[发明专利]一种富水地层预设顶管门洞的永久性圆形工作井及其施工方法

说明书

本发明提供了一种富水地层预设顶管门洞的永久性圆形工作井及其施工方法。本发明具体包括如下步骤：（一）圆形工作井的功能需求设计；（二）圆形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)圆形工作井封底；（六）进入圆形工作井的爬梯安装；(七)接缝渗漏治理；(八)洞口止水压板安装；(九)预设门洞顶部夹心砼板墙提升；(十)顶管顶进施工；(十一)井内管道连通、阀门安装等相关工作实施及验收；(十二)临时临边防护拆除，圆形工作井顶部盖板、检查井安装及防水施工。本发明构建的结构体系功能明确、安全快捷、设计灵巧等诸多优点，尤其是克服了顶管穿透井壁过程中的突发涌水涌砂安全隐患，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。

技术领域

本发明属于水利、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的永久性圆形工作井及其施工方法。

背景技术

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。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。

发明内容

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，本发明提供了一种富水地层预设顶管门洞的永久性圆形工作井及其设计施工方法。本发明是从富水地层建造圆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与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。利用本发明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圆形工作井建造，井内作业完毕后，增加工作井顶部盖板及防水处理，作为水利、市政、热力、通讯等地下管道的非开挖施工所需的圆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，可做永久性工作井使用。

本发明的技术方案具体为：

一种富水地层预设顶管门洞的永久性圆形工作井的施工方法，包括以下步骤，

（一）圆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）圆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，获取最优圆形工作井支护结构组成，然后进行绘图，完成圆形工作井功能需求的设计工作；