一种钢筒井的施工方法与流程

本发明涉及顶管施工技术领域，更具体地说，涉及一种钢筒井的施工方法。

背景技术

顶管施工是一种不开挖或者少开挖的管道埋设施工技术。顶管施工就是在工作坑内借助顶进设备产生的顶力，克服管道与周围土壤的摩擦力，将管道按设计的坡度顶入土中，并将土方运走。

现有技术中会采用沉井施工，沉井施工中大多采用钢筋混凝土结构，钢筋混凝土结构在顶进设备产生的顶力和自身重力的作用下，克服与周围土壤的摩擦力，按预先设计的坡度下沉。下沉过程中，需不断将工作坑中的土方运走，以免影响钢筋混凝土结构的下沉。

这种沉井施工方式，钢筋混凝土结构下沉速度很慢，影响施工效率，而现实生活中，此施工方式主要运用于城市项目施工，施工效率低，会使城市居民的正常生活受到影响，同时也会增加施工成本。

综上所述，如何避免顶管施工效率低的问题，是目前本领域技术人员亟待解决的问题。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的是提供一种钢筒井的施工方法，提高顶管施工过程中的效率，避免因施工效率低而对居民生活造成影响和施工成本的增加。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种钢筒井的施工方法，包括：

确定需要设置钢筒井的位置；

用摇管机将钢筒下沉至目标位置，形成所述钢筒井，所述目标位置为最上部所述钢筒的上端面距离地面20cm-30cm处的位置。

优选的，所述确定需要设置钢筒井的位置，包括：

s11：确定需要设置所述钢筒井的预选位置；

s12：探测所述钢筒井的预选位置的地下是否存在暗埋或管线；

s13：若暗埋或管线均不存在，则确定需要设置所述钢筒井的预选位置为需要设置所述钢筒井的位置；若存在暗埋或管线，则返回所述s11。

优选的，所述用摇管机将钢筒下沉至目标位置之前，还包括：

在需要设置所述钢筒井的位置开挖一个用于放置首节钢筒的坑洞，将所述首节钢筒放置于所述坑洞内；

在所述首节钢筒的上端面设置第二节钢筒，且将所述首节钢筒与所述第二节钢筒的接口对齐、焊接连接；

用所述摇管机将焊接连接的所述首节钢筒或所述第二节钢筒夹紧。

优选的，所述将所述首节钢筒放置于所述坑洞内之前，还包括：将所述首节钢筒的底部切成锯齿形。

优选的，所述用摇管机将钢筒下沉至目标位置，形成所述钢筒井，包括：

s21：在所述钢筒井的上端面设置另一所述钢筒，并将所述钢筒井与另一所述钢筒的接口对齐、焊接连接，下沉至所述目标位置；

s22：测量所述钢筒井是否下沉至设计标高处，所述设计标高处为所述钢筒井满足设计要求时所需下沉的深度位置；

s23：若所述钢筒井下沉至所述设计标高处，则结束；若所述钢筒井没有下沉至所述设计标高处，则返回所述s21。

优选的，所述s21中所述下沉至所述目标位置，包括：使用所述摇管机中与油缸刚性连接的夹持装置将所述钢筒井夹紧；在所述钢筒井下沉过程中，所述油缸带动所述钢筒井上下、左右摇晃。

优选的，所述使用所述摇管机中与油缸刚性连接的夹持装置将所述钢筒井夹紧之前，还包括：

将所述摇管机与具有液压控制系统的挖机连接。

优选的，所述用摇管机将钢筒下沉至目标位置，形成所述钢筒井之后，还包括：在所述钢筒井内部安装管道、检查井；将所有所述钢筒之间的连接切割断开；将所述钢筒井中除最底部所述钢筒之外的所述钢筒取出。

优选的，所述在所述钢筒井内部安装管道、检查井之前，还包括：将所述钢筒井内部开挖至开挖深度，并封底；所述开挖深度为：

h＝h1-r+h2+d；

其中，h为所述开挖深度；h1为设计过程中为满足要求所需要的所述管道下沉的深度；r为垂直于所述钢筒井中心轴线方向的最大的所述管道的外圆半径；h2为推进台高度；d为所述钢筒井底部的封底厚度。

本发明提供的钢筒井的施工方法，首先要确定需要设置钢筒井的位置；然后在需要设置钢筒井的位置安装摇管机；用摇管机将钢筒下沉至目标位置。

本发明提供的钢筒井的施工方法，钢筒在下沉的过程中受到摇管机的晃动，可以使钢筒对单位面积土体的压力增加，并且在钢筒晃动下沉的过程中会对土壤产生冲击力，使钢筒的下沉速度加快，提高钢筒井施工的效率，避免因施工效率低而对居民生活造成影响和施工成本的增加。

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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明所提供的具体实施例一的流程示意图；

图2为本发明所提供的具体实施例二的流程示意图；

图3为本发明所提供的具体实施例三的流程示意图；

图4为本发明所提供的具体实施例四的流程示意图；

图5为本发明所提供的具体实施例五的流程示意图；

图6为本发明所提供的具体实施例六的流程示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的核心是提供一种钢筒井的施工方法，可以提高施工效率，减少施工成本。

请参考图1-6，图1为本发明所提供的具体实施例一的流程示意图；图2为本发明所提供的具体实施例二的流程示意图；图3为本发明所提供的具体实施例三的流程示意图；图4为本发明所提供的具体实施例四的流程示意图；图5为本发明所提供的具体实施例五的流程示意图；图6为本发明所提供的具体实施例六的流程示意图。

请参考图1，本发明所提供的钢筒井的施工方法包括以下步骤：

步骤s1：确定需要设置钢筒井的位置。

上述步骤中，钢筒井可以为工作井也可以为接收井，具体根据实际情况确定；其中工作井为用于安装顶管设备、顶进的沉井；接收井为工作井所顶进的管路连通的沉井；本发明所提供的钢筒井的施工方法多应用于地质条件为流沙及各类土层地区，不适用于岩石地层。

此步骤中所提到的需要设置钢筒井的位置为正式施工时的钢筒井的位置。

步骤s2：用摇管机将钢筒下沉至目标位置，形成钢筒井，目标位置为最上部钢筒的上端面距离地面20cm-30cm处的位置。

上述步骤中，可使用摇管机将钢筒下沉至目标位置，钢筒在下沉的过程中，摇管机会带动钢筒晃动。

需要进一步进行说明的是，当钢筒井只具有一节钢筒，且钢筒高度较小时，则不必要使用摇管机将钢筒下沉；当钢筒井具有两节或两节以上钢筒时，可以使用摇管机将除首节钢筒之外的所有钢筒一一下沉；当钢筒井只具有一节钢筒但钢筒高度较大时，可以使用摇管机将其慢慢下沉。具体是否使用摇管机根据具体情况判断。

本发明提供的钢筒井的施工方法，钢筒在下沉过程中会在摇管机的带动下晃动，可以增加钢筒对单位面积土体的压力，并且在晃动下沉的过程中会对土壤产生冲击力，使钢筒的下沉速度加快，提高钢筒井的施工效率，避免因施工效率低而对居民生活造成影响和施工成本的增加。

请参考图2，上述步骤s1包括：

步骤s11：确定需要设置钢筒井的预选位置。

上述步骤中，需要设置钢筒井的预选位置，为设计或测量过程中确定的钢筒井的位置，并不一定是钢筒井最终所确定的位置。

步骤s12：探测钢筒井的预选位置的地下是否存在暗埋或管线。

上述步骤中，探测地下是否存在暗埋或管线时，需要对钢筒井施工过程中需要涉及挖掘的部分均进行探测。

步骤s13：若暗埋或管线均不存在，则确定需要设置钢筒井的预选位置为需要设置钢筒井的位置；若存在暗埋或管线，则返回步骤s11。

本实施例所提供的技术方案中，可以对地下设有暗埋或管线的结构提前进行探测，避免在开挖过程中，对暗埋或管线的破坏，同时，也可以避免无效施工过程，提高施工效率。

请参考图3，上述步骤s2之前还包括：

步骤s201：在需要设置钢筒井的位置开挖一个用于放置首节钢筒的坑洞，将首节钢筒放置于坑洞内。

上述步骤中，由于钢筒在下沉的过程中需要埋入地下一定深度，以保证钢筒下沉的方向不会发生偏斜，所以需要先开挖一个放置首节钢筒的坑洞，并将首节钢筒放置于坑洞内。

需要进行说明的是，一般施工过程中使用的钢筒为2m，所以在钢筒井的位置可以挖一个深度为1.8m左右的坑洞，坑洞的尺寸略大于钢筒外径尺寸、钢筒可以顺利放入即可，其中坑洞的深度不小于1m；当然钢筒的高度也可为除2m以外的其他尺寸，当为其他尺寸时，需要保证首节钢筒放入坑洞内后可以稳固固定且能够被摇管机顺利夹紧、晃动。

步骤s202：在首节钢筒的上端面设置第二节钢筒，且将首节钢筒与第二节钢筒的接口对齐、焊接连接。

上述步骤中，第二节钢筒为与首节钢筒的上端面连接的钢筒，首先将其置于首节钢筒的上部，移动第二节钢筒的位置，直至首节钢筒与第二节钢筒的接口对齐，即首节钢筒的中心轴线与第二节钢筒的中心轴线大致重合；然后将接口处焊接连接。

为了不影响钢筒的正常下沉，在满足要求的前提下，可以在钢筒的内部进行焊接，避免焊缝凸起对钢筒的下沉造成影响。

需要进行说明的是，第二节钢筒与首节钢筒可以为高度不同的钢筒，为了方便施工和设计，优选的，第二节钢筒与首节钢筒为尺寸相同的钢筒。

接口对齐、焊接连接的目的是使首节钢筒可以与第二节钢筒固定在一起，确保在下沉过程中，承受周围土体的压力作用、摇管机的晃动作用下，二者不会脱离。

步骤s203：用摇管机将焊接连接的首节钢筒或第二节钢筒夹紧。

本发明中，摇管机的总称为：带有夹持作用的立坑式摇管机，摇管机上设有夹持装置，可以将钢筒夹紧，方便后续对钢筒进行摇晃。

需要进行说明的是，为了方便将钢筒夹紧，摇管机的夹持装置的尺寸需要与钢筒的外径尺寸相配合，所以在安装摇管机的过程中，需要根据钢筒外径的尺寸，选择与其相配合的摇管机。

需要进一步进行说明的是，常用的钢筒的尺寸为：内径为2590mm、内径为2090mm和内径为1890mm这三种，并且这三种钢筒的壁厚均为20mm，且这三种钢筒可用同一型号的摇管机进行夹紧，所使用的摇管机型号为φ2590mm型摇管机。

另外，此处摇管机夹紧的位置可以是首节钢筒，也可以是第二节钢筒，还可以是首节钢筒与第二节钢筒的连接位置，在此不做赘述。

本实施例所提供的技术方案，为后续钢筒的下沉做了准备工作，使后续钢筒在下沉的过程中，可以沿确定角度下沉，避免发生偏斜，并且摇管机将焊接连接的钢筒夹紧，可以使后续钢筒的下沉更加顺利。

步骤s201中将首节钢筒放置于坑洞内之前，还包括：

步骤s2011：将首节钢筒的底部切成锯齿形。

上述步骤中，由于钢筒在下沉的过程中，会对坑洞的底面产生一定的压力，且当坑洞底面所承受的单位面积的压强越大时，钢筒越容易下沉，因此可以将首节钢筒的底部切成锯齿形，减小首节钢筒底部与坑洞底面接触的面积，由于切除部分相对于整个钢筒来说质量很小，几乎不影响钢筒对坑洞底面产生压力的大小，可以忽略不计；另外，由于ps＝f，其中p为单位面积的压强，s为面积，f为压力，在压力f不变的情况下，面积s的减小，会使单位面积的压强p增减，因此钢筒对坑洞底面产生的单位面积的压强变大，从而使首节钢筒更容易下沉，因此提高了钢筒的下沉速度。从而进一步提高施工效率。

需要进行说明的是，为了在不影响施工质量的前提下提高钢筒的下沉速度，可以将首节钢筒底部的锯齿形的齿深设置为10cm。

当然，此处也可以将首节钢筒的底部切成其它形状，只需在满足要求的前提下，提高钢筒下沉的效率即可。

请参考图4，步骤s2包括：

步骤s21：在钢筒井的上端面设置另一钢筒，并将钢筒井与另一钢筒的接口对齐、焊接连接，下沉至目标位置。

在实际操作过程中，会先将钢筒井下沉至其最上部的钢筒的上端面距离地面20cm-30cm左右时，再在钢筒井最上部钢筒的上端面设置另一钢筒，此处的另一钢筒与钢筒井连接处的接口需对齐，且焊接连接。

为了不影响钢筒的正常下沉，在满足要求的前提下，可以在钢筒的内部进行焊接，避免焊缝凸起对钢筒的下沉造成影响。

步骤s22：测量钢筒井是否下沉至设计标高处，设计标高处为钢筒井满足设计要求时所需下沉的深度位置。

上述步骤中，当钢筒高度一致时，可以通过计算下沉钢筒的数量与钢筒高度的乘积，减去钢筒井最上端距离地面的高度，来判断钢筒井是否下沉至设计标高处；当钢筒高度不一致时，可以通过计算所有钢筒高度的总和，减去钢筒井最上端距离地面的高度，来判断钢筒井是否下沉至设计标高处。

步骤s23：若钢筒井下沉至设计标高处，则结束；若钢筒井没有下沉至设计标高处，则返回步骤s21。

本实施例所提供的技术方案，可以解决包括多节钢筒的钢筒井的下沉问题，过程清晰，容易操作。

需要进行说明的是，本方案主要适用于钢筒井深度为0～15m的情况。

请参考图5，步骤s21中下沉至目标位置，包括：

步骤s211：使用摇管机中与油缸刚性连接的夹持装置将钢筒井夹紧。

摇管机中的夹持装置与油缸刚性连接，以保证油缸在运动过程中可以带动夹持装置一起运动，并且夹持装置将钢筒夹紧，因此，可以实现钢筒的晃动。

步骤s212：在钢筒井下沉过程中，油缸带动钢筒井上下、左右摇晃。

摇管机具有可上下、左右伸缩的油缸，通过油缸带动钢筒左右两边连续上下摇晃，即当钢筒的左半边抬起时，右半边下沉；右半边抬起时，左半边下沉；并伴随轻微的顺时针、逆时针交替转动，即顺时针轻微转动一较小角度，然后逆时针转回至原位，反复转动。依靠摇管机液压系统的左右旋转，从而带动钢筒切割土体、下沉。

本实施例所提供的技术方案，可以使提高钢筒下沉的速度，从而提高施工效率。

步骤s211之前还包括：

步骤s2110：将摇管机与具有液压控制系统的挖机连接。

现有技术中摇管机不具有液压控制系统，因此摇管机在工作的过程中需要与其它设备的液压控制系统或独立的液压控制系统连接，以控制摇管机的夹持装置和油缸正常工作。

将摇管机与挖机的液压控制系统连接，可以使摇管机正常工作的同时，挖机还可以将钢筒井中的土体挖出，达到钢筒快速下沉的目的。

请参考图6，步骤s2之后，还包括：

步骤s3：在钢筒井内部安装管道、检查井。

上述步骤中，在钢筒井内部安装管道的过程中，不仅需要安装与钢筒高度方向平行的管路，还要安装与钢筒高度方向垂直的管路。在安装与钢筒方向垂直的管路时，多采用微型顶管施工方式，将工作井与接收井连通。

检查井的具体尺寸或位置可以根据实际情况确定；为了方便维修人员进入检查井，可以在检查井内设置爬梯；考虑到检查井内底部可能会有积水，可以在检查井内底部采用水下混凝土浇筑形式进行封底。

步骤s41：将所有钢筒之间的连接切割断开。

步骤s42：将钢筒井中除最底部钢筒之外的钢筒取出。

上述步骤中，管道和检查井施工完成之后，就不再需要钢筒的支护作用，因此可以将钢筒取出。但是，由于首节钢筒内有相互垂直的管道，并且垂直于钢筒井高度方向的管道在连接工作井和接收井的过程中穿过了首节钢筒的侧壁，因此首节钢筒不能被取出。可以将所有钢筒之间的焊接连接用切割机或其他设备切割、断开，然后使用摇管机将除首节钢筒之外的钢筒取出。

为了使取出后的钢筒可以重复使用，可对取出的钢筒做表面清洁处理。

本实施例所提供的技术方案，可以实现钢筒的重复使用，减少了施工成本，顺应了绿色施工的理念。

在步骤s3之前，还包括：

步骤s30：将钢筒井内部开挖至开挖深度，并封底；开挖深度为：

h＝h1-r+h2+d；

其中，h为开挖深度；h1为设计过程中所确定的管道下沉的深度；r为垂直于钢筒井中心轴线方向的最大的管道外圆半径；h2为推进台高度；d为钢筒井底部的封底厚度。

上述步骤中，开挖深度即当钢筒下沉至设计标高处后，将钢筒内部的土体挖出；开挖过程中需要使用长臂挖机将钢筒内挖至开挖深度，并进行底部平整工作，对于软土地基及地下水位较高的地基，开挖完成后，需要快速的进行垫层封底，封底厚度至少500mm。

优选的，垫层浇筑前，由于筒内开挖深度可能达到了承压水层，水压大，坑内积水较多，垫层浇筑时采用水下混凝土浇筑形式，当然也可以采用其他满足要求的方法，在此不做赘述。

为了避免承压层冒水，在井底平整完成后，可以在井底放置与钢筒直径相等的木模，当然此处的直径相等并不是完全相同，只要能够保证木模可以放进钢筒内部，并与钢筒内壁紧密贴合即可；这样冒出的水会被木模吸收，并分散至钢筒内壁，沿钢筒内壁往上冒水，钢筒底部水比较平静，并且钢筒中部不会冒水，可确保水下混凝土硬化、成型。

其中，管道设计标高是图纸设计的过程中已经设计好的尺寸，即所铺设的与钢筒中心轴线方向平行的管道的长度；推进台为用于设置工作井与接收井之间连接管路的设备，需要在钢筒井内部靠近底面的空间工作，运用微型顶管施工方法将工作井与接收井之间连通；封底厚度为钢筒井内部开挖完成之后，为了防水而设置的垫层，具体垫层的形成方法在步骤s30中有相关描述，在此不做赘述。

由于钢筒内部存在与钢筒井中心轴线平行的管道，也存在与钢筒井中心轴线垂直的管道；所以两垂直方向的管道在钢筒井中心轴线方向的总长为与钢筒井中心轴线平行的管道长度，加上与钢筒井中心轴线垂直的管道的最大外圆半径。当然，此处与钢筒中心轴线平行的管道的数量、与钢筒中心轴线垂直的管道的数量根据实际情况而定，在此不做赘述。

并且封底所占的厚度、推进台工作过程中所占用的高度不能用来铺设管路，所以开挖深度＝管道设计标高-管道的外圆半径+推进台高度+封底厚度。

本实施例所提供的技术方案，可以获得钢筒内的开挖深度，使施工过程更加精确，提高了施工品质。

需要进行说明的是，钢筒内的开挖过程一般使用长臂挖机进行操作，由于一般的长臂挖机可挖掘的最深深度为15m，所以本发明所提供的钢筒井的施工方法比较适用于开挖深度在0-15m之间的钢筒井。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。本发明所提供的所有实施例的任意组合方式均在此发明的保护范围内，在此不做赘述。

以上对本发明所提供的钢筒井的施工方法进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。