CN115075278B - 一种水中超大沉井台阶渐进式取土下沉施工***与方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水中超大沉井台阶渐进式取土下沉施工***，包括：沉井、多功能驳船、取土平台、管线和破取土设备，所述多功能驳船位于所述沉井旁侧，所述多功能驳船上集成供水设备和供气设备，所述取土平台设置于所述沉井顶部，所述管线包括供气管和供水管，所述破取土设备设置于所述取土平台上且包括空气吸泥机、双头绞刀设备和气水同轴射流设备，其分别对应通过所述供气管和供水管连接所述供水设备和供气设备，所述空气吸泥机连接有排泥管。本发明还公开了一种水中超大沉井台阶渐进式取土下沉施工方法。本发明***中将各设备及管线高度集成化，使得设备相互不干涉，管线排布规整，方法采用台阶渐进式取土，施工效率高，施工安全性高。

Description

一种水中超大沉井台阶渐进式取土下沉施工***与方法

技术领域

本发明涉及沉井施工技术领域。更具体地说，本发明涉及一种水中超大沉井台阶渐进式取土下沉施工***与方法。

背景技术

沉井是井筒状的结构物，它是以井内挖土，依靠自身重力克服井壁摩阻力后下沉到设计标高，然后经过混凝土封底并填塞井孔，使其成为桥梁墩台或其它结构物的基础。随着大跨、重载桥梁成为桥梁发展的主要方向，沉井基础应用越来越广泛。

但大型沉井平面尺寸大、入土深度深，沉井取土下沉施工非常复杂，尤其是水中超大沉井取土，需要多种取土设备、起重设备并供电、供水、供气，土体通过取土设备取出后，通过排泥管道输送至沉井外，并经处理后运送上岸。传统的沉井取土设备、管线等杂乱，设备运行相互干涉，影响取土施工效率。排泥线路随意布设，泥水难以集中收集处理，极易对水体造成悬浮物污染。而且大型沉井施工取土过程中，涌砂、突沉、结构开裂风险大，传统沉井取土施工方法均无法满足大型沉井高效、安全取土下沉要求。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种水中超大沉井台阶渐进式取土下沉施工***与方法，***中将各设备及管线高度集成化，使得设备相互不干涉，管线排布规整，方法采用台阶渐进式取土，施工效率高，施工安全性高。

为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种水中超大沉井台阶渐进式取土下沉施工***，包括：沉井、多功能驳船、取土平台、管线和破取土设备，所述多功能驳船位于所述沉井旁侧，所述多功能驳船上集成供水设备和供气设备，所述取土平台设置于所述沉井顶部，所述管线包括供气管和供水管，所述破取土设备设置于所述取土平台上且包括空气吸泥机、双头绞刀设备和气水同轴射流设备，其分别对应通过所述供气管和供水管连接所述供水设备和供气设备，所述空气吸泥机连接有排泥管。

优选的是，所述供水设备包括多级离心泵和供水主管，所述供气设备包括空气压缩机、储气罐和供气主管，所述供水主管连通各供水管，所述空气压缩机连通所述储气罐后再通过供气主管连通各供气管。

优选的是，所述取土平台包括轨道梁和龙门吊，所述轨道梁沿沉井顶部布设，所述轨道梁上布设有龙门吊，所述破取土设备均悬挂安装于龙门吊上。

优选的是，所述供气管、供水管和排泥管均为钢管且平行并排设置，所述供气管、供水管和排泥管并排集成后设置为多个模块化单元，其通过组装安装于所述取土平台上。

优选的是，还包括泥水分离***，其包括泥水分离船、泥驳船和设置于泥水分离船上的泥水箱、振动筛、沉淀池，所述泥水分离船设置于沉井的外侧，所述泥水箱在所述泥水分离船上对称设置一对，所述泥水箱内设置有振动筛以将泥水振动分离，所述泥水箱底部设置排泥口连通所述泥驳船，一对泥水箱之间连通设置所述沉淀池，所述沉淀池上部设置有泄水口，所述沉淀池下部也设置有排泥口，其连通所述泥驳船。

优选的是，所述多功能驳船设置有一对且分别位于所述沉井对角线的两端。

优选的是，所述泥水分离***沿所述沉井的两侧对称设置一对。

本发明还提供一种水中超大沉井台阶渐进式取土下沉施工方法，包括如下步骤：

步骤一：第一阶段取土，其为内圈取土，通过空气吸泥机在沉井内圈井孔内取土，沉井外圈井孔内的土体不取，此时沉井下沉量小；

步骤二：第二阶段取土，其为外圈取土，通过空气吸泥机在沉井外圈井孔内取土，但保留沉井外圈井孔内靠近外刃脚部分土体，外圈取土深度小于内圈取土深度，此时沉井开始下沉；

步骤三：第三阶段取土，即盲区破土，通过气水同轴射流设备盲在隔墙及剪力键取土盲区内破土，使得沉井底部泥面形成台阶型；

步骤四：第四阶段取土，即全断面取破土，沉井底部泥面形成台阶型后，通过空气吸泥机和气水同轴射流设备同时在沉井内圈井孔内取土或破土，在沉井外圈井孔内取土，沉井保持稳定下沉状态，直至沉井下沉至预设深度。

优选的是，所述步骤一中沉井内圈井孔内取土深度不超过2m。

本发明至少包括以下有益效果：

(1)本发明中取土设备、起重设备即龙门吊、供电、供水、供气、排泥高度集成化，解决了传统的取土设备、管线杂乱，设备运行相互干涉的问题，同时实现了泥水集中收集，分离沉淀后再排放，避免了泥水悬浮物污染水体，实现了沉井环保下沉。

(2)本发明采用多种取土工艺配合，可实现台阶渐进式(盲区)取土，总体采用气举取土工艺，针对黏土层、胶结砂层等特殊土层和取土盲区，采用电动绞刀、气水同轴射流设备等破坏土体后，再气举取土，提高了取土的效率和取土深度控制的精度。

(3)本发明所采用的台阶渐进式取土，相较于大锅底取土，严格控制了沉井超挖深度，同时保留了沉井外圈井孔部分土体，沉井外圈部分始终处于有效支撑状态，避免了沉井涌砂和突沉风险；相较于小锅底取土，有效解除了沉井内圈部分盲区的土体支撑，避免了沉井难沉或下沉缓慢的情况，大大提升了沉井下沉速度。相较于十字拉槽法等精细化取土方法，形成台阶型后，可在沉井内圈和部分外圈井孔同步大规模取土，大大提升了取土效率。

本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明

图1为本发明所述的水中超大沉井台阶渐进式取土下沉施工***的俯视图；

图2为本发明所述的多功能驳船示意图；

图3为本发明所述的取土平台立面示意图；

图4为本发明所述的取土平台平面示意图；

图5为本发明所述的取土平台管线布设示意图；

图6为本发明所述的取土平台局部放大示意图；

图7为本发明所述的破取土设备示意图；

图8为本发明所述的泥水分离***俯视图；

图9为本发明所述的台阶渐进式取土施工方法立面示意图；

图10为本发明所述的台阶渐进式取土施工方法平面示意图；

图11为本发明所述的内圈取土示意图；

图12为本发明所述的外圈取土示意图；

图13为本发明所述的内圈盲区破土示意图；

图14为本发明所述的全断面取破土示意图。

附图标记说明：1—沉井；2—内圈井孔；3—外圈井孔；4—取土盲区；5—外刃脚；6—隔墙；7—剪力键；

10—多功能驳船；11—多级离心泵；12—空气压缩机；13—储气罐；14—供气主管；15—供水主管；

20—取土平台；21—供气管；22—供水管；23—排泥管；24—施工电缆桥架；25—轨道梁；26—龙门吊；

30—空气吸泥机；31—双头绞刀设备；32—气水同轴射流设备；

40—泥水分离船；41—泥水箱；42—振动筛；43—沉淀池；44—泄水口；45—排泥口；50—泥驳船。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

需要说明的是，下述实施方案中所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法，所述试剂和材料，如无特殊说明，均可从商业途径获得；在本发明的描述中，术语“横向”、“纵向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，并不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

如图1至8所示，本发明提供一种水中超大沉井台阶渐进式取土下沉施工***，包括：沉井1、多功能驳船10、取土平台20、管线和破取土设备，所述多功能驳船10位于所述沉井1旁侧，所述多功能驳船10上集成供水设备和供气设备，所述取土平台20设置于所述沉井1顶部，所述管线包括供气管21和供水管22，所述破取土设备设置于所述取土平台20上且包括空气吸泥机30、双头绞刀设备31和气水同轴射流设备32，其分别对应通过所述供气管21和供水管22连接所述供水设备和供气设备，所述空气吸泥机30连接有排泥管23。

在上述技术方案中，多功能驳船10上对应还集成有供电设备，用于对沉井1下沉取土对应的各个设备进行供电，管线也包括供电管，其与供水管22和供气管21的设置方式及连接方式均相同。传统的沉井1下沉取土施工方法与本申请的施工方法不同，传统的施工方法一般只需要空气吸泥机30即可，仅设置供气管21和供电管即可，本申请在沉井1取土下沉阶段，针对不同土层分布，进行取土设备的合理配置：每个井孔配置一套空气吸泥机30，作为主要取土设备，主要负责沉井1井孔垂直方向上取土；针对粉质粘土及胶结砂层等特殊土层，在空气吸泥机30基础上，安装可快速拆装的模块化电动双头绞刀设备31，每两个固定在一个气举取土设备之上，以机械破坏的形式进行黏土和胶结砂层的切削；需要进行盲区取土时，安装气水同轴射流设备32，主要负责取土盲区4内破土，通过高压气幕助推高压水，以气水混合的方式完成黏土的切削。水力破土及气举取土所需供水管22和供气管21线由沿沉井1上、下游布置的多功能驳船10集中供应至沉井1顶面的取土平台20上。各破取土设备根据需要连接对应的供气管21和供水管22。

在另一种技术方案中，如图2所示，所述供水设备包括多级离心泵11和供水主管15，所述供气设备包括空气压缩机12、储气罐13和供气主管14，所述供水主管15连通各供水管22，所述空气压缩机12连通所述储气罐13后再通过供气主管14连通各供气管21。供气主管14和供水主管15与沉井1顶面的取土平台20上对应的供气管21和供水管22相连，多功能驳船10除用于将岸电引线至沉井1顶面外，通过集成布置空气压缩机12、多级离心泵11等设备，为沉井1顶面破取土设备供水、供气，有效保障沉井1取土下沉施工安全。

在另一种技术方案中，如图3和图4所示，所述取土平台20包括轨道梁25和龙门吊26，所述轨道梁25沿沉井1顶部布设，所述轨道梁25上布设有龙门吊26，所述破取土设备均悬挂安装于龙门吊26上。所述取土平台20及管线安装在沉井1的顶部，取土平台20上布置有龙门吊26轨道即轨道梁25、龙门吊26、供电/水/气管线、排泥管23线等，其主要作用是为沉井1取土作业提供平台。

在另一种技术方案中，如图5和图6所示，所述供气管21、供水管22和排泥管23均为钢管且平行并排设置，所述供气管21、供水管22和排泥管23并排集成后设置为多个模块化单元，其通过组装安装于所述取土平台20上。

在上述技术方案中，传统的沉井1下沉取土不需要水，因此也就不需要供水设备，也不需要集成供水管22，只需要供气管21和供电管即可，传统的施工方法各管路都需要单独一节一节在取土平台20上制作安装，而且传统管线使用的是软管，软线拉起来杂乱无章，并且安装繁琐，施工效率低。本申请采用的为模块化，先在岸上将各管线连接起来形成集成式模块后再在取土平台20上直接组装，实现快速组装，并且管线相互不干涉，规整。所述供水、供气管21路平行设置，可将多功能驳船10上的多级离心泵11、空气压缩机12产生的高压水、高压气输送至沉井1每个井孔。所述排泥管23可将所有井孔取出的土体排出，并集中排放至泥水分离船40。将取土平台20与供气管21、供水管22、排泥管23、施工电缆桥架24、轨道梁25等进行集成，满足模块化设计与安装要求，并将其安装在沉井1顶部，在轨道梁25上布置龙门吊26。

在另一种技术方案中，如图8所示，还包括泥水分离***，其包括泥水分离船40、泥驳船50和设置于泥水分离船40上的泥水箱41、振动筛42、沉淀池43，所述泥水分离船40设置于沉井1的外侧，所述泥水箱41在所述泥水分离船40上对称设置一对，所述泥水箱41内设置有振动筛42以将泥水振动分离，所述泥水箱41底部设置排泥口45连通所述泥驳船50，一对泥水箱41之间连通设置所述沉淀池43，所述沉淀池43上部设置有泄水口44，所述沉淀池43下部也设置有排泥口45，其连通所述泥驳船50。

在上述技术方案中，传统施工方法，泥水直接排江，造成污染严重。本申请泥水分离船40主要由泥水箱41、振动筛42、沉淀池43组成，可将取土设备取出的泥水进行分离，水排江、泥船运上岸。沉井1取土时，各井孔内排出的泥水混合物经排泥管23汇总进入泥水分离船40的泥水箱41。泥水混合物由泥水箱41分配至两台振动筛42，经过振动筛42筛选将粒径在1mm以上的渣料分离，经泥水箱41底部设置的排泥口45排至泥驳船50。粒径小于1mm的泥水混合物排至沉淀池43中，经物理沉淀后，表层清水由泄水口44排入江中，底层渣料通过底部排泥口45转移至相邻泥驳船50中。

在另一种技术方案中，如图1所示，所述多功能驳船10设置有一对且分别位于所述沉井1对角线的两端。所述泥水分离***沿所述沉井1的两侧对称设置一对。

本发明还提供一种水中超大沉井1台阶渐进式取土下沉施工方法，如图9至14所示，沉井1台阶渐进式取土是在保留外圈井孔3部分土体的前提下，可在内圈和外圈部分井孔同时取土，同时利用盲区破土设备解除沉井1取土盲区4的土体支撑，可在确保沉井1取土下沉功效的前提下，实现沉井1的安全、可控、平稳下沉，具体包括如下步骤：

步骤一：第一阶段取土，其为内圈取土，如图11所示，通过空气吸泥机30在沉井1内圈井孔2内取土，沉井1外圈井孔3内的土体不取，取土深度根据计算确定，取土深度一般不超过2m(具体根据计算确定)，此时，沉井1在外井壁和内隔墙6土体的支撑作用下，沉井1下沉量小；

步骤二：第二阶段取土，其为外圈取土，如图12所示，通过空气吸泥机30在沉井1外圈井孔3内取土，但保留沉井1外圈井孔3内靠近外刃脚5部分土体，外圈取土深度小于内圈取土深度；台阶的宽度和深度根据沉井1状态、地质条件等综合确定，此时沉井1开始下沉；

步骤三：第三阶段取土，即盲区破土，如图13所示，通过气水同轴射流设备32盲在隔墙6及剪力键7取土盲区4内破土，使得沉井1底部泥面形成台阶型；

步骤四：第四阶段取土，即全断面取破土，如图14所示，沉井1底部泥面形成台阶型后，通过空气吸泥机30和气水同轴射流设备32同时在沉井1内圈井孔2内取土或破土，在沉井1外圈井孔3内取土，沉井1保持稳定下沉状态，直至沉井1下沉至预设深度。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (6)

1.一种水中超大沉井台阶渐进式取土下沉施工方法，其特征在于，采用水中超大沉井台阶渐进式取土下沉施工***，其包括：沉井、多功能驳船、取土平台、管线和破取土设备，所述多功能驳船位于所述沉井旁侧，所述多功能驳船上集成供水设备和供气设备，所述取土平台设置于所述沉井顶部，所述管线包括供气管和供水管，所述破取土设备设置于所述取土平台上且包括空气吸泥机、双头绞刀设备和气水同轴射流设备，其分别对应通过所述供气管和供水管连接所述供水设备和供气设备，所述空气吸泥机连接有排泥管；

所述取土平台包括轨道梁和龙门吊，所述轨道梁沿沉井顶部布设，所述轨道梁上布设有龙门吊，所述破取土设备均悬挂安装于龙门吊上；

所述供气管、供水管和排泥管均为钢管且平行并排设置，所述供气管、供水管和排泥管并排集成后设置为多个模块化单元，其通过组装安装于所述取土平台上；

包括如下步骤：

步骤一：第一阶段取土，其为内圈取土，通过空气吸泥机在沉井内圈井孔内取土，沉井外圈井孔内的土体不取，此时沉井下沉量小；

步骤二：第二阶段取土，其为外圈取土，通过空气吸泥机在沉井外圈井孔内取土，但保留沉井外圈井孔内靠近外刃脚部分土体，外圈取土深度小于内圈取土深度，此时沉井开始下沉；

步骤三：第三阶段取土，即盲区破土，通过气水同轴射流设备在隔墙及剪力键取土盲区内破土，使得沉井底部泥面形成台阶型；

步骤四：第四阶段取土，即全断面取破土，沉井底部泥面形成台阶型后，通过空气吸泥机和气水同轴射流设备同时在沉井内圈井孔内取土或破土，在沉井外圈井孔内取土，沉井保持稳定下沉状态，直至沉井下沉至预设深度。

2.如权利要求1所述的水中超大沉井台阶渐进式取土下沉施工方法，其特征在于，所述步骤一中沉井内圈井孔内取土深度不超过2m。

3.如权利要求1所述的水中超大沉井台阶渐进式取土下沉施工方法，其特征在于，所述供水设备包括多级离心泵和供水主管，所述供气设备包括空气压缩机、储气罐和供气主管，所述供水主管连通各供水管，所述空气压缩机连通所述储气罐后再通过供气主管连通各供气管。

4.如权利要求3所述的水中超大沉井台阶渐进式取土下沉施工方法，其特征在于，还包括泥水分离***，其包括泥水分离船、泥驳船和设置于泥水分离船上的泥水箱、振动筛、沉淀池，所述泥水分离船设置于沉井的外侧，所述泥水箱在所述泥水分离船上对称设置一对，所述泥水箱内设置有振动筛以将泥水振动分离，所述泥水箱底部设置排泥口连通所述泥驳船，一对泥水箱之间连通设置所述沉淀池，所述沉淀池上部设置有泄水口，所述沉淀池下部也设置有排泥口，其连通所述泥驳船。

5.如权利要求3所述的水中超大沉井台阶渐进式取土下沉施工方法，其特征在于，所述多功能驳船设置有一对且分别位于所述沉井对角线的两端。

6.如权利要求4所述的水中超大沉井台阶渐进式取土下沉施工方法，其特征在于，所述泥水分离***沿所述沉井的两侧对称设置一对。