CN108005659B - 一种用于城市竖井建设的潜水挖掘施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种用于城市竖井建设的潜水挖掘施工方法，包括如下步骤：1)竖井施工地质勘察，并形成勘察报告；2)根据步骤1)中的勘察报告设计施工方案；3)根据2)中的施工方案进行竖井井筒的掘进，具体包括如下步骤：3.1)沿竖井井口周向挖掘和砌筑竖井锁口，锁口为素混凝土结构；3.2)安装带有刃脚的井壁底段；3.3)安装竖井掘进装置；3.4)向竖井井筒内注入清水；3.5)利用竖井掘进装置中水下切割装置或竖井掘进机分段掘砌竖井井筒，利用潜水泵将竖井井筒内的泥浆输送至泥水分离站，再将从泥浆中分离的水回注到竖井井筒内。本发明可减少或消除井帮坍塌且可避免竖井周边建筑物沉降，提高施工安全性，节省大型竖井施工时间。

Description

一种用于城市竖井建设的潜水挖掘施工方法

技术领域

本发明涉及竖井掘进技术领域，特别是涉及一种用于城市竖井建设的潜水挖掘施工方法。

背景技术

城市地下施工工程中经常需要先挖掘一个竖井，然后在开展地下施工。竖井是一个无底无盖的井筒，一般由刃脚、井壁、隔墙、井孔、凹槽、射水管组和探测管、封底混凝土、顶盖等部分组成。由于竖井在挖掘过程中需要保证周围地面和地下建(构)筑物及管线的使用安全，要尽量减小施工造成的地面沉降量，不降低地下水位的潜水挖掘方式，可以较好的解决施工的环境安全问题。

发明内容

有鉴于此，本发明目的在于提供一种可以利用水下切割装置或竖井掘进机对竖井地层进行挖掘的用于城市竖井建设的潜水挖掘施工方法，在不降低地下水位的条件下，完成城市竖井的建造，施工和使用过程中，不会造成井帮土层的回挤涌入工作面，继而不会造成竖井周围地面较大沉降，保证施工对周围环境的安全性。

为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：一种用于城市竖井建设的潜水挖掘施工方法，包括如下步骤：

1)水下施工环境勘察并形成勘察报告；

2)根据步骤1)中的勘察报告设计施工方案；

3)根据步骤2)中的施工方案进行竖井井筒的掘进，具体包括如下步骤：

3.1)沿竖井井口周向挖掘和砌筑竖井锁口，竖井锁口为素混凝土结构；

3.2)安装带有刃脚的竖井井壁底段；

3.3)安装竖井掘进装置；

3.4)向竖井井筒内注入清水；

3.5)利用竖井掘进装置中水下切割装置或竖井掘进机分段掘砌竖井井筒，利用潜水泵将竖井井筒内的泥浆输送至泥水分离站，再将从泥浆中分离的水回注到竖井井筒内。

上述用于城市竖井建设的潜水挖掘施工方法，步骤3.2)中，利用井壁底段的自重和下沉推进装置使竖井井壁底段刃脚插入水下土层中。

上述用于城市竖井建设的潜水挖掘施工方法，步骤3.3)中，竖井掘进装置包括吊盘及水下切割装置或竖井掘进机，吊盘与竖井井壁卡接，水下切割装置或竖井掘进机的上端安装在吊盘的下端；吊盘与竖井井壁沿竖井井壁周向位置固定。

上述用于城市竖井建设的潜水挖掘施工方法，在步骤3)中，刃脚与地面提升装置的提升端固定连接。

上述用于城市竖井建设的潜水挖掘施工方法，所述地面提升装置包括液压泵站、卷扬机和沉降单元，所述沉降单元包括承载架、液压油缸、上卡头组件和下卡头组件；竖井锁口上沿竖井周向等距设置有大于或等于三组所述沉降单元，所述液压油缸安装在所述承载架上，所述液压油缸的缸底与所述下卡头组件连接，所述液压油缸的伸出端与所述上卡头组件连接；所述卷扬机卷筒上缠绕有钢绞线，所述钢绞线的自由端依次穿过所述上卡头组件和所述下卡头组件与竖井井壁的刃脚固定连接；在所述上卡头组件和所述下卡头组件处于锁紧状态时，所述钢绞线分别与所述上卡头组件和所述下卡头组件固定连接，在所述上卡头组件和所述下卡头组件处于解锁状态时，所述钢绞线可以自由移动通过所述上卡头组件和所述下卡头组件；所述液压泵站与所述液压油缸流体导通连接。

上述用于城市竖井建设的潜水挖掘施工方法，邻近所述卷扬机且位于卷扬机与所述钢绞线自由端之间的所述钢绞线上设有疏导板。

上述用于城市竖井建设的潜水挖掘施工方法，所述钢绞线自由端与竖井井壁刃脚通过下锚头固定连接。

上述用于城市竖井建设的潜水挖掘施工方法，所述下锚头包括集束器和锚具，所述集束器设在所述刃脚内并与所述刃脚固定连接；所述钢绞线的自由端穿过所述集束器上的钢绞线预留孔与所述锚具固定连接。

上述用于城市竖井建设的潜水挖掘施工方法，在步骤3.5)中，竖井井筒掘进过程中产生的粒径小于或等于0.03m的渣土由潜水泵排出竖井井筒。

本发明的有益效果如下：

1.本发明利用水下挖掘机对土层进行潜水机械化挖掘，无需降低地下水位，不会引起周围地面沉降，降低工人劳动强度，具有良好的安全性和环境友好性。

2.本发明将渣土按照体积大小分类处理，有利于加快渣土从竖井井筒中排出的速度，提高排渣效率，进而提高施工速度。

附图说明

图1为本发明用于城市建设的潜水挖掘施工方法的施工示意图；

图2为本发明中地面提升装置的结构示意图；

图3为本发明中地面提升装置的集束器的结构示意图。

图中，1-竖井锁口；2-壁后环形空间；3-刃脚；4-动力、供排水管线；5-井内水位；6-吊盘；7-水下切割装置或竖井掘进机；8-潜水泵；9-井底工作面；10- 竖井井壁；11-液压泵站；12-卷扬机；13-钢绞线；14-承载架；15-上卡头组件；16-下卡头组件；17-液压油缸；18-下锚头；19-集束器；20-钢绞线预留孔。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例和附图对本发明做进一步的说明。附图中相似的部件以相同的附图标记进行表示。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。

在城市建设中，经常会遇到需要在水下进行竖井掘进的工程，有鉴于此，本发明提供一种用于城市竖井建设的潜水挖掘施工方法，包括如下步骤：

1)水下施工环境勘察并形成勘察报告

鉴于不同地区的地层及地质构造不同，为了减少竖井挖掘过程中出现的突发状况，降低竖井挖掘对环境带来的影响，在竖井正式开挖前，需要对竖井施工地层进行地质勘察，并形成勘察报告，勘察报告中应载明地层的地质状况，以及不同深度地层可能出现的施工问题与解决方法。

2)根据步骤1)中的勘察报告设计施工方案

技术人员根据步骤1)中地质勘察人员给出的勘察报告以及竖井地面环境设计施工方案，施工方案中应载明竖井的施工方法、施工部署、施工进度计划、质量和安全保障措施计划等。

3)根据步骤2)中的施工方案进行竖井井筒的掘进，具体包括如下步骤：

3.1)沿竖井井口周向挖掘和砌筑竖井锁口1，竖井锁口1为素混凝土结构。

由于地表土层土质较为松软，受到重压会发生下陷，井口或者坑洞洞口处的土层容易出现坍塌，为了确保安放在邻近竖井井筒地面上的竖井掘进施工用装置姿态稳定性，从而保证竖井井筒掘进施工的顺利安全进行，需沿竖井井口周向挖掘和砌筑竖井锁口1，竖井锁口1由素混凝土浇筑而成。

3.2)安装带有刃脚3的竖井井壁10底段。

潜水作业，施工人员的视线受到一定的限制，只有通过水下监控装置才可以了解水下的具体情况，为了便于竖井的掘进以及对竖井掘进方向的把控，在竖井井筒正式开挖之前，先将下端安装有刃脚3的竖井井壁10底段安装在竖井井筒欲开挖的地点，在依靠竖井井壁10底段自重下沉到水下土层中一部分，基于不同地区土层软弱程度不一致，本实施例中，辅助采用下沉推进装置使竖井井壁10底段插入水下土层中，从而保证使竖井井壁10底段能够稳定地竖立在水下土层中，便于步骤3.3)中的水下掘进装置的安装。

3.3)安装竖井掘进装置。

在步骤3.2)中的竖井井壁10底段内安装水下掘进装置。竖井掘进装置包括吊盘6和水下切割装置或竖井掘进机7，吊盘6与竖井井壁10卡接，水下切割装置或竖井掘进机7的上端安装在吊盘6的下端，吊盘6上方安装有水力切割装置；吊盘6与竖井井壁10沿竖井井壁10周向位置固定。在水下切割装置或竖井掘进机7需要维修时，可以通过吊装装置(如龙门吊)将其吊出水面进行维修。

3.4)向竖井井筒内注入清水。

为了便于竖井井筒掘进过程中的渣土便于利用潜水泵8排出，提前向竖井井筒内注入清水，然后启动水下切割装置或竖井掘进机7后，水下切割装置或竖井掘进机7破碎土层后渣土和清水混合成泥浆，泥浆由潜水泵8排出竖井井筒。

3.5)利用竖井掘进装置中水下切割装置或竖井掘进机7分段掘砌竖井井筒，利用潜水泵8将竖井井筒内的泥浆输送至泥水分离站，再将从泥浆中分离的水回注到竖井井筒内。

利用水下切割装置或竖井掘进机7对井底工作面9进行破碎，将位于井底工作面9的土层破开并将较大的渣土破碎成粒径较小的渣土，而为了便于利用潜水泵8将渣土通过泥浆的携带排出竖井井筒，本实施例中，利用水下切割装置或竖井掘进机7将体积较大的渣土破碎成粒径小于或等于0.03cm的渣土。在潜水泵8将泥浆通过动力、排水管线4由竖井井筒输送至泥水分离站，泥水分离站将泥浆中的渣土和水进行分离，然后再将分离后得到的水回注入竖井井筒内。

在将分离后得到的水回注入竖井井筒内时，需要向竖井井筒补水，以保证竖井井筒内的水位，从而避免竖井井筒开挖地段地下水水位不会出现较大幅度的变化，从而避免竖井井筒周围建筑物发生沉降，减少地下施工对施工地段对周围建筑的影响。

在竖井井筒掘进过程中，下放竖井井壁10时，为了减少竖井井壁10与竖井井帮之间的摩擦力对竖井井壁10下放或上提的影响，本实施例中，还通过潜水泵8通过竖井井壁10上预留的注浆孔向竖井井壁10和竖井井帮之间壁后环形空间2注入泥浆，注入的泥浆不仅可以起到润滑作用，还有利于保持竖井井筒开挖地段不同地层内地下水水位，同时还有利于保持竖井井帮的稳定性，避免出现片帮，有利于竖井井筒掘进的顺利进行。

本实施例中，为了避免竖井井壁10自沉过程中竖井井壁10底段的底部出现受力不平衡导致竖井井壁10受到的扭矩作用突然增大导致竖井井壁10受影响，在步骤3)中，竖井井壁10底段与地面提升装置的提升端固定连接，避免因控制不力造成井壁突沉，有利于对竖井井壁10进行保护，更有利于竖井井筒掘进方向的控制和纠偏。

其中，如图2和图3所示，所述地面提升装置包括液压泵站11、卷扬机12 和沉降单元，所述沉降单元包括承载架14、液压油缸17、上卡头组件15和下卡头组件16；竖井锁口1上沿竖井周向等距设置有三组所述沉降单元，所述液压油缸17安装在所述承载架14上，所述液压油缸17的缸底与所述下卡头组件 16连接，所述液压油缸7的伸出端与所述上卡头组件15连接；所述卷扬机12 卷筒上缠绕有钢绞线13，所述钢绞线13的自由端依次穿过所述上卡头组件15 和所述下卡头组件16与竖井井壁10的刃脚3固定连接；在所述上卡头组件15 和所述下卡头组件16处于锁紧状态时，所述钢绞线13分别与所述上卡头组件 15和所述下卡头组件16固定连接，在所述上卡头组件15和所述下卡头组件16 处于解锁状态时，所述钢绞线13可以自由移动通过所述上卡头组件15和所述下卡头组件16；所述液压泵站11与所述液压油缸17流体导通连接。其中，为了避免多根所述钢绞线13发生挤压导致设备运行出现问题，本实施例中，在邻近所述卷扬机12且位于卷扬机12与所述钢绞线13自由端的所述钢绞线13上设有疏导板。

本实施例中，所述钢绞线13自由端与竖井井壁10下端通过下锚头18固定连接。其中，所述下锚头18包括集束器19和锚具，所述集束器19设在所述刃脚3内并与所述刃脚3固定连接；所述钢绞线13的自由端穿过所述集束器19 上的钢绞线预留孔20与所述锚具固定连接，而且为了施工安全，一般按要求预留一定长度外露所述钢绞线3。

使用本发明时，先沿竖井周向构筑的环形混凝土基础，然后将所述沉降单元沿竖井周向等距设置在所述环形混凝土基础上，接着再将将所述卷扬机 12安放在所述沉降单元旁，接着将所述液压油缸17和所述液压站连接导通，再接着将所述钢绞线13自由端穿过所述上卡头组件15和所述下卡头组件16与竖井井壁10的刃脚3通过所述下锚头18固定连接。下放竖井井壁10时，所述上卡头组件15处于锁紧状态，此时所述上卡头组件15与所述钢绞线13卡接，所述下卡头组件16处于解锁状态，则所述钢绞线13可以自由通过所述下卡头组件16，此时通过液压泵站11使所述液压油缸17行程回落，当所述液压油缸17 运动到设计位置时，使所述下卡头组件16处于锁紧状态，则所述下卡头组件16 与所述钢绞线13卡接，然后使所述上卡头组件15处于解锁状态，，则所述钢绞线13可以自由通过所述上卡头组件15，接着通过所述液压泵站11驱动所述液压油缸17的活塞向上移动直至到达预设位置，再使所述上卡头组件15处于锁紧状态，所述下卡头组件16处于解锁状态，重复上述操作，即可实现竖井井壁 10的下放。而当需要提升竖井井壁10时，可以按上述操作逆向操作即可实现。本发明可以及时发现偏斜并可控制地调整纠正，且有效地避免突沉等不利情况，保质保安全地完成竖井井壁10下沉施工。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (5)

1.一种用于城市竖井建设的潜水挖掘施工方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)水下施工环境勘察并形成勘察报告；

2)根据步骤1)中的勘察报告设计施工方案；

3)根据步骤2)中的施工方案进行竖井井筒的掘进，具体包括如下步骤：

3.1)沿竖井井口周向挖掘和砌筑竖井锁口(1)，竖井锁口(1)为素混凝土结构；

3.2)安装带有刃脚(3)的竖井井壁(10)底段；

3.3)安装竖井掘进装置；

3.4)向竖井井筒内注入清水；

3.5)利用竖井掘进装置中水下切割装置或竖井掘进机(7)分段掘砌竖井井筒，利用潜水泵(8)将竖井井筒内的泥浆输送至泥水分离站，再将从泥浆中分离的水回注到竖井井筒内；

步骤3.2)中，利用竖井井壁(10)底段的自重和下沉推进装置使竖井井壁(10)底段刃脚(3)插入水下土层中；

步骤3.3)中，竖井掘进装置包括吊盘(6)及水下切割装置或竖井掘进机(7)，吊盘(6)与竖井井壁(10)卡接，水下切割装置或竖井掘进机(7)的上端安装在吊盘(6)的下端；吊盘(6)与竖井井壁(10)沿竖井井壁(10)周向位置固定；

在步骤3)中，刃脚(3)与地面提升装置的提升端固定连接；

所述地面提升装置包括液压泵站(11)、卷扬机(12)和沉降单元，所述沉降单元包括承载架(14)、液压油缸(17)、上卡头组件(15)和下卡头组件(16)；竖井锁口(1)上沿竖井周向等距设置有大于或等于三组所述沉降单元，所述液压油缸(17)安装在所述承载架(14)上，所述液压油缸(17)的缸底与所述下卡头组件(16)连接，所述液压油缸(17)的伸出端与所述上卡头组件(15)连接；所述卷扬机(12)卷筒上缠绕有钢绞线(13)，所述钢绞线(13)的自由端依次穿过所述上卡头组件(15)和所述下卡头组件(16)与竖井井壁(10)的刃脚(3)固定连接；在所述上卡头组件(15)和所述下卡头组件(16)处于锁紧状态时，所述钢绞线(13)分别与所述上卡头组件(15)和所述下卡头组件(16)固定连接，在所述上卡头组件(15)和所述下卡头组件(16)处于解锁状态时，所述钢绞线(13)可以自由移动通过所述上卡头组件(15)和所述下卡头组件(16)；所述液压泵站(11)与所述液压油缸(17)流体导通连接。

2.根据权利要求1所述的用于城市竖井建设的潜水挖掘施工方法，其特征在于，邻近所述卷扬机(12)且位于卷扬机(12)与所述钢绞线(13)自由端之间的所述钢绞线(13)上设有疏导板。

3.根据权利要求2所述的用于城市竖井建设的潜水挖掘施工方法，其特征在于，所述钢绞线(13)自由端与竖井井壁(10)刃脚(3)通过下锚头(18)固定连接。

4.根据权利要求3所述的用于城市竖井建设的潜水挖掘施工方法，其特征在于，所述下锚头(18)包括集束器(19)和锚具，所述集束器(19)设在所述刃脚(3)内并与所述刃脚(3)固定连接；所述钢绞线(13)的自由端穿过所述集束器(19)上的钢绞线预留孔(20)与所述锚具固定连接。

5.根据权利要求1所述的用于城市竖井建设的潜水挖掘施工方法，其特征在于，在步骤3.5)中，竖井井筒掘进过程中产生的粒径小于或等于0.03m的渣土由潜水泵(8)排出竖井井筒。