气压沉箱下沉阶段可调节气囊装置及施工方法与流程

本发明涉及一种地下结构修筑的气压沉箱装置，尤其是一种可控制气压沉箱下沉阶段姿态的装置及施工方法。

背景技术：

气压沉箱技术是修筑地下结构和深基础的工法，通过气压平衡水土压力进行下沉施工，与常规的施工方法相比，对周边环境影响小。1841年法国首次在煤矿竖井中应用了气压沉箱工法，我国于1894年在桥梁基础施工中引入了该技术。在20世纪50~60年代，上海市基础工程公司将其推广应用于桥梁工程、给排水工程、隧道工程中。随着十二五规划的提出和城市地下空间开发的迅速崛起，城市建筑越来越密集，周围环境也越来越复杂，同时城市底下空间发展越来越成为城市发展的趋势。基坑技术不断向“深度更深”，面临的“环境更复杂”方向发展。

在城市中心建筑物密集区开挖建设大深度地下空间，往往面临施工场地狭小、周围重要设施众多的情况；同时，地下施工在开挖时往往会引起地下水位的降低，进而导致周围地基的沉陷，严重时可能会引起周围地基的塌陷，给邻近建(构)筑物和地下市政设施带来严重的影响；另外，市区地铁隧道、地下高速道路、共同沟以及竖井风井系统工程的施工往往受到各方面的限制。相比之下，气压沉箱工法在许多情况下能适应上述的特殊需求，因而在工程应用中具有不可替代的竞争力及广泛的应用前景。

气压沉箱施工过程中，下沉控制是气压沉箱控制的要点。沉箱下沉挖掘过程中常不稳定，容易发生承载力不足、突沉、倾斜、滑动过大变形等。随着深度的增加，下沉控制难度也越大。如何确保沉箱下沉施工阶段的稳定，防突沉与倾斜是气压沉箱施工中的一大难题。

技术实现要素：

本发明是要解决气压沉箱下沉挖掘过程中不稳定，容易发生承载力不足、突沉、倾斜、滑动过大变形等技术问题，而提供一种气压沉箱下沉阶段可调节气囊配套装置及施工方法。

为解决上述目的，本发明的技术方案是：一种气压沉箱下沉阶段可调节气囊配套装置，包括气囊、充气孔、套管、气压控制阀、充气控制系统，沉箱底板内预埋若干个套管，每个套管插入充气孔，沉箱底板下部与基底之间设有气囊，气囊与沉箱底板下方充气孔相连，沉箱底板上方的充气孔通过气压控制阀与充气系统相连，由充气系统及气压控制阀给气囊充气，使气囊上部顶升沉箱底板，下部由基底支撑，通过气囊的压力提升与降低沉箱底板标高，自主控制沉箱底板下沉速度，确保沉箱底板下沉工况安全。

所述套管与沉箱底板上下界面连接处设置密封圈；套管周边焊接止水环。

所述气囊采用横躺或竖立支撑方式，用于不同规模及工作室高度要求的沉箱。

一种采用气压沉箱下沉阶段可调节气囊配套装置的施工方法，其特征在于，其步骤为：

1）计算气囊布置的个数

单个气囊支撑力T=气压p×接触面积S；

则需要气囊的个数N=（G-f）÷T，其中：G为沉箱自重，f为侧摩阻力；

2）沉箱底板施工时结合沉箱结构按需预埋套管，套管安装注意周边焊接止水环；

3）在套管内插入充气孔，为确保气密性，在与沉箱底板上下界面处设置密封圈；

4）充气孔底板下方通过充气孔与可充放气的气囊相连，上端和充气系统相连，中间设置气压控制阀，气囊上部顶升沉箱底板，下部由基底支撑；

5）气囊可结合不同沉箱结构空间要求，可采取横躺或竖立两种不同支撑方式；

6）当沉箱加高及下沉阶段可通过充气系统、气压控制阀对气囊进行充放气，调节气囊内压力及高度，以提供反力防止沉箱突沉、倾斜现象。

当无需使用气囊时，可释放里面气体，气囊可随及缩起，不占用工作室空间，操作灵活。

所述气体为高压惰性气体。

本发明的有益效果是：

（1）通过调节气囊气压自主控制沉箱下沉速度，适应防突沉等工况，并且能对沉箱实时进行自主纠偏，精确调整控制沉箱下沉姿态。在下沉施工过程中，对周围土体扰动小，有利于近距离环境条件的施工。采用气囊装置可调节沉箱姿态，不走不必要的纠偏弯路，工期短工期短；同时沉箱箱壁可做薄，不需考虑加大自重来克服下沉困难。

（2）结合沉箱结构大小，自主设置气囊大小和位置，布置灵活。

（3）气囊和基底接触面积大，对地基承载力要求低，气囊自主调节控制，有效的解决了软土地基支撑承载力不足等问题。

（4）在沉箱结构下沉时，可释放里面气体，气囊可随及缩起，不占用工作室空间。

附图说明

图1是本发明的气压沉箱下沉阶段可调节气囊配套装置横躺结构剖视图；

图2是本发明的气压沉箱下沉阶段可调节气囊配套装置竖立结构剖视图；

图3是本发明的气压沉箱下沉阶段可调节气囊配套装置横躺使用状态剖视图；

图4是本发明的气压沉箱下沉阶段可调节气囊配套装置竖立使用状态剖视图。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施，进一步阐述本发明。

如图1，2所示，一种气压沉箱下沉阶段可调节气囊装置，包括气囊1、充气孔2、套管3、密封圈4、止水环5、气压控制阀6、充气控制系统7。

在沉箱底板8施工时，结合沉箱底板8结构大小及计算预埋适时数量的套管3，每个套管3内插入充气孔2，沉箱底板8下部与基底之间设置气囊1，气囊1与沉箱底板下方充气孔2相连，沉箱底板8上方的充气孔2通过气压控制阀6与充气系统7相连，由充气系统7及气压控制阀6给气囊1充气，使气囊1上部顶升沉箱底板8，下部由基底支撑，通过气囊1的压力提升与降低沉箱底板8标高，自主控制沉箱底板8下沉速度，确保沉箱底板8下沉工况安全。套管3与沉箱底板8上下界面连接处设置密封圈4；套管3周边焊接止水环5。

气囊1布置及个数的计算方法：

单个气囊1支撑力T=气压p×接触面积S；

则需要气囊1的个数N=G-f÷T，其中：G为沉箱自重，f为侧摩阻力；

同时针对不同规模及工作室高度要求的沉箱，结合实际情况，气囊1支撑可采取横躺和竖立两种不同支撑方式。

具体安装及实施方法：

①、沉箱底板8施工时结合沉箱结构按需预埋套管3，套管3安装注意周边焊接止水环5；

②、在套管3内插入充气孔2，为确保气密性，在与沉箱底板8上下界面处设置密封圈4。

③充气孔3与沉箱底板8下方通过充气孔2与可充放气的气囊1相连。上端和充气系统7相连，中间设置气压控制阀6，气囊1上部顶升沉箱底板8，下部由基底支撑。

④气囊1可结合不同沉箱底板8结构空间要求，可采取横躺（图3）和竖立（图4）两种不同支撑方式。

⑤当沉箱底板8加高及下沉阶段可通过充气系统7、气压控制阀6对气囊1进行充放气，调节气囊1内压力及高度，以提供反力防止沉箱底板8突沉、倾斜等现象。

⑥ 当无需使用气囊1时，可释放里面气体，气囊可随及缩起，不占用工作室空间，操作灵活。

⑦ 为确保气囊1能提供足够的反力支撑，其材料可选用延展性小，强度高材料，充装气体通常采用高压惰性气体。