出土系统配合取土；所述拼装沉井施工工艺施工速度快，整体成本低，适用于城市地下停车库、盾构始发/接收井等沉井工程。

Description

一种拼装沉井施工系统和工艺

技术领域

本发明涉及一种拼装沉井施工系统和工艺，应用于土木工程中地下结构及基础工程领域。

背景技术

有效利用城市地下空间，可以缓解城市用地紧张问题。沉井工法常用于矿山、给排水、市政工程中，随着给排水和市政工程中沉井深度的增加，在井内空间受限的沉井工程中，井下的人员安全问题凸显，对掘进速度、沉井偏斜、沉井周边沉降和井壁施工工期均产生一定影响。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供一种拼装沉井施工系统和工艺，能够实现一种对周边环境影响小，且正常掘进过程不需要人员下井的低成本沉井解决方案。

为达到上述目的，本发明所采取的方案为：一种拼装沉井施工系统，其特征在于，包括拼装沉井结构、挖掘系统、出土系统和结构拼装系统；所述拼装沉井结构包括井壁、圈梁和刃脚，井壁由装配式管片拼装而成，井壁下方设置有圈梁，圈梁下方为刃脚；所述挖掘系统包括位于拼装沉井结构下方的壁行挖掘机，用于刃脚周边土体的挖掘；所述圈梁和/或刃脚内表面安装有导轨，壁行挖掘机沿导轨绕井壁移动；出土系统设置在井口上方，包括龙门起重机、主吊钩、抓斗，用于井内土方的提升；所述结构拼装系统包括龙门起重机、副吊钩、装配式管片吊具，用于所述拼装沉井结构的现场拼装。

进一步的，所述拼装沉井结构的装配式管片与刃脚通过圈梁连接；圈梁由型钢支座、圈梁钢筋混凝土结构和L形注浆管组成；型钢支座在组装第一环装配式管片时具有支撑装配式管片的作用；L形注浆管预埋于圈梁中，用于向装配式管片外侧注入触变泥浆和/或水泥砂浆；刃脚由刃脚保护钢板、刃脚钢筋混凝土结构和刃脚工字钢组成，用于支撑装配式管片和密封触变泥浆。

进一步的，所述挖掘系统包括壁行挖掘机，壁行挖掘机由挖掘臂、液压系统、电控柜、载板、移动管线架和自动控制系统组成；挖掘臂和液压系统安装在载板上，载板竖直放置于圈梁导轨上；载板上部与圈梁上底面导轨连接并安装有上导向轮，上导向轮上安装有电机、减速箱和刹车装置；载板下部与圈梁下底面导轨连接并安装有下导向轮，圈梁下底面导轨能够在挖掘臂工作时稳定壁行挖掘机；液压系统通过地面上的电源驱动为壁行挖掘机的挖掘臂提供动力，使壁行挖掘机在沉井底部能够径向取土；沉井井口有移动管线架固定壁行挖掘机的动力和控制电缆。

进一步的，沉井偏斜时，自动控制系统能够控制壁行挖掘机在沉井下沉缓慢侧加快挖掘速度；沉井正常下沉时，自动控制系统能够控制壁行挖掘机在井下均匀挖掘。

进一步的，所述出土系统包括龙门起重机、主吊钩、抓斗，所述龙门起重机两侧有悬臂，主吊钩和副吊钩能够移动到悬臂上；主吊钩安装在配备有绞车的游车上，作为沉井底部施工的起重设备，主吊钩的提升距离为龙门起重机高度和井筒开挖深度之和；抓斗安装在主吊钩上，作为沉井施工过程中的抓土设备。

进一步的，主吊钩能够安装液压抓斗抓取硬土。

进一步的，龙门起重机整体能够沿井壁环向转动。

进一步的，所述结构拼装系统包括龙门起重机、副吊钩、装配式管片吊具，副吊钩安装在电动葫芦上，作为井壁拼装的起重设备，副吊钩提升距离为龙门起重机高度；装配式管片吊具通过螺栓与装配式管片上的吊装孔相连，并通过配重构件调整装配式管片在吊装过程的垂直度。

进一步的，圈梁上设置定位点，用于测定刃脚偏斜率，沉井内安装有通风、照明、排水、供电、爬梯和瓦斯报警装置，沉井井口安装有固定管线架固定以上管线。

一种拼装沉井施工工艺，其特征在于，包括如下步骤：

（A）进行场地平整和硬化，并在沉井井口施工锁口；当沉井穿过地下水位时，需先在沉井四周施工止水帷幕再施工锁口；

（B）在沉井井口安装龙门起重机和抓斗，用挖掘机和抓斗在井口挖掘刃脚组装空间，同时在刃脚安装位置铺设枕木垫块，将刃脚保护钢板放置在枕木垫块上，并暂时由锁口结构支撑刃脚保护钢板，焊接刃脚保护钢板，完成刃脚拼接；

（C）在刃脚保护钢板中放入钢筋笼，并放置预埋钢板，浇筑刃脚混凝土；待刃脚混凝土凝固后，在预埋钢板上安装型钢支座，在型钢支座上安放第一节管片，所述第一节管片下表面有预埋钢板，刃脚及管片调平后，将型钢支座与上下两侧预埋钢板焊接为一体；

（D）沉井管片与刃脚焊接完成后，将L形注浆管下放至圈梁中下部位置处，L形注浆管穿过刃脚朝向沉井外侧；绑扎钢筋并浇筑圈梁，使刃脚、圈梁及管片连接为整体；

（E）刃脚的两次浇筑完成后，在圈梁底部安装上轨道，圈梁下方一定距离处安装下轨道，上轨道和下轨道间距离能够容纳壁行挖掘机，将壁行挖掘机安装在上下轨道上；取出刃脚下方的枕木垫块，开始下沉作业，下沉过程中通过L形注浆管向管片外侧注入触变泥浆；

（F）井壁下沉过程中，龙门起重机上的抓斗在沉井中心范围抓土，壁行挖掘机沿着轨道径向清理刃脚周围的渣土至沉井中心范围，抓斗将土抓取出沉井，壁行挖掘机也能将抓斗范围内的硬土抓松，再由抓斗抓取至地面；

（G）随井壁在自重作用下逐渐下沉至一节管片的深度，壁行挖掘机暂停抓土工作，待井壁下沉基本稳定时，拼装下一节沉井管片；

（H）测量沉井的偏斜率，根据沉井的姿态进行纠偏作业；

（I）随着沉井管片不断下沉，重复步骤（F）-（H），直至所有管片稳定下沉至指定位置；

（J）将龙门起重机上的抓斗更换为吊钩，所述吊钩作为井底施工的起重设备；

（K）通过L形注浆管用水泥砂浆置换沉井外侧的触变泥浆；拆除壁行挖掘机和轨道；在沉井底部安装抗浮锚杆，绑扎钢筋、浇筑底板等井底施工作业，完成沉井施工。

本发明的优点和积极效果是：沉井施工速度快，对于直径15m，深度50m的沉井，采用抓斗和壁行挖掘机掘进，理论平均掘进机速度可达10m/d；除对壁行挖掘机进行必要的检修，基本不需要人员下井，降低了劳动强度；设备和工艺结构简单，成本较低。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本发明实施例整体结构示意图；

图2为本发明实施例壁行挖掘机侧视图；

图3为本发明实施例壁行挖掘机俯视图；

图4为本发明实施例刃脚示意图；

图5为本发明实施例刃脚与装配式管片连接浇筑示意图。

图中：100-出土系统；101-副吊钩；102-主吊钩；103-抓斗；104-龙门起重机；2-井壁；3-锁口；4-触变泥浆；500-壁行挖掘机；501-圈梁导轨；502-上导向轮；503-载板；504-挖掘臂；505-下导向轮；506-刃脚导轨；507-液压系统；508-电控柜；600-刃脚；601-刃脚保护钢板；602-刃脚钢筋混凝土结构；603-刃脚工字钢；700-圈梁；701-L形注浆管；702-型钢支座；703-圈梁钢筋混凝土结构；8-固定管线架。

具体实施方式

以下参照附图及具体实施方式对本发明作进一步说明。

如图1-5所示，一种拼装沉井施工系统，其特征在于，包括拼装沉井结构、挖掘系统、出土系统（100）和结构拼装系统；所述拼装沉井结构包括井壁（2）、圈梁（700）和刃脚（600），井壁（2）由装配式管片拼装而成，井壁（2）下方设置有圈梁（700），圈梁（700）下方为刃脚（600）；所述挖掘系统包括位于拼装沉井结构下方的壁行挖掘机（500），用于刃脚（600）周边土体的挖掘；所述圈梁（700）和/或刃脚（600）内表面安装有导轨，壁行挖掘机（500）沿导轨绕井壁（2）移动；出土系统（100）设置在井口上方，包括龙门起重机（104）、主吊钩（102）、抓斗（103），用于井内土方的提升；所述结构拼装系统包括龙门起重机（104）、副吊钩（101）、装配式管片吊具，用于所述拼装沉井结构的现场拼装。

优先地，所述拼装沉井结构的装配式管片与刃脚通过圈梁（700）连接；圈梁（700）由型钢支座（702）、圈梁钢筋混凝土结构（703）和L形注浆管（701）组成；型钢支座（702）在组装第一环装配式管片时具有支撑装配式管片的作用；L形注浆管（701）预埋于圈梁（700）中，用于向装配式管片外侧注入触变泥浆（4）和/或水泥砂浆；刃脚（600）由刃脚保护钢板（601）、刃脚钢筋混凝土结构（602）和刃脚工字钢（603）组成，用于支撑装配式管片和密封触变泥浆（4）。

优先地，所述挖掘系统包括壁行挖掘机（500），壁行挖掘机（500）由挖掘臂（504）、液压系统（507）、电控柜（508）、载板（503）、移动管线架和自动控制系统组成；挖掘臂（504）和液压系统（507）安装在载板（503）上，载板（503）竖直放置于圈梁（700）导轨（501）上；载板（503）上部与圈梁（700）上底面导轨连接并安装有上导向轮（502），上导向轮（502）上安装有电机、减速箱和刹车装置；载板（503）下部与圈梁（700）下底面导轨连接并安装有下导向轮（505），圈梁（700）下底面导轨能够在挖掘臂（504）工作时稳定壁行挖掘机（500）；液压系统（507）通过地面上的电源驱动为壁行挖掘机（500）的挖掘臂（504）提供动力，使壁行挖掘机（500）在沉井底部能够径向取土；沉井井口（3）有移动管线架固定壁行挖掘机（500）的动力和控制电缆。

优先地，沉井偏斜时，自动控制系统能够控制壁行挖掘机（500）在沉井下沉缓慢侧加快挖掘速度；沉井正常下沉时，自动控制系统能够控制壁行挖掘机（500）在井下均匀挖掘。

优先地，所述出土系统（100）包括龙门起重机（104）、主吊钩（102）、抓斗（103），所述龙门起重机（104）两侧有悬臂，主吊钩（102）和副吊钩（101）能够移动到悬臂上；主吊钩（102）安装在配备有绞车的游车上，作为沉井底部施工的起重设备，主吊钩（102）的提升距离为龙门起重机（104）高度和井筒开挖深度之和；抓斗（103）安装在主吊钩（102）上，作为沉井施工过程中的抓土设备。

优先地，主吊钩（102）能够安装液压抓斗（103）抓取硬土。

优先地，龙门起重机（104）整体能够沿井壁（2）环向转动。

优先地，所述结构拼装系统包括龙门起重机（104）、副吊钩（101）、装配式管片吊具，副吊钩（101）安装在电动葫芦上，作为井壁（2）拼装的起重设备，副吊钩（101）提升距离为龙门起重机（104）高度；装配式管片吊具通过螺栓与装配式管片上的吊装孔相连，并通过配重构件调整装配式管片在吊装过程的垂直度。

优先地，圈梁（700）上设置定位点，用于测定刃脚偏斜率，沉井内安装有通风、照明、排水、供电、爬梯和瓦斯报警装置，沉井井口（3）安装有固定管线架（8）固定以上管线。

一种拼装沉井施工工艺，其特征在于，包括如下步骤：

（A）进行场地平整和硬化，并在沉井井口施工锁口（3）；当沉井穿过地下水位时，需先在沉井四周施工止水帷幕再施工锁口（3）；

（B）在沉井井口安装龙门起重机（104）和抓斗（103），用挖掘机和抓斗（103）在井口挖掘刃脚组装空间，同时在刃脚安装位置铺设枕木垫块，将刃脚保护钢板（601）放置在枕木垫块上，并暂时由锁口（3）结构支撑刃脚保护钢板（601），焊接刃脚保护钢板（601），完成刃脚拼接；

（C）在刃脚保护钢板（601）中放入钢筋笼，并放置预埋钢板，浇筑刃脚（600）混凝土；待刃脚混凝土凝固后，在预埋钢板上安装型钢支座（702），在型钢支座（702）上安放第一节管片，所述第一节管片下表面有预埋钢板，刃脚（600）及管片调平后，将型钢支座（702）与上下两侧预埋钢板焊接为一体；

（D）沉井管片与刃脚（600）焊接完成后，将L形注浆管（701）下放至圈梁（700）中下部位置处，L形注浆管（701）穿过刃脚朝向沉井外侧；绑扎钢筋并浇筑圈梁（700），使刃脚（600）、圈梁（700）及管片连接为整体；

（E）刃脚的两次浇筑完成后，在圈梁（700）底部安装上轨道，圈梁（700）下方一定距离处安装下轨道，上轨道和下轨道间距离能够容纳壁行挖掘机（500），将壁行挖掘机（500）安装在上下轨道上；取出刃脚（600）下方的枕木垫块，开始下沉作业，下沉过程中通过L形注浆管（701）向管片外侧注入触变泥浆（4）；

（F）井壁（2）下沉过程中，龙门起重机（104）上的抓斗（103）在沉井中心范围抓土，壁行挖掘机（500）沿着轨道径向清理刃脚周围的渣土至沉井中心范围，抓斗（103）将土抓取出沉井，壁行挖掘机（500）也能将抓斗（103）范围内的硬土抓松，再由抓斗（103）抓取至地面；

（G）随井壁（2）在自重作用下逐渐下沉至一节管片的深度，壁行挖掘机（500）暂停抓土工作，待井壁（2）下沉基本稳定时，拼装下一节沉井管片；

（H）测量沉井的偏斜率，根据沉井的姿态进行纠偏作业；

（I）随着沉井管片不断下沉，重复步骤（F）-（H），直至所有管片稳定下沉至指定位置；

（J）将龙门起重机（104）上的抓斗（103）更换为吊钩，所述吊钩作为井底施工的起重设备；

（K）通过L形注浆管（701）用水泥砂浆置换沉井外侧的触变泥浆（4）；拆除壁行挖掘机（500）和轨道；在沉井底部安装抗浮锚杆，绑扎钢筋、浇筑底板等井底施工作业，完成沉井施工。

Claims (10)

1.一种拼装沉井施工系统，其特征在于，包括拼装沉井结构、挖掘系统、出土系统和结构拼装系统；所述拼装沉井结构包括井壁、圈梁和刃脚，井壁由装配式管片拼装而成，井壁下方设置有圈梁，圈梁下方为刃脚；所述挖掘系统包括位于拼装沉井结构下方的壁行挖掘机，用于刃脚周边土体的挖掘；所述圈梁和/或刃脚内表面安装有导轨，壁行挖掘机沿导轨绕井壁移动；出土系统设置在井口上方，包括龙门起重机、主吊钩、抓斗，用于井内土方的提升；所述结构拼装系统包括龙门起重机、副吊钩、装配式管片吊具，用于所述拼装沉井结构的现场拼装。

2.根据权利要求1所述的一种拼装沉井施工系统，其特征在于，所述拼装沉井结构的装配式管片与刃脚通过圈梁连接；圈梁由型钢支座、圈梁钢筋混凝土结构和L形注浆管组成；型钢支座在组装第一环装配式管片时具有支撑装配式管片的作用；L形注浆管预埋于圈梁中，用于向装配式管片外侧注入触变泥浆和/或水泥砂浆；刃脚由刃脚保护钢板、刃脚钢筋混凝土结构和刃脚工字钢组成，用于支撑装配式管片和密封触变泥浆。

3.根据权利要求1所述的一种拼装沉井施工系统，其特征在于，所述挖掘系统包括壁行挖掘机，壁行挖掘机由挖掘臂、液压系统、电控柜、载板、移动管线架和自动控制系统组成；挖掘臂和液压系统安装在载板上，载板竖直放置于圈梁导轨上；载板上部与圈梁上底面导轨连接并安装有上导向轮，上导向轮上安装有电机、减速箱和刹车装置；载板下部与圈梁下底面导轨连接并安装有下导向轮，圈梁下底面导轨能够在挖掘臂工作时稳定壁行挖掘机；液压系统通过地面上的电源驱动为壁行挖掘机的挖掘臂提供动力，使壁行挖掘机在沉井底部能够径向取土；沉井井口有移动管线架固定壁行挖掘机的动力和控制电缆。

4.根据权利要求1所述的一种拼装沉井施工系统，其特征在于，沉井偏斜时，自动控制系统能够控制壁行挖掘机在沉井下沉缓慢侧加快挖掘速度；沉井正常下沉时，自动控制系统能够控制壁行挖掘机在井下均匀挖掘。

5.根据权利要求1所述的一种拼装沉井施工系统，其特征在于，所述出土系统包括龙门起重机、主吊钩、抓斗，所述龙门起重机两侧有悬臂，主吊钩和副吊钩能够移动到悬臂上；主吊钩安装在配备有绞车的游车上，作为沉井底部施工的起重设备，主吊钩的提升距离为龙门起重机高度和井筒开挖深度之和；抓斗安装在主吊钩上，作为沉井施工过程中的抓土设备。

6.根据权利要求5所述的一种拼装沉井施工系统，其特征在于，主吊钩能够安装液压抓斗抓取硬土。

7.根据权利要求5所述的一种拼装沉井施工系统，其特征在于，龙门起重机整体能够沿井壁环向转动。

8.根据权利要求1所述的一种拼装沉井施工系统，其特征在于，所述结构拼装系统包括龙门起重机、副吊钩、装配式管片吊具，副吊钩安装在电动葫芦上，作为井壁拼装的起重设备，副吊钩提升距离为龙门起重机高度；装配式管片吊具通过螺栓与装配式管片上的吊装孔相连，并通过配重构件调整装配式管片在吊装过程的垂直度。

9.根据权利要求1所述的一种拼装沉井施工系统，其特征在于，圈梁上设置定位点，用于测定刃脚偏斜率，沉井内安装有通风、照明、排水、供电、爬梯和瓦斯报警装置，沉井井口安装有固定管线架固定以上管线。

10.一种拼装沉井施工工艺，其特征在于，包括如下步骤：

（A）进行场地平整和硬化，并在沉井井口施工锁口；当沉井穿过地下水位时，需先在沉井四周施工止水帷幕再施工锁口；

（B）在沉井井口安装龙门起重机和抓斗，用挖掘机和抓斗在井口挖掘刃脚组装空间，同时在刃脚安装位置铺设枕木垫块，将刃脚保护钢板放置在枕木垫块上，并暂时由锁口结构支撑刃脚保护钢板，焊接刃脚保护钢板，完成刃脚拼接；

（C）在刃脚保护钢板中放入钢筋笼，并放置预埋钢板，浇筑刃脚混凝土；待刃脚混凝土凝固后，在预埋钢板上安装型钢支座，在型钢支座上安放第一节管片，所述第一节管片下表面有预埋钢板，刃脚及管片调平后，将型钢支座与上下两侧预埋钢板焊接为一体；

（D）沉井管片与刃脚焊接完成后，将L形注浆管下放至圈梁中下部位置处，L形注浆管穿过刃脚朝向沉井外侧；绑扎钢筋并浇筑圈梁，使刃脚、圈梁及管片连接为整体；

（E）刃脚的两次浇筑完成后，在圈梁底部安装上轨道，圈梁下方一定距离处安装下轨道，上轨道和下轨道间距离能够容纳壁行挖掘机，将壁行挖掘机安装在上下轨道上；取出刃脚下方的枕木垫块，开始下沉作业，下沉过程中通过L形注浆管向管片外侧注入触变泥浆；

（F）井壁下沉过程中，龙门起重机上的抓斗在沉井中心范围抓土，壁行挖掘机沿着轨道径向清理刃脚周围的渣土至沉井中心范围，抓斗将土抓取出沉井，壁行挖掘机也能将抓斗范围内的硬土抓松，再由抓斗抓取至地面；

（G）随井壁在自重作用下逐渐下沉至一节管片的深度，壁行挖掘机暂停抓土工作，待井壁下沉基本稳定时，拼装下一节沉井管片；

（H）测量沉井的偏斜率，根据沉井的姿态进行纠偏作业；

（I）随着沉井管片不断下沉，重复步骤（F）-（H），直至所有管片稳定下沉至指定位置；

（J）将龙门起重机上的抓斗更换为吊钩，所述吊钩作为井底施工的起重设备；

（K）通过L形注浆管用水泥砂浆置换沉井外侧的触变泥浆；拆除壁行挖掘机和轨道；在沉井底部安装抗浮锚杆，绑扎钢筋、浇筑底板等井底施工作业，完成沉井施工。

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