一种复杂环境下的装配式沉井施工方法与流程

本发明涉及地下工程与顶管施工，尤其涉及一种复杂环境下的装配式沉井施工方法。

背景技术：

1、目前，城市主干道交叉路口等复杂环境下的顶管工作井施工主要有以下几种方案：（1）明挖现浇法：施作围护结构后开挖基坑，现浇井壁，拆撑回填，辅以止水帷幕；（2）整体预制沉井法：工厂整体预制，现场吊装就位后依靠自重或加压下沉；（3）钢板桩围护法：采用拉森钢板桩围护，内部开挖施工，完成后拔桩；（4）袖阀管注浆加固法：作为辅助措施，预先向沉井周边土体注浆以提高土体强度和止水性能。但是现有技术存在以下问题：（1）明挖现浇法：大型设备就位需较大作业面，交通繁忙路口难以实施；工序多、周期长（60~90天），无法满足夜间施工、白天通行的保通要求。（2）整体预制沉井法：井体为一体化刚性结构，无法穿越或避让既有管道障碍物，难以实现与现状管道的精准对接。（3）管线保护不足：常规注浆为单次全深度加固，缺乏针对不同施工阶段的差异化加固策略，易导致管线沉降、变形甚至断裂。（4）行车荷载与施工空间矛盾突出：现有井口结构无法兼顾承载车辆通行和预留沉井作业空间的双重功能。（5）砂层地质风险高：高水位砂层中易发生流砂、管涌，触变泥浆减摩作用还可能导致突沉和超沉。产生上述问题的原因为：明挖现浇法依赖大面积场地、连续作业和多工序流水施工，无法适应交叉路口间断施工、即时恢复通行的工况；整体预制沉井为刚性整体，底部遇障碍物无法局部改造，导致无法对接；全深度一次性注浆难以精准控制且不可动态调整，存在过度加固或加固不足；传统锁口圈梁仅考虑施工支护，未兼顾承载通行和预留作业空间的双重功能；砂层无黏聚力，动水压力下易管涌流砂；触变泥浆降低侧摩阻力，下沉控制难度大。

技术实现思路

1、本发明旨在至少解决现有技术或相关技术中存在的技术问题之一。

2、为此，本发明提出一种复杂环境下的装配式沉井施工方法，包括：预制装配式沉井构件、临时盖板以及永久盖板；采用袖阀管注浆工法，对沉井施工区域周围的土体进行第一阶段加固；基于第一阶段加固，在沉井施工区域周围的土体上构建承重挡土圈梁，并在承重挡土圈梁上铺设临时盖板，以实现夜间施工日间车辆通行；在承重挡土圈梁的限位作用下，吊装首节装配式沉井构件至预设位置，然后逐节拼装后续装配式沉井构件，直至下沉至既有管道顶面上方预设距离，并在此位置形成临时混凝土封底；再采用袖阀管注浆工法，利用装配式沉井构件上预留的注浆孔对下部井壁周边的土体进行第二阶段加固；基于第二阶段加固和临时混凝土封底，在临时混凝土封底的底部采用逆作法逐段向下开挖并浇筑混凝土，直至沉井下部井壁向下延伸至既有管道的顶面；对既有管道进行临时支顶及断水导流，破除既有管道对应部位的管壁，使沉井与既有管道连接；在沉井底部浇筑底板混凝土，使井室结构形成整体封闭体系，并安装永久盖板。

3、在本发明的一些技术方案中，可选地，采用袖阀管注浆工法，对沉井施工区域周围的土体进行第一阶段加固，包括：在沉井施工区域周围的土体呈梅花形布孔，孔间距为0.8m，加固范围在水平方向为拟建沉井外壁以外2~3m，竖直方向为沉井底部以下2m；由外排孔向内排孔逐序进行钻孔施工，钻孔时针对上部软土层采用钻机合金钻具回转钻进，针对下部硬土层采用风动潜孔锤冲击钻进；钻孔至设计深度并洗孔后，将套壳料通过钻杆泵送至孔底，自下而上灌注至孔口，凝固时间为2~5天；套壳料凝固后，采用隔孔跳注方式，通过袖阀管向孔内注入注浆液，注浆压力控制在0.4~0.8mpa。

4、在本发明的一些技术方案中，可选地，预制装配式沉井构件时，将装配式沉井构件预制成矩形或圆形截面，高度1.0m/节，壁厚0.3m；在装配式沉井构件的上端面预留连接槽口，用于灌注高强早强砂浆；在装配式沉井构件的下端面预埋止水钢板；在装配式沉井构件的外表面涂覆减摩涂层，在装配式沉井构件内预留注浆孔，并使注浆孔沿井壁每延米居中布置一个；在装配式沉井构件的四角预埋吊装埋件。

5、在本发明的一些技术方案中，可选地，基于第一阶段加固，在沉井施工区域周围的土体上构建承重挡土圈梁，并在承重挡土圈梁上铺设临时盖板，以实现夜间施工日间车辆通行，包括：在沉井施工区域周围的土体上开挖“回”字型沟槽，沟槽深度为1.4m、宽度1.1m；沟槽分两段施工，每段当日开挖当日完成结构施工；吊装钢筋骨架至沟槽内，向沟槽内浇筑混凝土，混凝土采用分层浇筑，每层30cm，分层振捣，直至混凝土低于路面1cm，即在沟槽内形成承重挡土圈梁；再在承重挡土圈梁上加盖临时盖板，以实现夜间施工日间车辆通行。

6、在本发明的一些技术方案中，可选地，在承重挡土圈梁的限位作用下，吊装首节装配式沉井构件至预设位置，然后逐节拼装后续装配式沉井构件，直至下沉至既有管道顶面上方预设距离，并在此位置形成临时混凝土封底，包括：吊装首节装配式沉井构件前进行试吊，调整吊绳使装配式沉井构件处于稳定的水平状态；试吊完成后，将首节装配式沉井构件缓慢下降落入土层，利用装配式沉井构件的自重使装配式沉井构件自沉降稳定；采用挖掘机挖斗对首节装配式沉井构件缓慢加压，开挖核心土时控制开挖面不超过装配式沉井构件顶面以下0.6m，使刃脚部分保持于原状土以下；首节装配式沉井构件沉入到位后，向连接槽口内灌注高强早强砂浆至槽口饱满；吊装第二节装配式沉井构件，使第二节装配式沉井构件底端的止水钢板准确落入首节装配式沉井构件顶端已灌注砂浆的连接槽口内，缓慢落位使接缝密实、接口平顺；静置养护后，对第二节装配式沉井构件施加压力进行整体下沉；重复上述拼装及下沉工序，逐节拼装后续装配式沉井构件并继续下沉，直至装配式沉井构件下沉至既有管道顶面上方预设距离处；当装配式沉井构件的刃脚下沉至距既有管道顶面上方预设距离时，在装配式沉井构件内底部支模并浇筑钢筋混凝土形成临时混凝土封底。

7、在本发明的一些技术方案中，可选地，再采用袖阀管注浆工法，利用装配式沉井构件上预留的注浆孔对沉井下部的周边土体进行第二阶段加固，包括：待临时混凝土封底达到设计强度后，将注浆设备与装配式沉井构件上预留的注浆孔连接；通过袖阀管向注浆孔内注入水泥-水玻璃双浆液，对沉井下部的周边土体进行补充注浆加固；控制注浆加固范围，使水平方向达到沉井下部井壁以外1~1.5m，竖直方向达到既有管道顶面以下1m，注浆压力为1.0mpa；注浆完成后，待浆液凝固，在沉井下部的周边土体形成加固层。

8、在本发明的一些技术方案中，可选地，基于第二阶段加固和临时混凝土封底，在临时混凝土封底的底部采用逆作法逐段向下开挖并浇筑混凝土，直至沉井下部井壁向下延伸至既有管道的顶面，包括：凿除首节装配式沉井构件刃脚部分混凝土，剥离出刃脚部分的钢筋；根据既有管道顶面至装配式沉井构件刃脚底面之间的距离，确定逆作法施工的设计长度和接长钢筋的长度；在临时混凝土封底下方进行第一段逆作开挖，控制每段开挖深度在0.5m范围内，且不得超过0.8m；第一段开挖完成后，立即绑扎钢筋、安装模板，并利用钢管架固定侧模；向模板内浇筑早强混凝土，形成该段下部井壁；检查当前开挖面的土体稳定性，当土体稳定性不足时，暂停施工并对开挖面进行补充注浆加固；待浇筑的早强混凝土强度达到预设强度后，重复上述开挖及浇筑工序，进行下一循环作业；逐段向下施工，直至下部井壁延伸至既有管道顶面。

9、在本发明的一些技术方案中，可选地，对既有管道进行临时支顶及断水导流，破除既有管道对应部位的管壁，使沉井与既有管道连接，包括：先对既有管道需要破除段进行断水导流以及构建既有管道的受力框架；然后破除既有管道对应部位的管壁，破除段宽度控制为70cm，在破除段范围内均匀开设三道流水口，各流水口之间间隔布置；再在破除段两侧各延伸1.5m范围的保留管段内部安装环形钢内衬，以及在保留管段侧壁植入钢筋，通过植筋胶将钢筋锚固于保留管段侧壁内，使既有管道与沉井下部井壁通过植筋形成整体连接。

10、在本发明的一些技术方案中，可选地，在沉井底部浇筑底板混凝土，使井室结构形成整体封闭体系，并安装所述永久盖板，具体为：在沉井底部绑扎底板钢筋，使底板钢筋与沉井下部井壁的墙体钢筋形成整体连接；在沉井底部浇筑底板混凝土，振捣密实，使井室结构形成整体封闭体系，对浇筑完成的底板混凝土进行养护；待底板混凝土达到设计强度后，进行检漏试验；检漏试验合格后，配制水泥浆，通过装配式沉井构件上预留的注浆孔，自下而上逐孔注入水泥浆，注浆压力控制在0.3~0.6mpa，以浆液从相邻注浆孔流出作为单孔注浆完成的判定标准，逐孔完成注浆作业，直至触变泥浆被完全置换；泥浆置换完成后，吊装永久盖板加盖至沉井上。

11、在本发明的一些技术方案中，可选地，还包括：在预制构件之前，对施工区域进行地下管线探查，并布设交通安全设施。

12、本发明与现有技术相比，具有以下有益效果：

13、1.适应复杂环境施工条件；本发明采用预制构件现场装配和分段施工工艺，无需大面积的施工场地和连续作业时间，在城市主干道交叉路口无法完全封闭施工、要求夜间施工白天通行的条件下具有显著优势；实际工程应用表明，单井施工周期42天（含构件预制），较传统明挖法缩短约30%。

14、2.有效保护地下管线安全；通过分阶段袖阀管注浆加固（水泥-水玻璃双浆液，梅花形布孔间距0.8m），提前对沉井周边土体进行固化，有效防止沉井下沉过程中的土体流失和管线沉降；分阶段加固策略使注浆更精准，避免过度注浆对管线造成附加压力；实际监测数据：管线沉降最大值为12mm，远小于30mm的报警值。

15、3.实现与既有管道的精准对接；采用“上部预制下沉+底部逆作现浇”的组合工艺，沉井下沉至既有管道上方预设距离即停止，下部通过逆作法分小段（0.5m/段）开挖浇筑，实现了沉井结构与现状管道的柔性衔接和精准对接，避免了整体沉井无法穿越障碍物的问题，且无需二次开挖。

16、4.保障日间交通通行；通过“预制临时盖板+承重圈梁+分段施工”的综合措施，实现了“夜间施工、日间恢复通行”的目标；实际应用中，日间道路交通正常恢复通行，无交通拥堵投诉。

17、5.有效控制砂层地质中的流砂、突沉、超沉风险；通过“分阶段袖阀管注浆加固（28天无侧限抗压强度＞0.5mpa，渗透系数＜1.0×10-6cm/sec）+构件表面减摩涂层/触变泥浆可控减阻+三重止沉措施”的综合技术方案，有效控制了砂层高水位地质条件下的流砂、突沉、超沉等施工风险；终沉偏差：刃脚平均标高+15mm、中心位移20mm、四角高差8mm，均满足验收标准（≤100mm、≤1.5%h且≤300mm、≤1.5%l且≤500mm）。

18、6.施工质量可靠；预制构件工厂化生产，质量可控；现场装配施工，减少了现浇结构的质量通病；实际应用中，井壁无渗漏、无结构性裂缝。

19、本技术在上述各方面提供的实现方式的基础上，还可以进行进一步组合以提供更多实现方式。