一种用于砂性土层的顶管工作井结构及其施工方法与流程

本发明涉及顶管工作井技术领域，特别是涉及一种用于砂性土层的顶管工作井结构及其施工方法。

背景技术：

在市政管网工程中，对于管道埋深大、地下水位高的情况，顶管工作井通常采用沉井施工方式。在顶管工作井的沉井施工中通常需要外围支护结构，以确保沉井的顺利下沉，防止出现涌水涌砂的问题。

如授权公告号为cn209099380u、授权公告日为2019.07.12的中国实用新型专利公开了一种沉井结构，并具体公开了沉井结构包括沉井本体以及设置在沉井结构本体周围的围护结构；其中，围护结构包括交替设置的灌注桩和高压旋喷支护，灌注桩的材质为钢筋混凝土。灌注桩可用来承担沉井结构本体周围土体的侧向压力，灌注桩与高压旋喷支护可以形成整体防渗帷幕，降低围护结构内的地下水位，可有效预防沉井结构本体在下沉施工过程中发生倾斜、偏移、管涌的施工风险。

现有技术中的沉井结构利用灌注桩和高压旋喷支护形成的防渗帷幕可起到支护防涌作用，但是，在水系沿岸的砂性土层中，受到水流冲蚀和沙土滑移的影响，高压旋喷桩的成型质量差，难以形成有效的防护屏障。

技术实现要素：

为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种用于砂性土层的顶管工作井结构，以解决在水系沿岸的砂性土层中，受到水流冲蚀和沙土滑移的影响，高压旋喷桩的成型质量差，难以形成有效的防护屏障的问题。同时本发明的目的还在于提供一种用于砂性土层的顶管工作井结构的施工方法。

本发明的用于砂性土层的顶管工作井结构的技术方案为：

用于砂性土层的顶管工作井结构，包括沉井本体和外围支护结构，所述外围支护结构包括多个拼接单元和固定连接所述拼接单元上的支撑框架，多个所述拼接单元围设形成用于容纳所述沉井本体的防护空间；

所述沉井本体的侧壁开设有孔洞，所述沉井本体与所述外围支护结构之间设有多个孔洞加固桩，多个所述孔洞加固桩连续布置对应所述孔洞的外侧位置并构成加固屏障层。

有益效果：利用多个拼接单元围设形成防护空间，并且支撑框架对拼接单元进行固定支撑，通过拼接单元对外部的砂性土层进行阻隔，防止泥水渗流和砂土滑落进入防护空间的内部，确保了沉井本体的安全、可靠施工；更重要的是，在施工构建外围防护的过程中，拼接单元本身相比于高压旋喷桩，能适应水系沿岸的砂性土层中水流冲蚀和沙土滑移环境，外围支护结构的搭建施工质量和防护效果更好，可形成有效的防护屏障；在沉井本体的孔洞位置对应设置孔洞加固桩，通过孔洞加固桩对沉井本体的孔洞部分进行有效遮挡，避免了防护空间中的泥砂通过孔洞涌入沉井本体中，消除了外层砂土发生流失坍塌的问题。

进一步的，所述拼接单元为钢板桩，所述钢板桩的边缘设有连接结构，相邻所述钢板桩的连接结构之间咬合匹配。

进一步的，所述钢板桩为u形槽钢，相邻所述u形槽钢呈槽口交错布置，所述连接结构为设置在所述u形槽钢边缘的翻沿结构，所述翻沿结构与所述u形槽钢的外侧壁之间预留有咬合间隙，相邻所述u形槽钢的翻沿结构与所述咬合间隙相匹配。

进一步的，所述支撑框架为矩形框架，所述矩形框架包括固定在所述拼接单元内侧的水平横梁、水平纵梁以及加强斜撑，所述加强斜撑固定连接在所述矩形框架靠近顶角位置。

进一步的，所述沉井本体的形状为圆筒形，多个所述孔洞加固桩呈圆弧形设置在所述沉井本体的外侧。

进一步的，所述孔洞加固桩为高压旋喷桩，多个所述高压旋喷桩对应所述孔洞布置形成内层加固屏障层和外层加固屏障层，相邻所述高压旋喷桩之间设有重叠部分。

本发明的用于砂性土层的顶管工作井结构的施工方法的技术方案为：

用于砂性土层的顶管工作井结构的施工方法，包括以下步骤：

步骤一、确定沉井本体的施工位置，清理施工区域；

步骤二、将拼接单元打入所述施工位置的砂性土层中，多个所述拼接单元围设形成用于容纳所述沉井本体的防护空间；

步骤三、将所述沉井本体沉放于所述防护空间中；

步骤四、在所述沉井本体与外围防护结构之间连续设置孔洞加固桩，多个所述孔洞加固桩形成对应孔洞的加固屏障层。

有益效果：利用多个拼接单元围设形成防护空间，并且支撑框架对拼接单元进行固定支撑，通过拼接单元对外部的砂性土层进行阻隔，防止泥水渗流和砂土滑落进入防护空间的内部，确保了沉井本体的安全、可靠施工；更重要的是，在施工构建外围防护的过程中，拼接单元本身相比于高压旋喷桩，能适应水系沿岸的砂性土层中水流冲蚀和沙土滑移环境，外围支护结构的搭建施工质量和防护效果更好，可形成有效的防护屏障；在沉井本体的孔洞位置对应设置孔洞加固桩，通过孔洞加固桩对沉井本体的孔洞部分进行有效遮挡，避免了防护空间中的泥砂通过孔洞涌入沉井本体中，消除了外层砂土发生流失坍塌的问题。

进一步的，在步骤二中，所述拼接单元为钢板桩，控制相邻所述钢板桩的连接结构之间咬合匹配打入砂性土层中，待所述钢板桩打入施工完成后在所述钢板桩的内部设置支撑框架。

进一步的，在步骤三中，利用所述沉井本体下部的刃脚切削砂性土层，沉放时挖排出所述沉井本体内部的泥砂，并在所述沉井本体的上部逐层浇筑加高。

进一步的，在步骤四中，所述孔洞加固桩为高压旋喷桩，在所述沉井本体的外侧设置内层加固屏障层和外层加固屏障层，相邻所述高压旋喷桩之间重叠布置。

附图说明

图1为本发明的用于砂性土层的顶管工作井结构的具体实施例1中顶管工作井结构的主视示意图；

图2为本发明的用于砂性土层的顶管工作井结构的具体实施例1中顶管工作井结构的俯视示意图；

图3为图2中a处的局部放大示意图。

图中：1－沉井本体、10－刃脚、11－第一孔洞、12－第二孔洞、2－u形槽钢、20－防护空间、21－翻沿结构、3－支撑框架、31－水平横梁、32－水平纵梁、33－加强斜撑、4－高压旋喷桩、40－重叠部分。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

本发明的用于砂性土层的顶管工作井结构的具体实施例1，如图1至图3所示，用于砂性土层的顶管工作井结构包括沉井本体1和外围支护结构，外围支护结构包括多个拼接单元和固定连接拼接单元上的支撑框架3，多个所述拼接单元围设形成用于容纳沉井本体1的防护空间20；其中，沉井本体1的侧壁开设有孔洞，沉井本体1与外围支护结构之间设有多个孔洞加固桩，多个孔洞加固桩连续布置对应孔洞的外侧位置并构成加固屏障层。

利用多个拼接单元围设形成防护空间20，并且支撑框架3对拼接单元进行固定支撑，通过拼接单元对外部的砂性土层进行阻隔，防止泥水渗流和砂土滑落进入防护空间20的内部，确保了沉井本体1的安全、可靠施工；更重要的是，在施工构建外围防护的过程中，拼接单元本身相比于高压旋喷桩，能适应水系沿岸的砂性土层中水流冲蚀和沙土滑移环境，外围支护结构的搭建施工质量和防护效果更好，可形成有效的防护屏障；在沉井本体1的孔洞位置对应设置孔洞加固桩，通过孔洞加固桩对沉井本体1的孔洞部分进行有效遮挡，避免了防护空间20中的泥砂通过孔洞涌入沉井本体1中，消除了外层砂土发生流失坍塌的问题。

其中，拼接单元为钢板桩，钢板桩的边缘设有连接结构，相邻钢板桩的连接结构之间咬合匹配。具体的，钢板桩为u形槽钢2，相邻u形槽钢2呈槽口交错布置，连接结构为设置在u形槽钢2边缘的翻沿结构21，翻沿结构21与u形槽钢2的外侧壁之间预留有咬合间隙，相邻u形槽钢2的翻沿结构21与咬合间隙相匹配。如图2、图3所示，u形槽钢2的翻沿结构21为倒钩形状，翻沿结构21与u形槽钢2的外壁之间所形成的咬合间隙的轮廓形状与翻沿结构21相匹配，施工时将u形槽钢2的槽口朝外和槽口朝内交错设置，通过相邻u形槽钢2的翻沿结构21形成有效的咬合作用，从而搭建形成完整的外围防护屏障。

为了便于拼接设置u形槽钢2，支撑框架3为矩形框架，矩形框架包括固定在u形槽钢2内侧的水平横梁31、水平纵梁32以及加强斜撑33，加强斜撑33固定连接在矩形框架靠近顶角位置。通过水平横梁31和水平纵梁32固定连接形成矩形框架，确保位于侧边外侧的u形槽钢2能够牢靠地保持在防护阻隔位置，避免在泥砂的压力作用下发生失稳脱落；加强斜撑33与水平横梁31、水平纵梁32构成三角形稳定结构，确保了支撑框架3本身不至于发生变形破坏。

沉井本体1的侧壁上相对设置有两个孔洞，两个1孔洞分别为第一孔洞11和第二孔洞12，并且，第一孔洞11和第二孔洞12上下错开分布。在本实施例中，沉井本体1的形状为圆筒形，多个孔洞加固桩呈圆弧形设置在沉井本体1的外侧。具体的，孔洞加固桩为高压旋喷桩4，多个高压旋喷桩4对应孔洞布置形成内层加固屏障层和外层加固屏障层，相邻高压旋喷桩4之间设有重叠部分40。

即在沉井本体1的外侧对应第一孔洞11的位置设有多个高压旋喷桩4，在沉井本体1的外侧对应第二孔洞12的位置设有多个高压旋喷桩4，多个高压旋喷桩4分别形成了内、外两层屏障层，对第一孔洞11、第二孔洞12起到了有效的遮挡作用，防止泥砂从第一孔洞11、第二孔洞12涌入沉井本体1中，保证了沉井本体1与外围防护结构之间始终填充有足量的泥砂，确保了沉井本体1外部的砂性土层的完整性和稳定性。

以下详细说明用于砂性土层的顶管工作井结构的施工方法，施工方法包括以下步骤：

步骤一、确定沉井本体1的施工位置，清理施工区域；按照设计图纸确定沉井本体1的施工位置，复核后对施工区域进行场地清理和平整；然后，在场地内设置控制点，控制点作为参考点，沉井本体1上设置标记，沉放施工过程中，需控制沉井本体1的标记与控制点的相对位置，以确保沉井本体1精准地沉放到位。

步骤二、将拼接单元打入施工位置的砂性土层中，多个拼接单元围设形成用于容纳沉井本体1的防护空间20；在步骤二中，拼接单元为钢板桩，控制相邻钢板桩的连接结构之间咬合匹配打入砂性土层中，待钢板桩打入施工完成后在钢板桩的内部设置支撑框架3。具体的，钢板桩为u形槽钢2，控制相邻u形槽钢2的翻沿结构21相互咬合，利用打桩机将u形槽钢2竖向向下打入砂性土层中，然后在u形槽钢2内部设置支撑框架3，对u形槽钢2起到加固支撑作用。

步骤三、将沉井本体1沉放于防护空间20中；在步骤三中，利用沉井本体1下部的刃脚10切削砂性土层，沉放时挖排出沉井本体1内部的泥砂，并在沉井本体1的上部逐层浇筑加高。沉井本体1采用现场浇筑的制作方式

3.1、设置沉井模板：沉井模板竖向分层支设，对沉井模板的内板和外板固定，将沉井模板之间的竖缝进行封堵防水处理；

3.2、在沉井模板中搭建钢筋并绑扎固定：在钢筋与沉井模板之间设置定位撑，在钢筋绑扎后，采用同结配砂浆垫块，控制保护层，保证钢筋在混凝土中的有效截面积；

3.3、混凝土浇筑：将混凝土均匀浇筑在沉井模板中，均衡下料避免沉井本体1倾斜，采用软轴振捣器进行振捣密实，待第一层的混凝土凝固达到强度70％后进行第二层的混凝土浇筑，先对第一层的混凝土上侧面凿毛冲洗处理，并浇铺一层同标号富浆混凝土，然后浇筑第二层的混凝土；

3.4、沉井本体1浇筑完成后，及时养护拆模，待沉井本体1达到强度70％后，刃脚10达到强度100％后进行下沉施工；

3.5、沉井本体1下沉：用高压水枪对沉井本体1的内部砂土进行冲刷，使砂土与水流汇流形成泥浆，利用水力吸泥机和排泥管将泥浆排出井外；

3.6、下沉过程中纠偏：在下沉时，控制均匀出土，通过控制点和沉井本体1的标记进行位置测量，当下沉高度和平面度出现偏差时及时纠偏，采用除土纠偏和/或压重纠偏的方式来保证沉井本体1的位置平衡；

3.7、沉井的终沉和封底：待沉井本体1下沉至距设计深度20cm时，停止取土，依靠沉井本体1的重力下沉至设计深度，封底前清理底部的浮泥和沉积物，找平后将混凝土浇筑封底。

步骤四、在沉井本体1与外围防护结构之间连续设置孔洞加固桩，多个孔洞加固桩形成对应孔洞的加固屏障层。在步骤四中，孔洞加固桩为高压旋喷桩4，在沉井本体1的外侧设置内层加固屏障层和外层加固屏障层，相邻高压旋喷桩4之间重叠布置。对孔洞起到了有效的遮挡作用，防止泥砂从孔洞涌入沉井本体1中，确保了沉井本体1外部的砂性土层的完整性和稳定性。

本发明的用于砂性土层的顶管工作井结构的其他具体实施例，为了满足不同的施工需求，拼接单元不仅限于具体实施例1中的u形槽钢，还可为直板结构或z字形钢板桩，同样能够拼接组合形成外围支护结构。再或者，支撑框架的形状可根据实际情况设计成圆形或者其他多边形，同样能够对拼接单元起到固定支撑作用。

本发明的用于砂性土层的顶管工作井结构的施工方法的具体实施例，与本发明的用于砂性土层的顶管工作井结构的具体实施方式中用于砂性土层的顶管工作井结构的施工方法的各具体实施例相同，在此不再赘述。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。