CN115404889B - 一种城市市政工程沉井施工装置及施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种城市市政工程沉井施工装置及施工方法，包括井筒，井筒的底部设有倾斜的刃脚；还包括冠梁、千斤顶组件、水路系统以及刃脚超前支护钢板组件，冠梁设在井筒的外部周圈，千斤顶设在冠梁和井筒之间，刃脚超前支护钢板组件设在井筒外侧底部的周圈，且刃脚超前支护钢板组件紧贴井筒外壁布设；水路系统包括射水管、射水嘴和吸泥管，射水管和吸泥管均竖直间隔布设在井筒上。通过在井筒中埋设射水管和吸泥管，在射水冲刷土层的同时抽吸土水混合物，达到清除刃脚下的土层，实现在无需开挖井筒内土体的情况下沉井快速下沉；还设置刃脚超前支护板，防止出现流砂、管涌现象；具有易于操作、施工简单、效率高的特点，能够降低成本。

Description

一种城市市政工程沉井施工装置及施工方法

技术领域

本发明涉及市政施工技术领域，具体涉及一种城市市政工程沉井施工装置及施工方法。

背景技术

近年来，随着城市人口不断增长，人们对于配套基础设施的需求日益增加，例如城市生活排水需求、各类管线配套设施的需求不断增加；因此，需要新建排水管道和综合管廊满足上述需求；然而由于城市交通通行量大、建筑物分部密集、现有地下管线错综复杂等特点，采用开挖式施工方法较困难，多采用井筒+顶管施工方法。

在实际施工过程中，地下水文地质条件分布差异较大，如有些地方是前期围湖形成的；其地表水以及承压水位较高且丰富，因此这类水文条件多采用不排水下沉井筒施工方法；同时土层分部较复杂，如较厚的砂层、淤泥层等，均不利于井筒施工。现有不排水下沉井筒施工采用在井内灌水并通过在潜水员配合下用吸泥泵排出井内土体，施工速度慢、成本高；同时对于较厚砂土层在排土过程中易产生流砂、管涌现象，严重的造成地面塌陷；在井筒下沉达到设计标高后封底前由于井壁摩擦力较小，下沉过程中易出现超沉现象；在通过淤泥层时易出现偏斜问题。

发明内容

针对现有技术存在的上述缺陷，提供了一种城市市政工程沉井施工装置及施工方法，该方法既能提高沉降下沉施工速度、降低成本，又能预防管涌、流砂现象且能及时纠偏的井筒。

本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：

一种城市市政工程沉井施工装置，包括井筒，井筒的底部设有倾斜的刃脚，刃脚呈外圈深、内圈浅的结构；其特征在于：包括冠梁、千斤顶组件、水路系统以及刃脚超前支护钢板组件，冠梁设在井筒的外部周圈，千斤顶设在冠梁和井筒之间，刃脚超前支护钢板组件设在井筒外侧底部的周圈，且刃脚超前支护钢板组件紧贴井筒外壁布设；水路系统包括射水管、射水嘴和吸泥管，射水管和吸泥管均竖直间隔布设在井筒上，射水管靠近沉浸外圈布设，吸泥管靠近井筒内圈布设，射水嘴设在射水管底部端头上，且射水嘴朝向井筒内圈布设。

按上述技术方案，吸泥管与射水管之间交错布设，在井筒的同一个侧边上，吸泥管位于相邻两个射水管所在横截面之间中部的横截面上。

按上述技术方案，在刃脚的斜面上间隔设有若干个凸齿，凸齿包括两侧的侧面和侧面之间的尖线，凸齿的尖线与射水管在井筒的同一个横断面上，且射水嘴位于尖线的下侧；两侧面延伸至吸泥管附近。

按上述技术方案，千斤顶组件包括预埋钢板和千斤顶，预埋钢板固定设在冠梁的侧壁上，千斤顶一端固定在预埋钢板上，千斤顶的另一端抵在井筒的侧壁上。

按上述技术方案，刃脚超前支护钢板组件包括超前支护钢板和预埋螺杆，预埋螺杆间隔设在井筒的外侧底部周圈，超前支护钢板通过预埋螺杆固定在井筒的侧壁上，且超前支护钢板底部超出井筒的侧壁。

一种城市市政工程沉井施工方法，其特征在于采用上述任一所述的城市市政工程沉井施工装置，包括如下步骤：

S1制作、安装井筒射水和吸泥装置、刃脚超前支护钢板、以及千斤顶组件；

S2将井筒放于预设位置，通过往射水管内射水冲刷刃脚下面的土层，然后通过吸泥管抽吸排出，实现井筒的下沉施工；

S3在井筒达到设计标高后通过射水管和吸泥管分别往刃脚处注浆和灌注细石混凝土，防止井筒出现超沉；

S4对井筒进行封底施工。

按上述技术方案，在S2的步骤中，若刃脚超前支护钢板存在石块，石块的运动轨迹向井筒内侧运动且堵住吸泥管时；

在井筒下沉较浅的情况下，采用挖机或其他机械顺着吸泥管在井筒内掏洞至刃脚处，然后通过射水将其冲刷出来；

在井筒下沉较深的情况下，通过往吸泥管内吊吊锤和切割机将破碎并吸出，若石块较大时，则破碎、抽吸、射水移动石块、再破碎，反复直至石块被处理完。

按上述技术方案，在S2的步骤中，在井筒发生倾斜时，通过上部千斤顶对井筒的上部偏斜纠偏；并且，关闭倾斜一侧的射水管和吸泥管，另一侧的射水管和吸泥管继续射水和抽吸泥土，实现对井筒的下部偏斜纠偏。

本发明具有以下有益效果：

1、通过在井筒中埋设射水管和吸泥管，在射水冲刷土层的同时抽吸土水混合物，达到清除刃脚下的土层，实现在无需开挖井筒内土体的情况下沉井快速下沉；较现有技术，在下沉的过程中避免了挖土的操作，节约了成本和时间；且由于不需要挖土的缘故，使得井筒内外的土压实、水压力一致，减少了产生流沙管涌的现象。另外，还设置刃脚超前支护板，防止出现流砂、管涌现象；此装置具有易于操作、施工简单、效率高的特点，能够提高施工效率、降低成本。

2、将刃脚斜面做成凸齿状，使射水嘴喷出的水能顺刃脚面将土层冲刷并移动至吸泥管处被顺利吸排出去，避免在刃脚底部堆积影响沉井下沉。

3、通过在地面沉井四周设置冠梁，冠梁中设置千斤顶预埋钢板并在其上临时固定千斤顶，当出现沉井下沉偏斜时通过千斤顶纠偏上部位置，同时关闭使用千斤顶一侧井筒中射水管和吸泥管的使用达到对其底部进行纠偏，实现对井筒的机械化快速纠偏。

附图说明

图1是本发明提供实施例的结构示意图；

图2是本发明提供实施例的图1的Ⅰ-Ⅰ的剖视图；

图3是本发明提供实施例的图1的Ⅱ-Ⅱ的剖视图；

图4是本发明提供实施例的井筒底部的局部视图；

图5是本发明提供实施例的射水头的结构示意图；

图6是本发明提供实施例的A类石块移动轨迹；

图7是本发明提供实施例的B类石块移动轨迹；

图中，1、井筒；2、刃脚；2-1、凸齿；3、冠梁；4、预埋钢板；5、千斤顶；6、射水管；6-1、射水管螺纹接头；7、射水嘴；8、吸泥管；8-1、吸泥管螺纹接头；9、超前支护钢板；10、预埋螺杆；11、掏洞；12、吊锤和切割机；A1/A2/A3/A4、A类石块；B1/B2/B3/B4、B类石块；C、井筒内侧；D、井筒外侧。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明。

参照图1～图7所示，本发明提供的一种城市市政工程沉井施工装置，包括井筒1，井筒的底部设有倾斜的刃脚2，刃脚呈外圈深、内圈浅的结构。还包括冠梁3、千斤顶组件4和5、水路系统6、7和8以及刃脚超前支护钢板组件9和10，冠梁设在井筒的外部周圈，千斤顶设在冠梁和井筒之间，刃脚超前支护钢板组件设在井筒外侧底部的周圈，且刃脚超前支护钢板组件紧贴井筒外壁布设；水路系统包括射水管6、射水嘴7和吸泥管8，射水管和吸泥管均竖直间隔布设在井筒上，射水管靠近沉浸外圈布设，吸泥管靠近井筒内圈布设，射水嘴设在射水管底部端头上，且射水嘴朝向井筒内圈布设。

本实施方式通过在井筒中埋设射水管和吸泥管，在射水冲刷土层的同时抽吸土水混合物，达到清除刃脚下的土层，实现在无需开挖井筒内土体的情况下沉井快速下沉；另外，还设置刃脚超前支护板，防止出现流砂、管涌现象。此装置具有易于操作、施工简单、效率高的特点，能够提高施工效率、降低成本，对城市市政工程中交通通行量大、工期紧、水文地质条件复杂等工况下的施工具有较大的市场推广价值。

进一步，吸泥管与射水管之间交错布设，在井筒的同一个侧边上，吸泥管位于相邻两个射水管所在横截面之间中部的横截面上。

进一步，在刃脚的斜面上间隔设有若干个凸齿2-1，凸齿包括两侧的侧面和侧面之间的尖线，凸齿的尖线与射水管在井筒的同一个横断面上，且射水嘴位于尖线的下侧；两侧面延伸至吸泥管附近。将刃脚斜面做成凸齿状，使射水嘴喷出的水能顺刃脚面将土层冲刷并移动至吸泥管处被顺利吸排出去，避免在刃脚底部堆积影响沉井下沉。

进一步，千斤顶组件包括预埋钢板4和千斤顶5，预埋钢板固定设在冠梁的侧壁上，千斤顶一端固定在预埋钢板上，千斤顶的另一端抵在井筒的侧壁上。通过在地面沉井四周设置冠梁，冠梁中设置千斤顶预埋钢板并在其上临时固定千斤顶，当出现沉井下沉偏斜时通过千斤顶纠偏上部位置，同时关闭使用千斤顶一侧井筒中射水管和吸泥管的使用达到对其底部进行纠偏，实现对井筒的机械化快速纠偏。

进一步，刃脚超前支护钢板组件包括超前支护钢板9和预埋螺杆10，预埋螺杆间隔设在井筒的外侧底部周圈，超前支护钢板通过预埋螺杆固定在井筒的侧壁上，且超前支护钢板底部超出井筒的侧壁。

一种城市市政工程沉井施工方法，其特征在于采用上述任一所述的城市市政工程沉井施工装置，包括如下步骤：

S1制作、安装井筒射水和吸泥装置、刃脚超前支护钢板、以及千斤顶组件；

制作吸泥管：在沉井井筒钢筋绑扎过程中在靠近井筒内壁沿长度方向每隔2m(根据井筒的尺寸调整间隔)设置一根直径100mm(根据井筒的尺寸选择吸泥管的直径)的PVC管，管壁与井筒内壁净距5cm(根据井筒的尺寸调整管壁与井筒内壁的净距)，PVC管通过吸泥管螺纹接头8-1与外部的吸力管道连接，螺纹处采用胶带缠绕，防止抽吸泥土层过程中有空气进入造成气压损失。

制作射水管：在沉井井筒钢筋绑扎过程中在靠近井筒外壁沿长度方向每隔2m(根据井筒的尺寸调整间隔)设置一根直径50mm(根据井筒的尺寸选择射水管的直径)的薄壁钢管，管壁与井筒外壁净距5cm根据井筒的尺寸调整管壁与井筒内壁的净距)，钢管通过射水管螺纹接头6-1与外部加压水管连接，螺纹处采用胶带缠绕，便于往刃脚底部射水；同时，钢管与PVC管沿井筒长度方向间隔1m(根据井筒的尺寸调整射水管和吸泥管之间的间隔)交错布置。射水管底部金属射水嘴内设置加强金属圈，防止射水嘴受土层或试块挤压破坏。

制作刃脚处的凸齿：在沉井的刃脚处与射水管同一横断面处井筒内壁点混凝土设计往下增加2cm(根据井筒的尺寸选择合适的尺寸)到“尖点”形成刃脚凸齿，使金属射水嘴喷出的水能顺刃脚面将土层冲刷并移动至吸泥管处被顺利吸排出去，避免在刃脚底部堆积影响沉井下沉。

制作、安装刃脚超前支护钢板：选着一个矩形钢板，钢板的尺寸依据井筒的尺寸而定，沿钢板宽度方向划分为两个区域，其中钢板的上部分焊接多个“L”型圆钢，“L”型圆钢短边与钢板双面焊，长边垂直与钢板埋入混凝土内，在钢板上每间隔一定的距离焊接一组多个“L”型圆钢。钢板的下部分位于刃脚混凝土下面进入土层，且做成尖端。在刃脚钢筋绑扎完成后，将钢板连同“L”型圆钢固定在钢筋上，钢板之间的接缝焊接完整，不得有缝隙，然后支模进行混凝土浇筑。形成超前支护，防止沉井下沉排土过程中造成管涌。

制作、安装千斤顶组件：在地面沉井四周设置冠梁，冠梁中预埋钢板作为千斤顶的支撑板，沿沉井每边设置多个，用于临时安放并固定千斤顶。当沉井发生倾斜时用作沉井上部纠偏。另外，关闭千斤顶纠偏一侧的射水和吸泥管实现下部纠偏，便于对沉井快速纠偏。

S2将井筒放于预设位置，通过往射水管内射水冲刷刃脚下面的土层，然后通过吸泥管抽吸排出，实现井筒的下沉施工；

S3在井筒达到设计标高后通过射水管和吸泥管分别往刃脚处注浆和灌注细石混凝土，防止井筒出现超沉；

S4对井筒进行封底施工。

进一步，在S2的步骤中，若刃脚超前支护钢板存在石块，石块的运动轨迹向井筒内侧运动且堵住吸泥管时；

在井筒下沉较浅的情况下，采用挖机或其他机械顺着吸泥管在井筒内掏洞11至刃脚处，然后通过射水将其冲刷出来；

在井筒下沉较深的情况下，通过往吸泥管内吊吊锤和切割机12将破碎并吸出，若石块较大时，则破碎、抽吸、射水移动石块、再破碎，反复直至石块被处理完。

当刃脚超前支护钢板底端存在如图所示的A类石块时(即石块形心位于钢板外侧)，若其长轴方向水平角为正值时(如A1)，在沉井下沉过程中其位移轨迹如A2所示；若其长轴方向水平角为负值时(如A3)，在沉井下沉过程中其位移轨迹如A4所示。

当刃脚超前支护钢板底端存在如图B类石块时(即石块形心位于钢板内侧)，在沉井下沉过程中其位移轨迹如B1、B2、B3、B4所示，在试块位于B3位置时，由于其挡住了吸泥管口，吸泥管顶部会出现较大的空气声，这时停止吸泥；若沉井下沉较浅(地面以下2-3m)可采用挖机或其他机械顺着吸泥管在井筒内掏洞至刃脚处，然后通过射水将其冲刷出来；若沉井下沉较深，可通过往吸泥管内吊吊锤和切割机将B3破碎并吸出，若石块较大时，则破碎、抽吸、射水移动石块、再破碎，反复直至石块被处理完。

进一步，在S2的步骤中，在井筒发生倾斜时，通过上部千斤顶对井筒的上部偏斜纠偏；并且，关闭倾斜一侧的射水管和吸泥管，另一侧的射水管和吸泥管继续射水和抽吸泥土，实现对井筒的下部偏斜纠偏。

以上的仅为本发明的较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明申请专利范围所作的等效变化，仍属本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种城市市政工程沉井施工装置，包括井筒，井筒的底部设有倾斜的刃脚，刃脚呈外圈深、内圈浅的结构；其特征在于：包括冠梁、千斤顶组件、水路系统以及刃脚超前支护钢板组件，冠梁设在井筒的外部周圈，千斤顶设在冠梁和井筒之间，刃脚超前支护钢板组件设在井筒外侧底部的周圈，且刃脚超前支护钢板组件紧贴井筒外壁布设；水路系统包括射水管、射水嘴和吸泥管，射水管和吸泥管均竖直间隔布设在井筒上，射水管靠近沉井外圈布设，吸泥管靠近井筒内圈布设，射水嘴设在射水管底部端头上，且射水嘴朝向井筒内圈布设；

在刃脚的斜面上间隔设有若干个凸齿，凸齿包括两侧的侧面和侧面之间的尖线，凸齿的尖线与射水管在井筒的同一个横断面上，且射水嘴位于尖线的下侧；两侧面延伸至吸泥管附近；

吸泥管与射水管之间交错布设，在井筒的同一个侧边上，吸泥管位于相邻两个射水管所在横截面之间中部的横截面上；射水嘴喷出的水能顺刃脚面将土层冲刷并移动至吸泥管处被顺利吸排出去；

刃脚超前支护钢板组件包括超前支护钢板和预埋螺杆，预埋螺杆间隔设在井筒的外侧底部周圈，超前支护钢板通过预埋螺杆固定在井筒的侧壁上，且超前支护钢板底部超出井筒的侧壁。

2.根据权利要求1所述的城市市政工程沉井施工装置，其特征在于：千斤顶组件包括预埋钢板和千斤顶，预埋钢板固定设在冠梁的侧壁上，千斤顶一端固定在预埋钢板上，千斤顶的另一端抵在井筒的侧壁上。

3.一种城市市政工程沉井施工方法，其特征在于采用上述权利要求1-2任一所述的城市市政工程沉井施工装置，包括如下步骤：

S1制作、安装井筒射水和吸泥装置、刃脚超前支护钢板、以及千斤顶组件；

S2将井筒放于预设位置，通过往射水管内射水冲刷刃脚下面的土层，然后通过吸泥管抽吸排出，实现井筒的下沉施工；

S3在井筒达到设计标高后通过射水管和吸泥管分别往刃脚处注浆和灌注细石混凝土，防止井筒出现超沉；

S4对井筒进行封底施工。

4.根据权利要求3所述的城市市政工程沉井施工方法，其特征在于：在S2的步骤中，若刃脚超前支护钢板存在石块，石块的运动轨迹向井筒内侧运动且堵住吸泥管时；

在井筒下沉较浅的情况下，采用挖机或其他机械顺着吸泥管在井筒内掏洞至刃脚处，然后通过射水将其冲刷出来；

在井筒下沉较深的情况下，通过往吸泥管内吊吊锤和切割机将石块破碎并吸出，若石块较大时，则破碎、抽吸、射水移动石块、再破碎，反复直至石块被处理完。

5.根据权利要求4所述的城市市政工程沉井施工方法，其特征在于：在S2的步骤中，在井筒发生倾斜时，通过上部千斤顶对井筒的上部偏斜纠偏；并且，关闭倾斜一侧的射水管和吸泥管，另一侧的射水管和吸泥管继续射水和抽吸泥土，实现对井筒的下部偏斜纠偏。