一种富水地层预设顶管门洞与滑移式后靠墙的矩形工作井及其施工方法技术

本发明专利技术具体包括如下步骤：（一）矩形顶管工作井的功能需求设计；（二）矩形顶管工作井维护结构沉井施工；（三）临时临边防护施工；（四）井内土方开挖；(五)矩形顶管工作井封底，并预埋滑移式轨道、拉环及后靠墙锚固件；（六）进入矩形顶管工作井的爬梯安装；(七)接缝渗漏治理；(八)洞口止水压板安装；(九)滑移式后靠墙施工；(十)预设门洞顶部夹心砼板墙提升；(十一)顶管顶进施工。本发明专利技术构建的结构体系功能明确、安全快捷、设计灵巧等诸多优点，尤其是克服了富水地层顶管穿透井壁过程中的突发涌水涌砂安全隐患及单井多向顶管施工问题，为水利、市政、热力、通讯等地下管道的非开挖施工提供了新方法。

A kind of rectangular working well with pre-set pipe jacking and sliding back wall in water rich formation and its construction method

The invention specifically includes the following steps: (1) functional requirements design of rectangular pipe jacking well; (2) construction of rectangular pipe jacking well maintenance structure open caisson; (3) temporary edge protection construction; (4) earthwork excavation in the well; (5) sealing the bottom of rectangular pipe jacking well, embedding sliding track, pull ring and back wall anchor; (6) climbing into rectangular pipe jacking well Ladder installation; (VII) joint leakage treatment; (VIII) water stop pressing plate installation at the portal; (IX) sliding back wall construction; (x) preset concrete slab wall lifting at the top of the portal; (XI) pipe jacking construction. The structure system constructed by the invention has many advantages, such as clear function, fast safety, smart design, etc., in particular, it overcomes the hidden danger of sudden water gushing and sand gushing in the process of pipe jacking in water rich stratum penetrating the shaft wall and the construction problem of multi-directional pipe jacking in a single well, and provides a new method for trenchless construction of underground pipes such as water conservancy, municipal administration, heat, communication, etc.

【技术实现步骤摘要】
一种富水地层预设顶管门洞与滑移式后靠墙的矩形工作井及其施工方法
本专利技术属于水利、市政、热力、通讯等基础设施的非开挖施工及修复领域，具体涉及为水利、市政、热力、通讯等地下管道的非开挖施工及修复提供了一种富水地层预设顶管门洞、滑移式后靠墙的矩形工作井及其施工方法。
技术介绍
城市化的进程加快，不仅要新建大量的地下基础配套设施，还面临大量老旧地下管道的整改升级问题，使得许多城市道路地下管网非常复杂，地下管道损坏导致的路面坍塌和安全事故频繁。在通行要求和绿色环保理念日益被人重视的情况下，常规的开挖填埋式施工，不仅施工效率低，还面临严重的工后沉降，多用于新建城区的浅埋式雨水、污水管道的施工。定向钻、顶管施工等非开挖施工技术逐渐成为城市地下管道的主流技术，其中顶管施工因其断面选择灵活、埋深较大，可有效避免与上部既有管线的冲突，仅需较小范围设置相应的工作井、接收井及中继间等，即可实现长距离的地下管道施工需要，越来越受到工程师们的重视。此外，老城区大量老旧管网的整改升级问题，在采用顶管式施工小截面管廊结构时，急需要增设临时工作井，更需要设置一定数量的永久性工作井，以保证地下管线的运营检修需要。目前，关于工作井、接收井及中续间的设计及施工，仍主要选择沉井工艺或倒挂井工艺，虽然安全可靠，但造价高、工期长、也偶尔存在下沉困难、倾斜及操作不当导致的失稳事故等。尤其是我国南方城市，河流密布，地下水位高，绝大部分属于富水地层，为节省投资，工作井一般兼作永久性设备检修井使用，与此同时，富水地层工作井的建设是一个非常困难的过程，主要体现在施工工艺和质量控制方面均需要考虑地下水带来的不利影响。此外，最关键的环节是富水地层顶管施工前，后开门洞是一个十分危险的过程，不仅耗时长，作业难度大，耗费工期长，极易出现管涌、流沙及周边塌陷等事故，同一顶管工作井内多次开设门洞风险更高。可见，寻求一种适用于富水地层的更安全可靠的工作井和顶管门洞的设计施工方法，成为行业进一步发展的重大需求。
技术实现思路
针对水利、市政、热力、通讯等地下管道的非开挖施工及修复发展需求和目前富水地层工作井设计施工存在的不足，本专利技术提供了一种富水地层预设顶管门洞与滑移式后靠墙的矩形工作井及其设计施工方法。本专利技术是从富水地层建造矩形工作井的安全及用途出发，首次创新性提出并采用顶管门洞采用薄壁素混凝土空腔、滑移式后靠墙与顶管工作井结构同步设计实施的理念，并在工作井结构体系中首次引入夹心砼板墙设计施工工艺。利用本专利技术可安全快速的完成水利、市政、热力、通讯等地下管道的非开挖施工所需的矩形工作井建造，作为水利、市政、热力、通讯等地下管道的非开挖施工所需的矩形工作井的设计施工新方法，不仅安全可靠、技术理念先进，而且经济适用。本专利技术的技术方案具体为：一种富水地层预设顶管门洞与滑移式后靠墙的矩形工作井的施工方法，包括以下步骤，（一）矩形工作井的功能需求设计，包括：（1）收集相关资料，确定满足井内作业要求的平面尺寸、深度及工作井封底的处理方式；（2）根据拟建管道的位置、直径、材质及连接方式等确定预设顶管门洞的标高及直径，预设顶管门洞的数量至少是一个；（3）矩形工作井的结构计算及绘图：采用杆系单元法与数值模拟对比计算分析，获取最优矩形工作井支护结构组成，然后进行绘图，完成矩形工作井功能需求的设计工作；（二）矩形工作井的围护结构沉井的施工具体步骤如下：(1)沉井施工前的准备工作：包括场地整平、放线、首层土方开挖、夯实基底、抄平放线、验线、铺砂垫层、刃脚支模、绑钢筋、井身模板、浇筑混凝土、养护、拆模；(2)沉井分节下沉施工：包括下沉准备、设置垂直运输机械及排水泵、观测、纠偏、分节下沉至设计标高、核对标高；(3)分节浇筑沉井的过程中在预设顶管门洞所在竖向轴线上设置薄壁素混凝土空腔，薄壁素混凝土空腔内插入夹心砼板墙；(4)矩形工作井的围护结构的材料采用钢筋混凝土，或采用钢构件作为矩形工作井的围护结构，并做好防腐措施；（三）临边防护施工：在矩形工作井围护结构沉井施工浇筑时设置预埋件，临边防护通过螺栓与预埋件连接；（四）矩形工作井土方开挖：沉井施工过程中，水上部位土方直接开挖，水下部分土体，采用高压水枪松土、液压抓斗挖土或泵吸反循环工艺挖土；（五）矩形工作井封底，并预埋滑移式轨道、拉环及后靠墙锚固件：为满足后续施工需要，采用混凝土对矩形工作井封底处理，先采用素混凝土处理抗浮稳定，后采用钢筋混凝土连接沉井墙体，在浇筑钢筋混凝土封底的过程中同步预埋滑移式轨道、拉环及后靠墙锚固件；（六）进入矩形工作井的爬梯安装：根据后续检修需要，设计爬梯，爬梯采用植筋工艺安装在矩形工作井的内壁上；（七）接缝渗漏治理：采用高聚物材料对矩形工作井的封底接缝、围护结构沉井侧壁的接缝进行渗漏治理；（八）洞口止水压板安装：根据预设顶管门洞位置，通过膨胀螺栓在洞口固定止水压板；（九）滑移式后靠墙施工：根据顶管推力计算结果，吊装预制后靠墙，通过锚固件锁紧后靠墙，安装拉杆，拉杆连接在锚固件与拉环之间，根据顶管位置不同，可通过拉杆调整滑移式后靠墙位置并固定后开始再次顶管；（十）预设顶管门洞的顶部夹心砼板墙提升：将夹心砼板墙提起，在预设顶管门洞部位形成薄壁素混凝土空腔，减小顶管机械穿透预设顶管门洞阻力；（十一）顶管顶进施工：顶管机械安装就位后，借助液压顶推力，连续穿透预设顶管门洞部位的薄壁素混凝土空腔后进行正常的顶管施工。一种富水地层预设顶管门洞与滑移式后靠墙的矩形工作井，包括矩形工作井，矩形工作井的围护结构为沉井，矩形工作井的底部为封底，矩形工作井内靠近底部处设有预设顶管门洞，预设顶管门洞对面设置有滑移式后靠墙，在预设顶管门洞的竖直轴线上的沉井内设置有薄壁素混凝土空腔，薄壁素混凝土空腔内插入有夹心砼板墙。所述预设顶管门洞的洞口处通过膨胀螺栓固定有止水压板。所述矩形工作井内设置有顶管机械，顶管机械的推力方向上对接有顶管，顶管机械推动着顶管朝着预设顶管门洞推进。所述封底与沉井之间的接缝以及沉井侧壁的接缝处通过高聚物材料进行接缝渗流处理。所述沉井上预埋有连接件，沉井上端连接有临边防护，临边防护通过螺栓与预埋的连接件连接。所述矩形工作井内壁上通过植筋工艺安装有爬梯。所述封底上预埋有滑移式轨道和拉环，滑移式后靠墙配合在滑移式轨道上，滑移式后靠墙通过锚固件连接有拉杆，拉杆的端部与拉环连接。相对于现有技术，本专利技术的技术效果为，（1）技术理念先进，首次创新性提出顶管门洞采用薄壁素混凝土空腔、滑移式后靠墙与工作井结构同步设计实施的理念，既克服了富水地层后开门洞的施工困难和安全风险，也节省了相应的资金投入，在提供地下安全作业空间的同时，也缩短了工作井的建设周期。（2）围护结构中首次引入夹心砼板墙构造，配合钢筋混凝土沉井共同构成工作井围护结构使用，可有效发挥材料的力学性能，保证工作井功能的发挥，同时仅需借助顶管施工机械的液压推力就可轻松实现顶本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种富水地层预设顶管门洞与滑移式后靠墙的矩形工作井的施工方法，其特征在于：包括以下步骤，/n（一）矩形工作井的功能需求设计，包括：/n（1）收集相关资料，确定满足井内作业要求的平面尺寸、深度及工作井封底的处理方式；/n（2）根据拟建管道的位置、直径、材质及连接方式等确定预设顶管门洞的标高及直径，预设顶管门洞的数量至少是一个；/n（3）矩形工作井的结构计算及绘图：采用杆系单元法与数值模拟对比计算分析，获取最优矩形工作井支护结构组成，然后进行绘图，完成矩形工作井功能需求的设计工作；/n（二）矩形工作井的围护结构沉井的施工具体步骤如下：/n(1)沉井施工前的准备工作：包括场地整平、放线、首层土方开挖、夯实基底、抄平放线、验线、铺砂垫层、刃脚支模、绑钢筋、井身模板、浇筑混凝土、养护、拆模；/n(2)沉井分节下沉施工：包括下沉准备、设置垂直运输机械及排水泵、观测、纠偏、分节下沉至设计标高、核对标高；/n(3)分节浇筑沉井的过程中在预设顶管门洞所在竖向轴线上设置薄壁素混凝土空腔，薄壁素混凝土空腔内插入夹心砼板墙；/n(4)矩形工作井的围护结构的材料采用钢筋混凝土，或采用钢构件作为矩形工作井的围护结构，并做好防腐措施；/n（三）临边防护施工：在矩形工作井围护结构沉井施工浇筑时设置预埋件，临边防护通过螺栓与预埋件连接；/n（四）矩形工作井土方开挖：沉井施工过程中，水上部位土方直接开挖，水下部分土体，采用高压水枪松土、液压抓斗挖土或泵吸反循环工艺挖土；/n（五）矩形工作井封底，并预埋滑移式轨道、拉环及后靠墙锚固件：为满足后续施工需要，采用混凝土对矩形工作井封底处理，先采用素混凝土处理抗浮稳定，后采用钢筋混凝土连接沉井墙体，在浇筑钢筋混凝土封底的过程中同步预埋滑移式轨道、拉环及后靠墙锚固件；/n（六）进入矩形工作井的爬梯安装：根据后续检修需要，设计爬梯，爬梯采用植筋工艺安装在矩形工作井的内壁上；/n（七）接缝渗漏治理：采用高聚物材料对矩形工作井的封底接缝、围护结构沉井侧壁的接缝进行渗漏治理；/n（八）洞口止水压板安装：根据预设顶管门洞位置，通过膨胀螺栓在洞口固定止水压板；/n（九）滑移式后靠墙施工：根据顶管推力计算结果，吊装预制后靠墙，通过锚固件锁紧后靠墙，安装拉杆，拉杆连接在锚固件与拉环之间，根据顶管位置不同，可通过拉杆调整滑移式后靠墙位置并固定后开始再次顶管；/n（十）预设顶管门洞的顶部夹心砼板墙提升：将夹心砼板墙提起，在预设顶管门洞部位形成薄壁素混凝土空腔，减小顶管机械穿透预设顶管门洞阻力；/n（十一）顶管顶进施工：顶管机械安装就位后，借助液压顶推力，连续穿透预设顶管门洞部位的薄壁素混凝土空腔后进行正常的顶管施工。/n...

【技术特征摘要】
1.一种富水地层预设顶管门洞与滑移式后靠墙的矩形工作井的施工方法，其特征在于：包括以下步骤，
（一）矩形工作井的功能需求设计，包括：
（1）收集相关资料，确定满足井内作业要求的平面尺寸、深度及工作井封底的处理方式；
（2）根据拟建管道的位置、直径、材质及连接方式等确定预设顶管门洞的标高及直径，预设顶管门洞的数量至少是一个；
（3）矩形工作井的结构计算及绘图：采用杆系单元法与数值模拟对比计算分析，获取最优矩形工作井支护结构组成，然后进行绘图，完成矩形工作井功能需求的设计工作；
（二）矩形工作井的围护结构沉井的施工具体步骤如下：
(1)沉井施工前的准备工作：包括场地整平、放线、首层土方开挖、夯实基底、抄平放线、验线、铺砂垫层、刃脚支模、绑钢筋、井身模板、浇筑混凝土、养护、拆模；
(2)沉井分节下沉施工：包括下沉准备、设置垂直运输机械及排水泵、观测、纠偏、分节下沉至设计标高、核对标高；
(3)分节浇筑沉井的过程中在预设顶管门洞所在竖向轴线上设置薄壁素混凝土空腔，薄壁素混凝土空腔内插入夹心砼板墙；
(4)矩形工作井的围护结构的材料采用钢筋混凝土，或采用钢构件作为矩形工作井的围护结构，并做好防腐措施；
（三）临边防护施工：在矩形工作井围护结构沉井施工浇筑时设置预埋件，临边防护通过螺栓与预埋件连接；
（四）矩形工作井土方开挖：沉井施工过程中，水上部位土方直接开挖，水下部分土体，采用高压水枪松土、液压抓斗挖土或泵吸反循环工艺挖土；
（五）矩形工作井封底，并预埋滑移式轨道、拉环及后靠墙锚固件：为满足后续施工需要，采用混凝土对矩形工作井封底处理，先采用素混凝土处理抗浮稳定，后采用钢筋混凝土连接沉井墙体，在浇筑钢筋混凝土封底的过程中同步预埋滑移式轨道、拉环及后靠墙锚固件；
（六）进入矩形工作井的爬梯安装：根据后续检修需要，设计爬梯，爬梯采用植筋工艺安装在矩形工作井的内壁上；
（七）接缝渗漏治理：采用高聚物材料对矩形工作井的封底接缝、围护结构沉井侧壁的接缝进行渗漏治理；
（八）洞口止水压板安装：根据预设顶管门洞位置，通过膨胀螺栓在洞口固定止水压板；
（九）滑移式后靠墙施工：根据顶管推力计算结果，吊装预制后靠墙，通过锚固件锁紧后靠墙，安装拉杆，拉杆连接在锚固件与拉环之间，根据顶管位置不同，可通过拉杆调整滑移式后靠墙位置并...

【专利技术属性】
技术研发人员：王复明，方宏远，潘艳辉，赵鹏，郭成超，
申请(专利权)人：郑州安源工程技术有限公司，郑州维霖工程科技有限公司，
类型：发明
国别省市：河南;41