一种装配式工作井结构的制作方法

本实用新型涉及土木工程技术领域，具体来说涉及城市交通、给排水等地下管道及城市综合管廊领域的一种进出洞装配式工作井结构及施工方法。

背景技术：

在城市隧道、管廊非开挖施工时，盾构和顶管设备的进出洞工作井的施工速度对整个工程的进度影响很大，尤其是对于交通繁忙、人口密集、地面建筑物众多，地下构筑物和管线复杂的复杂城市环境条件。

沉井结构作为端头井或工作井的一种常用结构，达到广泛应用。该结构一般是在地面制作，通过井内取土下沉到预定标高从而形成地下构筑物。该结构具有独特优点：点地面积小，开挖取土不需要基坑围护；无需特殊专业设备，操作简便；既可以作为地下构筑物的围壁，沉井内部空间亦可得到充分利用。近年来，随着施工技术和施工机械的不断革新，沉井在国内外都得到了广泛的应用和发展。

传统的沉井结构是通过一种切入土体的方式下沉，依靠结构自重或振动减阻技术措施克服土体与井壁之间的摩阻力和刃脚反力，缓慢下沉，井下取土，达到设计标高，井内封底。在沉井结构下沉过程中，为了减阻将对井壁周边的土体扰动较大，导致沉井外侧周边的环境受到较大影响，尤其在人口密集区或城镇中心区，沉井周边埋设有大量管线，分布各类重要建筑物和构筑物。在软土地区，当沉井下沉，井内土体挖除过程，产生井内外的水土压力差较大时，井外的水土体会绕过沉井的刃脚流到井内，会使井外的地层沉降增大，导致井外侧的建筑物和管线产生损伤甚至破坏。同时伴随着挖土和降水过程，往往导致沉井结构突沉或倾斜，使沉井施工的速度遭受重大影响。此外，目前的沉井结构多采用现场浇筑方法制成，需要养护，从而需要更长的施工工期。对于高地下水位的地层，开挖过程的井内降水，对井外环境的影响会更大。因此，采用沉井法施工工作井的方法受到地层特征、地下水赋存及周边环境保护等条件的限制。为此，工程界亟需寻找一种能够克服现有沉井结构施工存在的不足、消除沉井施工对周边环境影响的新结构与新方法，提高施工速度，缩短施工工期。

在地下水位较高的地区以及软弱地层中，目前常用明挖基坑围护的方法施工工作井，先施工竖向围护结构，然后边开挖，边施工水平支撑结构和安装井内设施。由于现行的基坑围护结构施工速度较慢，严重影响了地下隧道或管廊的施工工期。工作井的围护结构，为了便于盾构机穿越，常采用玻璃纤维筋代替常规的钢筋来制造围护结构，但造价较高。尤其在进出穿墙门洞位置从围护壁上开洞，不仅影响了围护结构和周边环境的安全，而且施工过程较长，这也是地下隧道和管廊施工中急待解决的难题。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题在于，克服现有沉井结构和明挖基坑围护结构施工周期长、对周边环境影响大、易发生流砂造成沉井倾斜或下沉困难等的不足，提供一种快速装配工作井结构，能够有效控制构件植入和井内挖土过程对周边环境不利影响，确保井壁上开洞安全的技术和方法。

为达到上述目的，本实用新型采用的技术方案是：

一种装配式工作井结构，包括预制构件，所述预制构件植入到自凝流塑土内，形成具有挡土和止水功能的井壁结构；预制构件上预留可拆卸的穿墙门洞板；预制构件顶面预埋有连接冠梁的接驳装置，预制构件侧壁预埋有连接腰梁的接驳装置。

所述构件为板构件；板构件为预制空腹钢筋混凝土构件，断面形状为一字形、L形、折角形或圆弧形的一种，板构件中间分布多个竖向空腔，装配后呈上下连通状态。

所述板构件在深度方向通过水平接头接长，水平接头为等强连接接头，包括钢板螺栓接头和钢套承插接头，钢板螺栓接头由钢拼板和接头端板通过端面环氧胶及螺栓连接成整体，钢套承插接头由连接插杆插入承插钢套两端连接主筋及端面环氧胶连接成整体；所述板构件在水平方向通过竖向接头连接咬合，竖向接头为凹口型，包括折线型凹口和弧形凹口，凹口之间插入RC管桩、RC方桩、H型钢或方型钢进行咬合。

所述构件为桩构件；桩构件断面形状为工字形、中空圆形或中空矩形，为型钢构件或钢筋混凝土预制件，在深度方向有等强连接接头接长，型钢构件接头通过焊接或螺栓连接，钢筋混凝土预制件设圆环钢板钢套承插接头，由两端连接主筋的承插钢套内插入承插接头、端面侧面涂抹环氧胶、圆环形钢套板连接成整体。

所述自凝流塑土为桩位原状土经旋喷、搅拌或钻孔置换掺入固化剂形成的水泥土体、固化土体、水泥砂浆体或自凝泥浆体，形成连续壁板墙体，截面有圆柱咬合形或等厚度矩形。

所述预留可拆卸的穿墙门洞封板，是在井壁中预设圆形或矩形的穿墙门洞，穿墙门洞周边预设注浆孔，通过可拆卸的加劲钢板封洞，并通过螺栓连接在构件上安装或拆卸。

在构件顶面和侧面预埋有连接冠梁、腰梁的接驳装置，能快速将冠梁和腰梁连接安装起来，使构件形成整体井壁结构，确保工作井的安全。

一种装配式工作井结构的施工方法，其特征是，包括以下步骤：

(1)在现场或工厂预制板或桩构件；

(2)在井壁位置形成自凝流塑土：

采用多轴搅拌或双轮铣削搅拌方法形成流态水泥土搅拌体、流态固化土搅拌体，或采用抓斗成槽形成自凝泥浆槽，形成连续壁板墙体；

(3)在自凝流塑土内植入和装配单幅板或单根桩构件：

构件吊放定位并就位于安装支座上，通过自重、减阻装置或高频振动捶，克服阻力下放到水泥土或自凝泥浆中，同时将部分水泥土或泥浆置换出来；当一个预制构件的上端下放至安装支座高度时，利用安装支座固定该预制构件，吊入上一段构件，与下一段构件拼接，拼接后继续吊放；重复拼接直至槽底，完成竖向单幅板或单根桩的植入施工；

(4)在自凝流塑土内植入和装配下一幅板或一根桩构件：

用安装支座定位固定，重复(2)、(3)步骤的方法，植入下一幅板或一根桩；

(5)安装冠梁和腰梁，井内取土及封底：

预制构件植入和装配完毕后，在构件顶面清除固化的自凝流塑土，在构件顶部接驳装置安装冠梁；冠梁形成后在井内取土和降水，当达到一定深度后，通过构件侧面接驳装置安装腰梁，同时设置支撑或外锚，然后继续开挖和降水到设计深度，再在井内浇筑钢筋混凝土底板；

(6)在井壁穿墙门洞位置的预留孔内进行旋喷注浆，加固穿墙门洞外周边的土层和封闭地下水；

(7)拆卸穿墙门洞封板，打开井壁中预留的穿墙门洞；在井内安装盾构或顶管设备，通过穿墙门洞进行隧道或管涵的施工。

所述安装支座由固定钢梁、夹紧机构、千斤顶、支座小车组成，预制构件从夹紧机构中下放，固定钢梁支撑夹紧机构，千斤顶支撑在固定钢梁两侧，支座小车用于承接千斤顶。在植入和装配板构件或桩构件时调节构件下沉速度、位置和垂直度，调整构件装配精度并防止构件倾斜和突沉。

所述的减阻装置位于预制构件空腔内，由钻杆和喷嘴组成，当下沉阻力较大时，通过预制构件中下放减阻装置，在井壁的底端位置喷射高压气体，搅拌构件底端的自凝流塑土，使之顺利地通过预制件的腔体向上流动排放，从而使构件顺利沉放到位。

有益效果：本实用新型通过预先搅拌或成槽，槽内填充自凝流塑土，将装配式预制构件植入到槽内，通过水平和、竖向接头及冠梁和腰梁形成工作井整体井壁结构，克服了传统沉井结构下沉和明挖基坑对周边环境的影响，现场施工可操作性强，构件装配化程度高，空腹构件能有效节约工程材料，施工作业效率高，具有良好的经济性和工程实施效果。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步说明。

图1为本实用新型装配式工作井矩形结构平面示意图；

图2为本实用新型装配式工作井圆形结构平面示意图；

图3为本实用新型装配式工作井的预制板构件竖向接头示意图；

图4为本实用新型装配式工作井的预制桩构件竖向接头示意图；

图5为本实用新型装配式工作井预制桩构件平面布置示意图；

图6为本实用新型装配式工作井预制板构件水平接头示意图；

图7为本实用新型装配式工作井穿墙门洞立面示意图；

图8为本实用新型装配式工作井穿墙门洞剖面示意图；

图9为本实用新型装配式工作井安装支座及减阻装置示意图。

图中：板构件1、桩构件2、标准件3、定制件4、圆柱咬合形自凝流塑土5、等厚度矩形自凝流塑土6、竖向接头7、水平接头8、中空圆形桩9、中空矩形桩10、工字形桩11、空腔12、折线型凹口接头13、弧形凹口接头14、RC管桩接头15、RC方桩接头16、H型钢接头桩17、方型钢接头18、接驳装置19、接头钢拼板20、接头端板21、螺栓22、环氧胶23、预埋连接件24、穿墙门洞25、洞周加劲钢套26、封洞钢板27、加劲槽钢28、预设注浆孔29、安装支座30、固定钢梁31、千斤顶32、支座小车33、减阻装置34、钻杆35、喷嘴36、夹紧机构37、主筋38、承插钢套39、连接插杆40、钢板螺栓接头42、钢套承插接头43、圆环形钢套板44、铰链45。

具体实施方式

为了使本实用新型实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本实用新型。

参见图1至图8。

装配式工作井结构的井壁结构由板构件1和桩构件2装配而成，植入在预先搅拌形成的流态水泥土或抓斗成槽置换的自凝泥浆等圆柱咬合形自凝流塑土5或等厚度矩形自凝流塑土6内，包括：装配式工作井结构有矩形装配式工作井结构和圆形装配式工作井结构等平面平面布置形式(见图1和图2)；预制构件由标准件3和定制件4组成，中间具有多个竖向空腔12，竖向空12呈上下连通，构件顶面和侧壁预埋接驳装置19和预埋连接件24与冠梁和腰梁相连；预制板构件1通过水平接头8和竖向接头7进行拼接，预制板构件1的水平接头8包括钢板螺栓接头42和钢套承插接头43，钢板螺栓接头42由钢拼板20和接头端板21通过端面环氧胶23及螺栓22连接成整体，钢套承插接头43由连接插杆40插入承插钢套39两端连接主筋38及端面环氧胶23连接成整体，预制板构件1的竖向接头7断面包折线型凹口13和弧形凹口14，凹口之间插入RC管桩15、RC方桩16、H型钢17或方型钢18进行咬合；预制桩构件设圆环钢板钢套承插接头，由两端连接主筋38的承插钢套39内插入承插接头43、端面侧面涂抹环氧胶23、圆环形钢套板44连接成整体，圆环形钢套板44由两块半圆形钢套板通过铰链45和螺栓22形成圆环；预制构件通过安装支座30进行拼装和植入施工，支座30由固定钢梁31、千斤顶32、支座小车33和夹紧机构37构成；井壁预设圆形或矩形穿墙门洞25，穿墙门洞25通过洞周加劲钢套26加强，洞周预设注浆孔29，通过可拆卸的加劲钢板27封洞，钢板27两侧面焊接加劲槽钢28，钢板27通过螺22与预制构件连接；当构件下沉阻力较大时，在预制构件空腔内下放减阻装置34，减阻装置34通过钻杆35和喷嘴36喷射高压空气。

实施例中，具体施工步骤如下：

(1)在施工现场或工厂预制钢筋混凝土构件。

(2)在井壁位置形成自凝流塑土：在井壁和隔墙位置采用多轴搅拌或双轮铣削搅拌方法形成流态水泥土搅拌体、流态固化土搅拌体，或采用抓斗成槽形成自凝泥浆槽。

(3)在自凝流塑土内植入和装配单幅板或单根桩构件：植入和装配预制构件：预制构件吊放定位，通过自重、减阻或高频振动捶克服阻力下放到水泥土或自凝泥浆中，同时将部分水泥土或泥浆置换出来；当一个预制构件的上端下放至开槽顶面时，通过安装支座固定该预制构件，吊入另一个预制构件，与下一段通过水平接头进行拼接，拼接后继续吊放；重复拼接直至槽底，完成竖向一幅井壁或隔墙的装配与植入施工。

(4)在自凝流塑土内植入和装配下一幅板或一根桩构件：用安装支座定位固定，重复(2)、(3)步骤的方法，植入下一幅板或一根桩。

(5)安装冠梁和腰梁，井内取土及封底：预制构件植入和装配完毕后，在构件顶面清除固化的自凝流塑土，在构件顶部接驳装置安装冠梁；冠梁形成后在井内取土和降水，当达到一定深度后，通过构件侧面接驳装置安装腰梁，同时设置支撑或外锚，然后继续开挖和降水到设计深度，再在井内浇筑钢筋混凝土底板。

(6)在井壁穿墙门洞位置的预留孔内进行旋喷注浆，加固穿墙门洞外周边的土层和封闭地下水；

(7)拆卸穿墙门洞封板，打开井壁中预留的穿墙门洞；在井内安装盾构或顶管设备，通过穿墙门洞进行隧道或管涵的施工。

本实用新型通过预先搅拌或成槽，槽内填充自凝流塑土，将装配式预制构件植入到槽内，通过水平和、竖向接头及冠梁和腰梁形成工作井整体井壁结构，克服了传统沉井结构下沉和明挖基坑对周边环境的影响，现场施工可操作性强，构件装配化程度高，空腹构件能有效节约工程材料，施工作业效率高，具有良好的经济性和工程实施效果。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。