高富水黄土砂卵石地层变压管井中井施工方法与流程

本发明涉及一种高富水黄土砂卵石地层变压管井中井施工方法。

背景技术：

“井中井”是指在沉井中二次制作的检查井。传统市政道路“井中井”施工是沉井中砌筑烧结砖或浇筑钢筋混凝土井，并完成井周回填。但是在高富水黄土-砂卵石区变压管(由于下游出口污水处理厂长期非正常运行，导致管内产生水头压力变化)深井(＞10m)沉井中制作检查井受常规机头顶进困难对地层扰动大，检查井井筒两种材料密封性能差和管内水头差发生不定期变化等问题影响，导致井筒、管身与管口接头处，受冲击易产生缝隙，在内外不均衡水压作用下，引起管外深层砂土掏空，黄土沉陷，从而后期路面产生不均匀沉降。

由于地域土层的特点，以及大管径污、污水管(1.5-3.0m)沉井结构一般比较大，不能直接作为检查井使用。缺少一种在高富水黄土砂卵石地层总的变压管井中井施工方法。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供一种工艺合理、施工方便的高富水黄土砂卵石地层变压管井中井施工方法。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种高富水黄土砂卵石地层变压管井中井施工方法，包括以下步骤：

a)沉井施工

在预定位置开挖沉孔，沉孔的深度超过主管道的预定深度；

在沉孔下部井筒四壁和底壁上根据施工图制作钢筋混凝土沉井，沉井采用不排水封底，沉井采用多次制作和下沉，沉井两侧侧壁预留有主管道通过的洞口；

b)顶管施工

依次将主管道的管节吊装至沉井内，通过顶进设备将两节主管道的管节分别从沉井的洞口顶出，两节主管道的管节之间具有间隙；

c)测量定位

根据图纸中检查井的中心坐标，通过沉井的结构尺寸及布置方式，推算出沉井四角的坐标；

d)检查井下部井筒施工

现场分步施工，第一步施工井室底板，第二步施工井室井壁，第三次施工钢筋混凝土井筒；

将沉井的底板凿毛，再浇筑检查井的底板混凝土，在浇筑底板混凝土时预埋井壁钢筋；

检查井壁施工前，根据沉井和检查井之间的距离截取管道，在两侧明接管道，并浇筑基础，同时将管道外壁凿毛，然后加工模板及钢筋，井室井壁上端面预埋井筒的钢筋；

井筒为方形井筒，自下而上搭设支架，提供操作人员的工作平台，管道穿越井壁处用油麻沥青砂填实，迎水面用聚硫密封膏封堵；

e)检查井下部井筒四周回填

井四周回填采用水坠砂现场的砂回填，带回填面不再有细微气泡冒出时，可以停止注水；

现场水坠砂完成后，及时到现场环刀取样，用天平和微波炉烘干法得到相关数据，测出压实度；

井筒外部平台可将井室部分的四周土提前回填一定高度，回填至支管高程后，安装支管，支管回填时做好成品保护；

f)检查井上部井筒施工及回填

检查井的上部井筒结构为砖砌体，钢筋混凝土井筒完成后，回填至钢筋混凝土井筒顶部；

g)道路路基、底基层施工

因检查井在道路的路基范围内，当沉井回填至道路路床顶面后，沉井内的路基回填，与整体道路的基层一同施工；

h)液浆的制备及注浆加固

钻孔平面位置与沉井内、外处软弱薄弱部位的平面位置应一致，且选取多点布置注浆孔，点与点间距≤1.0m；

成孔采用螺旋钻回转钻机，成孔直径70mm～110mm，垂直度允许偏差为±1％，孔深自路基至顶管管道或软弱薄弱部位；

将水泥：水玻璃：水按质量比例1：0.1：1配比为双液浆，使用前双浆液均匀拌合并经过筛网过滤；

双浆液通过注浆管灌注，灌注前应用水泥砂浆封闭注浆管外侧与孔口之间的空隙，待封闭泥浆凝固后，捅去注浆管的活络堵头，注入压力0.4mpa，注浆过程中双浆液不停缓慢搅拌，搅拌时间小于初凝时间，注浆的流量在5～10l/min，水温控制在0℃～30℃之间，双浆液的初凝时间55min；

i)养护和检查验收

对注浆完成区域采用封闭交通管理，禁止周围大型机械、振动机械通行施工；

注浆结束28天后进行检验，选用标准贯入方法进行检测，注浆检验点为注浆孔数的3％，合格率小于80％时，实施重复注浆。

作为本方法的优选，所述步骤d)检查井下部井筒施工，下部井筒一次浇筑高度3m左右，大于3m的可分节施工。

作为本方法的优选，所述步骤e)中检查井上部井筒施工，井筒内外井壁采用1:2水泥砂浆加5％防水剂抹面厚20mm。

作为本方法的优选，所述步骤h)液浆的制备及注浆加固，制备水泥浆中搅拌时间应大于2min，水灰比控制在0.8～1，然后根据泥浆搅拌桶的容积向搅拌桶内掺入定量的水玻璃溶液并搅拌均匀，水玻璃和水泥浆的体积比控制在0.5～0.8之间。

作为本方法的优选，所述步骤h)液浆的制备及注浆加固，根据沉井面积，采用梅花型布置注浆孔，孔深自路基至管节，采用螺旋钻回转钻进，成孔直径70mm～110mm，垂直度允许偏差为±1％。

作为本方法的优选，预制沉井盖板，沉井盖板上预留有检查井顶部的通孔，在h)液浆的制备及注浆加固后，沉井盖板盖在沉井上侧。

作为本方法的优选，所述步骤h)中注浆管分为若干第一注浆管和若干第二注浆管，若干第一注浆管分为两组，两组第一注浆管与两侧管节对应，每组第一注浆管下端伸至处于沉井内侧和外侧的管节上侧；若干第二注浆管下端伸至检查井上部井筒与下部井筒连接处的四周。

采用这样的方法后，采用顶管技术能够在不影响地面设施的前提下，开展管道铺设，避免了作业面对地上建筑物或构筑物的直接影响，通过主动注浆加固措施，最大程度的降低了地面发生沉降的可能性。

在确保沉井质量和检查沉井底板质量后，开始根据管道的位置支模板绑钢筋，浇筑下部混凝土检查井井室，当下部井室完成后，完成上部井室砌筑。下部沉井与检查井之间回填材料选用原中粗砂，分层(20cm)采用水坠砂插入式振捣棒夯打法回填，沉井内设土工布包裹的无砂滤水管抽排水，形成水流循环，砂密实度需达到密实的要求；上部沉井与检查井之间采用3:7灰土均匀回填井四周。

在路基和底基层完成后，通过螺旋钻机出土留孔，高程和坐标控制，将定向注浆管出口安置在施工的砖砌体与混凝土顶板结合处、沉井预留的洞口和管道的薄弱处和沉井与检查井之间管道处，并通过压力注浆要让双浆液在周围土体中通过注浆管将能强力固化的浆液注入地层中，浆液以充填、渗透、挤密和劈裂等方式，挤走土颗粒中的水分和空气后占据其位置，浆液固结后将原来松散的土粒或裂隙胶结成一个整体，通过渗透、充填、压密扩展形成包裹体。

由于地层中砂砾层和中、粗砂具均有孔隙，通过钻孔向土层中加压灌入一定浆液，注浆口周围土体被挤压充填，形成塑性包裹区，离浆体较远的土体则发生弹性变形，注浆口周围土体的整个密度得到提高。这种包裹体与压密的地基土形成结合体，共同起到迅速加固补强、填充空洞裂隙、封堵水力冲击导致的裂隙的作用。

在上、下井筒部位分材料密实回填和薄弱处注浆补强的共同作用下，克服了薄弱部位因“水锤效应”、内外不均衡水压、路面荷载作用下，造成井周路面塌陷等问题。

本高富水黄土砂卵石地层变压管井中井施工方法优点为：缩短了检查井和管道施工工期，在减少顶进扰动的情况下，还避免了对地上建筑物直接影响，最大程度的降低了地面发生沉降的可能性。为道路提前贯通提供了保证，同时工程总体质量大大提高，为今后国内类似工程的实施提供了大量的很好借鉴，产生了显著的社会效益。

附图说明

图1是本高富水黄土砂卵石地层变压管井中井施工方法实施例的立面示意图。

图2是本高富水黄土砂卵石地层变压管井中井施工方法实施例的工艺流程见图。

具体实施方式

如图1至2所示

以沣西新城市政道路顶管井中井施工为例，此地，上部地质为高富水黄土层，下部地质为砂卵石地层，本高富水黄土砂卵石地层变压管井中井施工方法，包括以下步骤：

a)沉井施工

在预定位置开挖沉孔，沉孔的深度超过主管道的预定深度；

在沉孔下部井筒四壁和底壁上根据施工图制作钢筋混凝土沉井2，沉井2采用不排水封底，沉井2采用多次制作和下沉，沉井2两侧侧壁预留有主管道通过的洞口；

混凝土浇筑前，对模板尺寸、预埋件位置、模板的密封性进行检验，拆模后符合要求后下沉，现场过程中对现场偏差做过程控制检查。

b)顶管施工

依次将主管道的管节11吊装至沉井2内，通过导轨安装，后背墙制作，顶进设备安装，顶管机头就位，机头入洞，安放管节11与顶铁，顶进与纠偏，通过顶进设备将两节主管道的管节11分别从沉井2的洞口顶出，两节主管道的管节11之间具有一定距离，顶进作业时，通过地面顶进主控台观察顶管顶进时的偏移情况，防止机头左右摆动，加大对砂卵石层的扰动，在管壁外形成更大的空洞，距接收井还有5m时控制机头出洞速度、洞口中轴线，缓慢将机头顶入接收井内，用汽车吊吊出顶管机头，顶管继续顶进至预定位置。

c)测量定位

根据图纸中检查井的中心坐标，通过沉井2的结构尺寸及布置方式，推算出沉井2四角的坐标，采用墨斗放线，在现场放出坐标点，用木桩标示。

d)检查井下部井筒33施工

根据设计的检查井的结构形式，现场分步施工，第一步施工井室底板34，第二步施工井室井壁及顶板，第三次施工钢筋混凝土井筒；

顶管结束后，清理沉井2内的杂物与淤泥，将检查井井室下方的沉井2的底板凿毛，再浇筑检查井的底板混凝土，在浇筑检查井底板34混凝土时预埋井壁钢筋，需要植筋施工的，植筋后做抗拔试验；

检查井壁施工前，根据沉井2和检查井之间的距离截取管道，在两侧明接管道，并浇筑基础，同时将管道外壁凿毛，然后加工模板及钢筋，预埋爬梯，采用汽车吊垂直运输所需材料，浇筑混凝土时采用泵车输送，振动棒振捣，溜槽混凝土同井壁一起浇筑，顶板上预埋井筒的钢筋；

检查井下部井筒33井筒为1m*1m的方形井筒，下部井筒33一次浇筑高度3m左右，大于3m的可分节施工，检查井的井筒的施工时，主要难度是内模板的安装空间受限，井筒内只能单人作业，通过在井室洞口处预埋钢筋，自下而上搭设支架，提供操作人员的工作平台，管道穿越井壁处用油麻沥青砂填实，缝宽50mm，迎水面用聚硫密封膏封堵。

e)检查井下部井筒33周回填

井四周回填采用水坠砂现场的砂回填(即沉井回填区52)，采用汽车吊运土，人工找平回填，每层厚度不大于30厘米(虚铺厚度)，在检查井外壁标识标高，注水高出填土高度的20cm,，保持水头，目测水面下沉缓慢，带回填面不再有细微气泡冒出时，可以停止注水；

现场水坠砂完成后，及时到现场环刀取样，用天平和微波炉烘干法得到相关数据，测出压实度，具体为：

井下部井筒33外部同时回填中粗砂，每层回填厚度不大于20cm，在检查井外壁标识标高，注水高出填土高度的20cm，保持水头，目测水面下沉缓慢，带回填面不再有细微气泡冒出时，可以停止注水，注水过程中采用插入式振捣棒夯打，沉井内设土工布包裹的无砂滤水管抽排水，形成水流循环，砂密实度需达到密实的要求，及时到现场环刀取样，用天平和微波炉烘干法得到相关数据，测出压实度；

井筒外部平台可将井室部分的四周土提前回填一定高度，回填至支管35高程后，安装支管35，支管35回填时做好成品保护。

f)检查井上部井筒32施工及回填

检查井上部井筒32结构为砖砌体，检查井的井筒完成后，检查井上部井筒32内外井壁采用1:2水泥砂浆加5％防水剂抹面厚20mm，检查井顶部设有上盖31；

砖砌检查井的四周回填采用3:7灰土均匀回填井四周，然后用小型打夯机夯实，分层回填，分层夯实，每层回填虚铺厚度不大于15cm。

g)道路路基、底基层施工

再回填检查井上部井筒四周(即路基回填区51)，因检查井在道路的路基范围内，当回填至道路路床顶面后，沉井2内的路基回填，与整体道路的基层一同施工。

h)液浆的制备及注浆加固

考虑到双液浆具有凝固时间较快的特点，需现场测定浆液的初、终凝时间以保证浆液自制备至用完的时间不超过其初凝时间,水玻璃用密闭容器储存，将水泥：水玻璃：水按质量比例1：0.1：1配比制得双液浆，现场设置可移动的钢制拌桨桶配制浆液，桶容量≥800l，使用前双浆液均匀拌合并经过筛网过滤。

钻孔平面位置与沉井2内、外处软弱薄弱部位的平面位置应一致，且选取多点布置注浆孔，点与点间距≤1.0m。

成孔采用螺旋钻回转钻机，成孔直径70mm～110mm，垂直度允许偏差为±1％，孔深自路基至顶管管道或软弱薄弱部位。

双浆液通过孔径为50mm的注浆管灌注，灌注前应用水泥砂浆封闭注浆管外侧与孔口之间的空隙，待封闭泥浆凝固后，捅去注浆管的活络堵头，注入压力0.4mpa，注浆过程中双浆液不停缓慢搅拌，搅拌时间小于初凝时间，注浆的流量在5～10l/min，水温控制在0℃～30℃之间，双浆液的初凝时间55min；

当达到终孔要求时，注浆钻孔内填入碎石砾料并补充水泥～水玻璃浆液使之形成微型桩体，孔口采用冷补料恢复。

注浆管分为多根第一注浆管41和多根第二注浆管42，多根第一注浆管41分为两组，两组第一注浆管41与两侧管节11对应，每组第一注浆管41下端伸至处于沉井2内侧和外侧的管节11上侧；多根第二注浆管42下端伸至检查井上部井筒32与检查井下部井筒33连接处的四周。

注浆钻孔内填入碎石砾料并补充水泥/水玻璃浆液使之形成微型包裹体，孔口采用冷补料恢复。

预制沉井盖板21，沉井盖板21上预留有检查井顶部的通孔，在h)液浆的制备及注浆加固后，沉井盖板21盖在沉井2上侧。

i)养护和检查验收

对注浆完成区域采用封闭交通管理，禁止周围大型机械、振动机械通行施工。

注浆结束28天后进行检验，选用标准贯入方法进行检测；注浆检验点为注浆孔数的3％，合格率小于80％时，实施重复注浆。

本高富水黄土砂卵石地层变压管井中井施工方法施工方便、安全可靠，沉井作为施工检查井工作面，可以有效减少后期施工过程降水量，使管道工程和“井中井”施工可以在干法条件下作业，保证了施工过程操作人员安全，提高了“井中井”的施工质量。

另外，本高富水黄土砂卵石地层变压管井中井施工方法封闭质量好、提高薄弱处结构耐久性，在井身、管身与管口接头等应力最大部位进行双液注浆，对产生疲劳缝隙薄弱处进行充分包裹、加固补强，确保即使下游污水处理厂长期非正常运行，管身受交替升降的水击压力、管道震动，管壁和检查井井身也不会产生裂缝而导致井外水、砂内渗，从而造成井周排水体系崩溃，引起深层砂土掏空、黄土沉陷、井周路面塌陷。

以上所述的仅是本发明的一种实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干变型和改进，这些也应视为属于本发明的保护范围。

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