CN114541455A - 基于微顶管摇管井技术的钢沉井施工系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了基于微顶摇管井技术的钢沉井施工系统及方法，它包括用于驱动金属钢环转动并实现微顶管施工的摇管机，所述摇管机的驱动环套装固定在金属钢环的外部；所述金属钢环的底端固定有用于切割土体的锯齿钢环；所述锯齿钢环的底端加工有锯齿结构；还包括用于对金属钢环内部的土体进行铲出的长臂反铲。此系统将微顶摇管井工艺和沉井施工工艺相结合，进而实现了城市排污管网改造过程中的竖井施工，最大限度降低施工影响，提高施工效率。
Description
技术领域
本发明涉及沉井施工领域，特别是涉及基于微顶摇管井技术的钢沉井施工系统及方法。
背景技术
常规沉井是指钢筋混凝土沉井，有井壁、隔墙和刃脚组成。沉井是水中施工常用的一种施工工艺。在桥梁基础施工中居多，有方形、圆形、椭圆形等形式，施工时提前浇筑首节，凝固达到一定强度后掏空下方，混凝土块开始下沉，随后继续浇筑上方，完成后再掏空，依次循环，直至开挖到基础底部，由壁、隔墙、支撑组成。沉井施工，实质上就是将一个在地面上事先浇制好的构筑物通过挖土沉入到地下一定深度后成为地下构筑物的施工过程。
目前，使用最多的沉井是钢筋混凝土井或钢护筒井，主要适用于土质类地基基础，且在进行沉井施工前，需采取一定的止水或支护措施，且沉井前需刃脚或井壁达到一定的强度。钢筋混凝土沉井是最常见的沉井工艺，采用该方式施工时需匹配进行止水或支护措施，且需沉井强度达到要求，下沉过程中需要不断纠偏，施工周期、施工成本及施工技术要求均较大；钢护筒井是利用摇管机切割土体，不断压入的工艺，主要适用于土质地基，也可适用于杂填土地基（遇障碍物需进行清掏处理），不适用于软岩地基施工。
而在进行某个市政工程的排污管网改造升降施工过程中，该区域多为中风化岩层，周边建筑物密集。如果，直接采用传统的钢筋混凝土沉井施工工艺，其施工占用的场地较大，而且对工地周围的居民和交通造成一定的干扰；而且传统钢筋混凝土工作井于顶管后在地底下形成永久结构物，庞大体积影响其他市政管线改造更新。如果，完全采用微顶摇管井施工工艺，在遇到风化岩层的软岩地基时，又无法很好的使用。
发明内容
本发明的目的是为了克服上述背景技术的不足，提供基于微顶摇管井技术的钢沉井施工系统及方法，此系统将微顶摇管井工艺和沉井施工工艺相结合，进而实现了城市排污管网改造过程中的竖井施工，最大限度降低施工影响，提高施工效率。
为了实现上述的技术特征，本发明的目的是这样实现的：基于微顶摇管井技术的钢沉井施工系统，它包括用于驱动金属钢环转动并实现微顶管施工的摇管机，所述摇管机的驱动环套装固定在金属钢环的外部；所述金属钢环的底端固定有用于切割土体的锯齿钢环；所述锯齿钢环的底端加工有锯齿结构；
还包括用于对金属钢环内部的土体进行铲出的长臂反铲。
所述金属钢环根据所需要施工的沉井的深度采用多根独立钢筒组合而成，相邻的独立钢筒之间通过环形焊缝焊接而成。
所述锯齿结构采用均布的梯形齿，所述梯形齿与金属钢环的轴线呈一定的夹角，相邻的两个梯形齿之间夹角方向相反。
所述金属钢环的顶端加工有用于对其进行吊装的吊装孔。
所述锯齿钢环和金属钢环之间通过搭接，并采用焊接缝焊接固定。
还包括用于对硬质岩层进行清理的破碎锤。
基于微顶摇管井技术的钢沉井施工系统进行钢沉井施工的方法，包括以下步骤：
步骤一：现场测量定位钢沉井的施工位置后，现场破除、清除井筒范围内表层混凝土或障碍物后，现场安装摇管机；
步骤二：吊装带有锯齿钢环的首节独立钢筒，并将独立钢筒与摇管机的驱动环套装相连，并调试摇管机；
步骤三：利用挖机和长臂反铲配合摇管机进行施工，挖机挖除独立钢筒下部土、杂填土或岩石，摇管机控制独立钢筒下沉及角度，持续进行沉井施工；
步骤四：施工过程中随着独立钢筒的不断下沉，待其下沉到一定高度之后，在独立钢筒的顶部通过环形焊缝组装焊接另一根独立钢筒，并最终形成整体结构的金属钢环；
步骤五：继续采用摇管机对金属钢环进行沉井施工，在下沉过程中遇到硬质岩层时，采用破碎锤进行破碎处理，并配合长臂反铲铲出内部碎屑，继续进行沉井施工；
步骤六：持续施工至开挖深度后，通过吊装设备上提整个金属钢环一定高度H，然后浇筑封底混凝土至设计高程；
步骤七：带封底施工完成之后，进行工作井或接收井的施工；
步骤八：金属钢环外侧缝隙填砂压实，靠背高程范围内外壁注浆，加强井壁稳定性。
步骤六中金属钢环的提升高度H具体确定方法为：
以水下混凝土浇灌底板直径划分，当底板直径D≦2090mm时，浇置高度为1m，将金属钢环往上提升0.8m，当2090mm<D≦2590mm时，浇置高度为1.3m，将金属钢环往上提升1.1m，当2590mm<D≦3290mm时，浇置高度为1.6m，将金属钢环往上提升1.4m。
本发明有如下有益效果：
1、通过采用本发明的技术方案，此系统将微顶摇管井工艺和沉井施工工艺相结合，进而实现了城市排污管网改造过程中的竖井施工，最大限度降低施工影响，提高施工效率。能够实现摇管井不能在杂填土及岩石层施工的情况，用于小直径顶管工作井设置，用于提高工作井施工可靠性、安全性，用于降低沉井施工成本，用于形成施工流水作业，加快顶管工作井施工进度。
2、本发明通过采用现场最普遍的材料，利用简单的加工和工艺变化便能达到同样的效果，且能保证施工过程中的安全。
3、通过采用上述结构形式及施工工艺能够用于实现钢护筒沉井适用于不同地质条件。
4、通过采用上述结构形式及施工工艺能够用于缩减钢筋混凝土沉井施工时间、施工成本。
5、通过采用上述结构形式及施工工艺能够用于降低对周边环境的破坏及影响。
6、通过采用上述结构形式及施工工艺能够用于形成施工流水作业，加快微顶管或顶管施工进度。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
图1是本发明的施工系统图。
图2是本发明图1中A局部放大图。
图3是本发明图1中B局部放大图。
图4是本发明锯齿钢环和金属钢环组装图。
图5是本发明具体施工过程中初步施工过程图。
图6是本发明具体施工过程中金属钢环加长组装的过程图。
图7是本发明具体施工过程中金属钢环提升图。
图8是本发明具体施工过程中底板浇筑过程图。
图中：摇管机1、驱动环2、独立钢筒3、吊装孔4、环形焊缝5、金属钢环6、开挖基础7、锯齿钢环8、锯齿结构9、焊接缝10、封底混凝土11。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施方式做进一步的说明。
实施例1：
如图1-8所示，基于微顶摇管井技术的钢沉井施工系统，它包括用于驱动金属钢环6转动并实现微顶管施工的摇管机1，所述摇管机1的驱动环2套装固定在金属钢环6的外部；所述金属钢环6的底端固定有用于切割土体的锯齿钢环8；所述锯齿钢环8的底端加工有锯齿结构9。通过采用上述的施工系统将微顶摇管井工艺和沉井施工工艺相结合，进而实现了城市排污管网改造过程中的竖井施工，最大限度降低施工影响，提高施工效率。
进一步的，还包括用于对金属钢环6内部的土体进行铲出的长臂反铲。通过采用上述的长臂反铲能够用于开挖过程中，金属钢环6内部的泥土的铲出。
进一步的，所述金属钢环6根据所需要施工的沉井的深度采用多根独立钢筒3组合而成，相邻的独立钢筒3之间通过环形焊缝5焊接而成。通过上述的焊接组装方式，能够适应不同高度的沉井施工工艺过程。
进一步的，所述锯齿结构9采用均布的梯形齿，所述梯形齿与金属钢环6的轴线呈一定的夹角，相邻的两个梯形齿之间夹角方向相反。通过上述的切割齿的齿形设计，保证了锯齿结构9具体掘进过程中，能够在金属钢环6和开挖基础7之间间隙，有效防止掘进过程中发生卡阻的问题。
进一步的，所述金属钢环6的顶端加工有用于对其进行吊装的吊装孔4。通过上述的吊装孔4方便了后续对整个金属钢环6的吊装。
进一步的，所述锯齿钢环8和金属钢环6之间通过搭接，并采用焊接缝10焊接固定。通过上述的焊接方式，增强了锯齿钢环8和金属钢环6之间的焊接结构强度。
进一步的，还包括用于对硬质岩层进行清理的破碎锤。通过上述的破碎锤能够实现硬质岩层的破碎。
实施例2：
基于微顶摇管井技术的钢沉井施工系统进行钢沉井施工的方法，包括以下步骤：
步骤一：现场测量定位钢沉井的施工位置后，现场破除、清除井筒范围内表层混凝土或障碍物后，现场安装摇管机1；
步骤二：吊装带有锯齿钢环8的首节独立钢筒3，并将独立钢筒3与摇管机1的驱动环2套装相连，并调试摇管机1；
步骤三：利用挖机和长臂反铲配合摇管机1进行施工，挖机挖除独立钢筒3下部土、杂填土或岩石，摇管机1控制独立钢筒3下沉及角度，持续进行沉井施工；
步骤四：施工过程中随着独立钢筒3的不断下沉，待其下沉到一定高度之后，在独立钢筒3的顶部通过环形焊缝5组装焊接另一根独立钢筒3，并最终形成整体结构的金属钢环6；
步骤五：继续采用摇管机1对金属钢环6进行沉井施工，在下沉过程中遇到硬质岩层时，采用破碎锤进行破碎处理，并配合长臂反铲铲出内部碎屑，继续进行沉井施工；
步骤六：持续施工至开挖深度后，通过吊装设备上提整个金属钢环6一定高度H，然后浇筑封底混凝土11至设计高程；
步骤七：带封底施工完成之后，进行工作井或接收井的施工；
步骤八：金属钢环6外侧缝隙填砂压实，靠背高程范围内外壁注浆，加强井壁稳定性。
实施例3：
进一步的，步骤六中金属钢环6的提升高度H具体确定方法为：
以水下混凝土浇灌底板直径划分，当底板直径D≦2090mm时，浇置高度为1m，将金属钢环6往上提升0.8m，当2090mm<D≦2590mm时，浇置高度为1.3m，将金属钢环6往上提升1.1m，当2590mm<D≦3290mm时，浇置高度为1.6m，将金属钢环6往上提升1.4m。
本发明通过将摇管井工作井采用圆形钢环工作井，施工便利性大，工作井小，开挖道路面积小，交通影响小，以微型顶管500mm管径为例，使用的圆形钢环工作井直径仅需2590mm，工作井小围挡小，减少交通堵车，保障交通安全可以减少干扰居民生活，维持原有的商业活动，容易取得周边居民对施工的支持。传统钢筋混凝土工作井于顶管后在地底下形成永久结构物，庞大体积影响其他市政管线改造更新。微型顶管工艺在顶管后将上部圆形钢环井回收，留在井内的圆形钢环可360度接入支管，完全不影响后期市政管线改造更新。
Claims (8)
1.基于微顶摇管井技术的钢沉井施工系统，其特征在于：它包括用于驱动金属钢环（6）转动并实现微顶管施工的摇管机（1），所述摇管机（1）的驱动环（2）套装固定在金属钢环（6）的外部；所述金属钢环（6）的底端固定有用于切割土体的锯齿钢环（8）；所述锯齿钢环（8）的底端加工有锯齿结构（9）；
还包括用于对金属钢环（6）内部的土体进行铲出的长臂反铲。
2.根据权利要求1所述的基于微顶摇管井技术的钢沉井施工系统，其特征在于：所述金属钢环（6）根据所需要施工的沉井的深度采用多根独立钢筒（3）组合而成，相邻的独立钢筒（3）之间通过环形焊缝（5）焊接而成。
3.根据权利要求1所述的基于微顶摇管井技术的钢沉井施工系统，其特征在于：所述锯齿结构（9）采用均布的梯形齿，所述梯形齿与金属钢环（6）的轴线呈一定的夹角，相邻的两个梯形齿之间夹角方向相反。
4.根据权利要求1所述的基于微顶摇管井技术的钢沉井施工系统，其特征在于：所述金属钢环（6）的顶端加工有用于对其进行吊装的吊装孔（4）。
5.根据权利要求1所述的基于微顶摇管井技术的钢沉井施工系统，其特征在于：所述锯齿钢环（8）和金属钢环（6）之间通过搭接，并采用焊接缝（10）焊接固定。
6.根据权利要求1所述的基于微顶摇管井技术的钢沉井施工系统，其特征在于：还包括用于对硬质岩层进行清理的破碎锤。
7.采用权利要求1-6任意一项所述基于微顶摇管井技术的钢沉井施工系统进行钢沉井施工的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：现场测量定位钢沉井的施工位置后，现场破除、清除井筒范围内表层混凝土或障碍物后，现场安装摇管机（1）；
步骤二：吊装带有锯齿钢环（8）的首节独立钢筒（3），并将独立钢筒（3）与摇管机（1）的驱动环（2）套装相连，并调试摇管机（1）；
步骤三：利用挖机和长臂反铲配合摇管机（1）进行施工，挖机挖除独立钢筒（3）下部土、杂填土或岩石，摇管机（1）控制独立钢筒（3）下沉及角度，持续进行沉井施工；
步骤四：施工过程中随着独立钢筒（3）的不断下沉，待其下沉到一定高度之后，在独立钢筒（3）的顶部通过环形焊缝（5）组装焊接另一根独立钢筒（3），并最终形成整体结构的金属钢环（6）；
步骤五：继续采用摇管机（1）对金属钢环（6）进行沉井施工，在下沉过程中遇到硬质岩层时，采用破碎锤进行破碎处理，并配合长臂反铲铲出内部碎屑，继续进行沉井施工；
步骤六：持续施工至开挖深度后，通过吊装设备上提整个金属钢环（6）一定高度H，然后浇筑封底混凝土（11）至设计高程；
步骤七：带封底施工完成之后，进行工作井或接收井的施工；
步骤八：金属钢环（6）外侧缝隙填砂压实，靠背高程范围内外壁注浆，加强井壁稳定性。
8.根据权利要求7所述基于微顶摇管井技术的钢沉井施工系统进行钢沉井施工的方法，其特征在于，步骤六中金属钢环（6）的提升高度H具体确定方法为：
以水下混凝土浇灌底板直径划分，当底板直径D≦2090mm时，浇置高度为1m，将金属钢环（6）往上提升0.8m，当2090mm<D≦2590mm时，浇置高度为1.3m，将金属钢环（6）往上提升1.1m，当2590mm<D≦3290mm时，浇置高度为1.6m，将金属钢环（6）往上提升1.4m。
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