一种压气干沉井施工工艺的制作方法

本发明涉及一种压气干沉井施工工艺，应用于土木工程中地下结构及基础工程领域。

背景技术：

沉井常用于矿山、给排水和市政工程中。随着给排水和市政工程中沉井的广泛应用，湿法沉井的问题在沉井工程中开始显现。目前沉井湿法施工的方式，井内空间受限，井下的人员安全问题突出，排渣出渣问题也较为显著。以上问题提高了沉井的施工难度，对沉井工程的工期和造价均有不利影响，限制了沉井的应用。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明实施例提供一种压气干沉井施工工艺，能够实现一种干法施工，避免了人员安全问题，尤其是湿法施工的排渣出渣问题。为达到上述目的，本发明所采取的方案为：

一种压气干沉井施工工艺，其特征在于，包括如下步骤：

s1：平整场地：根据设计要求对沉井施工范围内场地进行平整和处理；

s2：安装压气系统：压气系统包括送气装置、气体净化装置、气体储存装置、气体管道、连接管道；在沉井附近设置送气装置、气体净化装置、气体储存装置和气体管道，送气装置、气体净化装置和气体储存装置通过连接管道依次相连；

s3：施工作业面准备：使用挖掘机进行沉井工作面的挖掘，待气压室结构空间挖掘完成时，将挖掘机移出沉井工作面；

s4：浇筑沉井结构；

s41：浇筑沉井气压室结构：在沉井作业面浇筑沉井刃脚和隔板，形成由下刃脚、隔板和掘进面土体围成空间构成的气压室结构，其中隔板在浇筑时留有若干工作孔，工作孔大小根据各管道尺寸确定；

s42：浇筑沉井主体结构：浇筑沉井井壁，使井壁、底板和刃脚连为一体；

s5：安装各通道：将渣土通道、检修通道和气体管道穿过工作孔安装在底板上，在渣土通道、检修通道和气体管道四周设置钢板，与工作孔紧密连接，保证水和/或气体不会在通道与底板接触处泄漏；

s6：连接压气系统：通过连接管道将渣土通道的渣土变压舱和检修通道的检修变压舱分别与送气装置连接，将气体管道穿过工作孔安装在底板上并与送气装置连接；

s7：设置排水管道：将排水通道穿过工作孔安装在底板上，排水通道插入待挖掘的地层中；

s8：检测气密性：启动压气系统，将气体压入沉井气压室结构内，通过监测装置检测沉井施工装置的气密性，确保沉井施工稳定安全地进行；若气密性满足要求，则进行沉井施工，若气密性不能满足要求则进行检查并调整直到气密性能够满足要求；

s9：正常下沉作业：

s91：压气系统工作：将气体压入沉井气压室结构内，排出待挖掘地层中的水，使气压室结构在沉井施工过程中始终保持充气状态；

s92：挖掘设备放入气压室：打开检修变压舱外舱门，将无人挖掘机放入检修变压舱的提升装置后关闭检修变压舱外舱门打开内舱门，无人挖掘机被提升装置控制，沿着检修管道放入气压室内；

s93：挖掘设备掘进：无人挖掘机被放入气压室后，开始进行循环掘进工作；无人挖掘机将挖出的渣土放入吊桶内，吊桶通过渣土管道提升至渣土变压舱，关闭渣土变压舱内舱门，将渣土倾倒在渣土输送装置上；打开渣土变压舱外舱门，启动渣土输送装置，将渣土运出；关闭渣土变压舱外舱门，打开渣土变压舱内舱门，将吊桶放入气压室结构内；当气压室结构内的岩土被开挖一定深度后，沉井结构开始下沉，同时，压气系统持续工作，保证气压室结构内的气压满足正常施工要求；

s94：沉井井壁施工：挖掘设备在沉井结构达到设计标高后停止工作，进行沉井井壁的浇筑，随着沉井井壁的浇筑，沉井结构下沉，同时挖掘设备工作；

s10：重复步骤s93-s94，直到沉井结构到达指定位置；

s11：移出挖掘设备：沉井施工结束后，将无人挖掘机通过提升装置放入检修变压舱内，关闭检修变压舱内舱门，打开检修变压舱外舱门，将无人挖掘机移出检修变压舱；

s12：施工抗浮结构：在沉井底部施工抗浮锚杆；

s13：沉井施工收尾工作：撤除排水通道、渣土通道和检修通道，将各通道撤除后底板上保留的工作孔进行密封；撤除压气系统；撤除沉井施工的其他设备。

进一步的，在步骤s41中，将压力传感器布置于隔板下部，与自动变压装置连接，用于监测和控制气压室结构内的气压。

进一步的，在步骤s5中，渣土通道和检修通道分别压气系统的自动变压装置相连，检修变压舱在自动变压装置的控制下能够根据升降装置的状态自动调整内部气压使得升降装置能够正常工作。

进一步的，在步骤s7中，排水通道入土深度根据沉井深度和挖掘设备在气压室结构内正常工作所需的高度确定；压气系统会输送气体，将气压室结构内的水经由排水通道排入底板上部的沉井主体结构内，以增加沉井重量；气压室结构在沉井下沉过程中一直保持充气状态。

进一步的，排水通道一直插在地层中；排水通道侧壁设置有阀门，能够控制地下水通过排水通道进入沉井主体结构内；排水通道为贯通管道，且上部管口位置高于沉井外部地下水位；或排水通道上部端口密封，且上部端口位置不高于沉井外部地下水位。

进一步的，在步骤s91-s94中，压气系统将气体压入沉井气压室结构内使得待挖掘地层中的水通过排水通道排出至沉井主体结构内，能够增加沉井重量。

进一步的，在沉井施工过程中，若沉井重量不足以抵抗施工过程的浮力，则加大沉井气压室结构内气压同时打开排水通道侧壁的阀门，使排出的地下水进入沉井主体结构内；若沉井重量能够抵抗施工过程的浮力，则保持沉井气压室结构内气压稳定同时关闭排水通道侧壁的阀门。

进一步的，在步骤s93中，渣土传输装置倾斜放置在地面与渣土变压舱之间，使得渣土更容易向地面滚动；渣土传输装置一端可伸缩，能够将渣土从渣土变压舱内移到沉井外，另一端为履带，能够将渣土从伸缩端输送至渣土车内。

进一步的，渣土通道、检修通道、气压室结构和压气系统中安装有视频监控、报警装置和应急保压装置，能够相互协调工作，保证无人化沉井施工。

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一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为压气干沉井结构示意图；

图2为压气干沉井施工流程示意图；

图3~图4为压气干沉井俯视图；

图5为压气干沉井结构施工过程出渣示意图。

图中：1.底板；2.沉井主体结构；3.气压室结构；4.排水通道；51.挖掘设备；52.渣土通道；521.吊桶；53.渣土变压舱；61.检修通道；62.检修变压舱；71.送气装置；72.气体净化装置；73.气体储存装置；74.气体管道；75.连接管道；76.自动变压装置；8.渣土传输装置。

具体实施方式

以下参照附图及具体实施方式对本发明作进一步说明。

一种压气干沉井施工工艺，其特征在于，包括如下步骤：

s1：平整场地：根据设计要求对沉井施工范围内场地进行平整和处理；

s2：安装压气系统：压气系统包括送气装置（71）、气体净化装置（72）、气体储存装置（73）、气体管道（74）、连接管道（75）；在沉井附近设置送气装置（71）、气体净化装置（72）、气体储存装置（73）和气体管道（74），送气装置（71）、气体净化装置（72）和气体储存装置（73）通过连接管道（75）依次相连；

s3：施工作业面准备：使用挖掘机进行沉井工作面的挖掘，待气压室结构（3）空间挖掘完成时，将挖掘机移出沉井工作面；

s4：浇筑沉井结构；

s41：浇筑沉井气压室结构（3）：在沉井作业面浇筑沉井刃脚和隔板，形成由下刃脚、隔板和掘进面土体围成空间构成的气压室结构（3），其中隔板在浇筑时留有若干工作孔，工作孔大小根据各管道尺寸确定；

s42：浇筑沉井主体结构（2）：浇筑沉井井壁，使井壁、底板（1）和刃脚连为一体；

s5：安装各通道：将渣土通道（52）、检修通道（61）（61）和气体管道（74）穿过工作孔安装在底板（1）上，在渣土通道（52）、检修通道（61）（61）和气体管道（74）四周设置钢板，与工作孔紧密连接，保证水和/或气体不会在通道与底板（1）接触处泄漏；

s6：连接压气系统：通过连接管道（75）将渣土通道（52）的渣土变压舱（53）和检修通道（61）（61）的检修变压舱（62）分别与送气装置（71）连接，将气体管道（74）穿过工作孔安装在底板（1）上并与送气装置（71）连接；

s7：设置排水管道：将排水通道（4）穿过工作孔安装在底板（1）上，排水通道（4）插入待挖掘的地层中；

s8：检测气密性：启动压气系统，将气体压入沉井气压室结构（3）内，通过监测装置检测沉井施工装置的气密性，确保沉井施工稳定安全地进行；若气密性满足要求，则进行沉井施工，若气密性不能满足要求则进行检查并调整直到气密性能够满足要求；

s9：正常下沉作业：

s91：压气系统工作：将气体压入沉井气压室结构（3）内，排出待挖掘地层中的水，使气压室结构（3）在沉井施工过程中始终保持充气状态；

s92：挖掘设备（51）放入气压室：打开检修变压舱（62）外舱门，将无人挖掘机放入检修变压舱（62）的提升装置后关闭检修变压舱（62）外舱门打开内舱门，无人挖掘机被提升装置控制，沿着检修管道放入气压室内；

s93：挖掘设备（51）掘进：无人挖掘机被放入气压室后，开始进行循环掘进工作；无人挖掘机将挖出的渣土放入吊桶（521）内，吊桶（521）通过渣土管道提升至渣土变压舱（53），关闭渣土变压舱（53）内舱门，将渣土倾倒在渣土输送装置上；打开渣土变压舱（53）外舱门，启动渣土输送装置，将渣土运出；关闭渣土变压舱（53）外舱门，打开渣土变压舱（53）内舱门，将吊桶（521）放入气压室结构（3）内；当气压室结构（3）内的岩土被开挖一定深度后，沉井结构开始下沉，同时，压气系统持续工作，保证气压室结构（3）内的气压满足正常施工要求；

s94：沉井井壁施工：挖掘设备（51）在沉井结构达到设计标高后停止工作，进行沉井井壁的浇筑，随着沉井井壁的浇筑，沉井结构下沉，同时挖掘设备（51）工作；

s10：重复步骤s93-s94，直到沉井结构到达指定位置；

s11：移出挖掘设备（51）：沉井施工结束后，将无人挖掘机通过提升装置放入检修变压舱（62）内，关闭检修变压舱（62）内舱门，打开检修变压舱（62）外舱门，将无人挖掘机移出检修变压舱（62）；

s12：施工抗浮结构：在沉井底部施工抗浮锚杆；

s13：沉井施工收尾工作：撤除排水通道（4）、渣土通道（52）和检修通道（61）（61），将各通道撤除后底板（1）上保留的工作孔进行密封；撤除压气系统；撤除沉井施工的其他设备。

进一步的，在步骤s41中，将压力传感器布置于隔板下部，与自动变压装置（76）连接，用于监测和控制气压室结构（3）内的气压。

进一步的，在步骤s5中，渣土通道（52）和检修通道（61）（61）分别压气系统的自动变压装置（76）相连，检修变压舱（62）在自动变压装置（76）的控制下能够根据升降装置的状态自动调整内部气压使得升降装置能够正常工作。

进一步的，在步骤s7中，排水通道（4）入土深度根据沉井深度和挖掘设备（51）在气压室结构（3）内正常工作所需的高度确定；压气系统会输送气体，将气压室结构（3）内的水经由排水通道（4）排入底板（1）上部的沉井主体结构（2）内，以增加沉井重量；气压室结构（3）在沉井下沉过程中一直保持充气状态。

进一步的，排水通道（4）一直插在地层中；排水通道（4）侧壁设置有阀门，能够控制地下水通过排水通道（4）进入沉井主体结构（2）内；排水通道（4）为贯通管道，且上部管口位置高于沉井外部地下水位；或排水通道（4）上部端口密封，且上部端口位置不高于沉井外部地下水位。

进一步的，在步骤s91-s94中，压气系统将气体压入沉井气压室结构（3）内使得待挖掘地层中的水通过排水通道（4）排出至沉井主体结构（2）内，能够增加沉井重量。

进一步的，在沉井施工过程中，若沉井重量不足以抵抗施工过程的浮力，则加大沉井气压室结构（3）内气压同时打开排水通道（4）侧壁的阀门，使排出的地下水进入沉井主体结构（2）内；若沉井重量能够抵抗施工过程的浮力，则保持沉井气压室结构（3）内气压稳定同时关闭排水通道（4）侧壁的阀门。

进一步的，在步骤s93中，渣土传输装置（8）倾斜放置在地面与渣土变压舱（53）之间，使得渣土更容易向地面滚动；渣土传输装置（8）一端可伸缩，能够将渣土从渣土变压舱（53）内移到沉井外，另一端为履带，能够将渣土从伸缩端输送至渣土车内。

进一步的，渣土通道（52）、检修通道（61）（61）、气压室结构（3）和压气系统中安装有视频监控、报警装置和应急保压装置，能够相互协调工作，保证无人化沉井施工。