CN111719576B - 适用于地下井筒群施工的导沉系统及地下井筒群施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种适用于地下井筒群施工的导沉系统，同时还涉及一种地下井筒群施工方法，可适用于在地下水位较高的地区修建地下工程，属于地下多桶式构筑物的建造技术领域。本发明通过导沉系统，能够较方便地控制井筒下沉，针对井筒下沉过程中的不均匀、下沉速率过快、下沉困难等难题，均得到了有效解决。本发明建造地下工程，可全部采用预制装配式构件，无现场混凝土浇筑，挖土、取土、运土过程机械化率高。本发明中的地下井筒在一次全部下沉到位后，再挖除井内土体，可克服单纯沉井施工引起的较大周围土体变形问题。本发明实施时，是多个井筒的平面组合，不是单一井筒施工，功能适用性广。

Description

适用于地下井筒群施工的导沉系统及地下井筒群施工方法

技术领域

本发明涉及一种适用于地下井筒群施工的导沉系统，同时还涉及一种地下井筒群施工方法，可适用于在地下水位较高的地区修建地下工程，属于地下多桶式构筑物的建造技术领域。

背景技术

当前，城市建设用地紧张，特别是对于已建商场、居民区、办公区、旅游区等人员密集场所，已面临无空地可用的境况。地下空间的利用和开发将解决日益严重的“城市病”。然而地下空间的开发存在相当大的技术和工程风险，地质条件复杂多变，给地下空间的建造带来相当大难度。

地下筒式结构，具有占地面积小，竖向长度大，结构小巧，便于施工等优点。多筒式地下空间结构的建造，为在现代城市营造新的“业态”提供了新的选择，进一步提高地块价值和生活舒适度，具有巨大的社会价值、经济价值，市场前景无比广阔。

对于地下工程的修建，现有技术中具有以下几种方案：

方案一：逆作法。

逆作法是当前修建地下空间结构较为先进的方法。逆作法是一种超常规的施工方法，一般是在深基础、地质复杂、地下水位高等特殊情况下采用。先沿建筑物地下室轴线或周围施工地下连续墙或其他支护结构，同时建筑物内部的有关位置浇筑或打下中间支承桩和柱，作为施工期间于底板封底之前承受上部结构自重和施工荷载的支撑。然后开挖土方至第一层地下室底面标高，并完成该层的梁板楼面结构，作为地下连续墙的水平支撑，随后逐层向下开挖土方和浇筑各层地下结构，直至底板封底。同时，由于地面一层的楼面结构已完成，为上部结构施工创造了条件，所以可以同时向上逐层进行地上结构的施工。如此地面上、地面下同时进行施工，直至工程结束。

具体地，其中的“地下连续墙”是指：在地面上采用一种挖槽机械，沿着深基坑的周边轴线，在泥浆护壁条件下，开挖出一条狭长的深槽，清槽后，在槽内吊放钢筋笼，然后用导管法灌筑水下混凝土筑成一个单元槽段，如此逐段进行，在地下筑成一道连续的钢筋混凝土墙壁，作为截水、防渗、承重、挡水结构。

采用逆作法施工地下空间的缺点为：工序较多，工期较长，造价高，需要现场浇筑构件。

方案二：沉井法。

“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。具体施工方法为：在设计位置，把预先制好的一环6m～7m长的整体井壁放入土中，然后在它的掩护下,边掘进边下沉,相应砌筑井壁。随着沉井深度的增加，井壁与井帮的摩擦阻力增加，下沉深度受到限制，一般只能下沉20m～30m。

采用沉井法施工地下空间的缺点为：如有地下水时，会带水作业，施工条件不好。沉井下挖时，一定会出现超过井底的超挖，这是沉井施工的原理,不可避免，从而引起周围土地变形大。沉井法施工易出现下沉不均匀，控制和调整姿态较为困难。

发明内容

本发明所要解决的第一个技术问题是：提供一种适用于地下井筒群施工的导沉系统，可较方便地控制井筒下沉，应用于地下井筒群施工后，能够提高施工速度和施工质量。

为解决上述技术问题本发明所采用的技术方案是：适用于地下井筒群施工的导沉系统，包括施工场地,施工场地在预沉井筒的筒心位置设置有配重墩,在预沉井筒的对应位置设置有沉箱导槽,沉箱导槽的断面形状规格与预沉井筒断面形状规格相适配,沉箱导槽内注入有加重泥浆；沉箱导槽的侧部设置有用于抽取和灌入加重泥浆的抽灌浆孔，抽灌浆孔配设有抽灌浆管；配重墩的顶端面设置有导沉装置，导沉装置包括移动架、升降千斤顶、伸缩千斤顶、活动块和受力分配块，升降千斤顶设置在配重墩的顶端面，移动架安放在升降千斤顶的顶端，由升降千斤顶的活动端进行支撑，伸缩千斤顶为沿着移动架的周向间隔布置的多件，伸缩千斤顶的固定端与移动架相连接，伸缩千斤顶的活动端通过活动块与受力分配块相连接，受力分配块远离移动架中心的一侧的端面形状与该受力分配块所在位置对应的预沉井筒内壁形状一致。

进一步的是：每件伸缩千斤顶对应设置一根顶推杆，所有的顶推杆固定连接成整体以形成移动架；每根顶推杆的下方对应设置一件升降千斤顶。

进一步的是：受力分配块的外端设置有间隔分布的顶推块，顶推块朝向预沉井筒的内壁设置。

进一步的是：预沉井筒具有一个单元筒体或者多个单元筒体，每个单元筒体对应一组导沉装置；在同一组导沉装置中，伸缩千斤顶为呈矩形分布的四件。

进一步的是：还包括控制系统，每件受力分配块均设置有用于监测其所在位置高程的无线位移传感器A，无线位移传感器A、升降千斤顶、伸缩千斤顶均与控制系统电气连接。

进一步的是：预沉井筒的内壁布置有用于监测其所在位置高程的无线位移传感器B，无线位移传感器B为沿着预沉井筒的周向间隔布置的多件，无线位移传感器B与控制系统电气连接。

进一步的是：配重墩内设置有预埋锚杆，预埋锚杆的外端沿竖向穿过移动架，并在外端布置有锚杆张拉器。

进一步的是：施工场地在待施工的地下井筒群的外周方向连续或者间隔布置有钢板桩，钢板桩的内壁兼作沉箱导槽的内壁。

进一步的是：钢板桩的打入深度位于预沉井筒的底标高以下；钢板桩顶标高处设置有顶部槽钢，顶部槽钢的槽底朝上呈水平设置，开槽向下卡设于钢板桩的顶端；沿着钢板桩的外周设置有刚性地坪和抗滑墩；钢板桩在预沉井筒的两侧布置有预应力锚索，预应力锚索的一端设置有锚固块、另一端设置有锚索张拉器，锚固块设置在一钢板桩的外侧、锚索张拉器设置在呈相对布置的另一钢板桩的外侧，锚固块与钢板桩之间、锚索张拉器与钢板桩之间分别设置有受力分配件；沉箱导槽顶端在预沉井筒的内周设置有导槽护角。

在上述导沉系统的基础上，本发明的另一目的在于：提供一种地下井筒群施工方法，有利于实现地下空间建造的产业化、自动化。

该地下井筒群施工方法包括如下步骤：

一、根据地形条件确定是否需要设置钢板桩，若需要设置钢板桩，预先施工钢板桩；

二、施工配重墩，若配重墩内设置有预埋锚杆，在配重墩的施工过程中，同时设置预埋锚杆；

三、使用成槽机开挖沉箱导槽，开挖过程中通过加重泥浆护壁；开挖深度根据预沉井筒的底标高确定；优选地，沉箱导槽的断面宽度小于或者等于其对应位置的井筒壁厚；

四、布置抽灌浆孔，向抽灌浆孔内插入抽灌浆管；

五、在配重墩安装导沉装置；

六、井筒预先分节制作好；吊装一节井筒至设计位置，卡入沉箱导槽中；在导沉装置的控制下，将井筒逐渐沉入沉箱导槽中，直至到达沉箱导槽的底部；

导沉装置的控制方法为：

步骤a,通过升降千斤顶将移动架升至指定的高处位置，伸缩千斤顶伸开，受力分配块在井筒的内部顶紧井筒；

步骤b,升降千斤顶逐渐缩回，井筒在其自重作用下，逐渐下沉；移动架随着井筒一起下沉；

步骤c,当移动架下降至指定的低处位置；伸缩千斤顶缩回，受力分配块与井筒内壁之间摩擦力减小，井筒保持原位；升降千斤顶将移动架升至指定的高处位置，伸缩千斤顶伸开，受力分配块在井筒的内部顶紧井筒；

步骤d,重复步骤b和步骤c,控制井筒下沉；进一步优选地，井筒下沉时，通过抽灌浆管对沉箱导槽内的加重泥浆液面高度进行控制，从而控制对井筒产生的浮力，进而控制井筒下沉速率；

七、当沉入一节井筒后，吊装下一节井筒，由井内工人进行拼装；

八、全部井筒导沉拼装到位后，拆除导沉装置；通过抽灌浆管对井底进行灌浆封底；然后对井内土体进行挖掘，当开挖至井筒设计标高时，进行二次封底；优选地，使用无人挖掘机对井内土体进行挖掘，配合长臂抓斗和运土车，将井内土体运至井外；

九、安装井筒底板和顶板；若设置有钢板桩，逐个拔出四周的钢板桩，然后对拔出钢板桩后的井筒群外周土体进行灌浆加固。优选地,井筒底板的安装方法为：井筒底板采用钢筋混凝土结构的预制底板，预制底板的四周设置有底板键槽，且在底板键槽位置布置有相对于预制底板外伸布置的底板连接钢筋；井筒内壁的底端位置设置有井筒键槽，且在井筒键槽内设置有预埋套筒，预埋套筒通过预埋的套筒钢筋固定设置；井筒键槽配设有键槽保护板，在井筒下沉施工时，预先通过螺钉将键槽保护板固定在井筒键槽内；在井筒下沉到位后，安装井筒底板时，先将键槽保护板拆除，再将二次钢筋拧入井筒键槽内的预埋套筒，二次钢筋的另一端与预制底板的底板连接钢筋进行搭接，采用膨胀混凝土填充底板键槽和井筒键槽之间的间隔空间，使得井筒底板相对于井筒内壁形成封闭式的安装结构，若预制底板为多件，相邻预制底板的底板连接钢筋通过二次钢筋连接成整体，并采用膨胀混凝土填充相邻预制底板在两者的底板键槽之间的间隔空间；进一步优选地，预制底板包括左侧底板和右侧底板，左侧底板的上部钢筋和右侧底板的上部钢筋为整体式结构的共用钢筋，左侧底板的下部钢筋和右侧底板的下部钢筋为分断式结构，预制底板具有运输时的第一状态和安装使用时的第二状态，预制底板处于第一状态时，上部的共用钢筋折弯成U形，使得左侧底板和右侧底板叠合；预制底板处于第二状态时，上部的共用钢筋掰直成平直状，左侧底板和右侧底板在同一安装面并排设置，左侧底板的下部钢筋和右侧底板的下部钢筋形成搭接结构。

进一步的是：导沉装置的控制方法还包括如下步骤：

步骤e,控制系统通过预先设置好的控制程序，对各传感器数据进行比对分析，从而得出井筒下沉姿态和下沉速率情况，通过控制升降千斤顶、伸缩千斤顶、锚杆千斤顶、锚索千斤顶使井筒姿态和下沉速率保持在正常状态；具体控制方法为：

当井筒一边受到的阻力较大从而下沉较慢时，控制系统使得该侧升降千斤顶缩回，对侧升降千斤顶顶起，调整井筒姿态至水平，此时井筒重心偏向阻力较大一侧，从而致使该侧分配的重力增加，从而井筒恢复整体均匀下沉；如该侧仍不能下沉，则吊取配重振动器至该侧的受力分配块上，配重振动器的自身重力与振动动能加速该侧下沉；配重振动器的结构为，包括吊钩、振动器和钢箱，吊钩固定设置在振动器的顶端，钢箱固定设置在振动器的底端，钢箱内灌注钢砂。

当井筒整体下沉困难时，升降千斤顶全部缩回，依靠井筒全部重力仍不能下沉时，则通过锚杆千斤顶启动锚杆张拉器，将井筒整体下拉，从而带动井筒下沉，同时配合配重振动器调整井筒姿态；

当加重泥浆的浮力、井筒与沉箱导槽内壁之间的摩擦力不足以抵消井筒重力，导致下沉速率过快时，则伸缩千斤顶伸出，通过受力分配块增加与井筒之间的摩擦力，从而增加下沉阻力，控制井筒下沉速率；如下沉速率仍然过快，通过锚索千斤顶拉紧锚索张拉器，调节预应力锚索的应力，从而锚固块对受力分配件施加压力，受力分配件将压力传递给钢板桩，从而增大钢板桩与井筒之间的摩擦力，控制下沉速率。

本发明的有益效果是：由地下井筒群施工过程可知，本发明通过导沉系统，能够较方便地控制井筒下沉，针对井筒下沉过程中的不均匀、下沉速率过快、下沉困难等难题，均得到了有效解决。

本发明建造地下工程，可全部采用预制装配式构件，无现场混凝土浇筑，挖土、取土、运土过程机械化率高。

传统的沉井法施工中，超前开挖会出现较大的周围土体变形。本发明中的地下井筒在一次全部下沉到位后，再挖除井内土体，可克服单纯沉井施工引起的较大周围土体变形问题。采用本发明的方法施工速度快，交叉施工少，有利于控制施工质量。

本发明通过井内土体挖掘前的灌浆封底以及井内土体挖掘后的二次封底，可实现井内无水作业，施工条件好。

本发明实施时，是多个井筒的平面组合，不是单一井筒施工，功能适用性广。

附图说明

图1本发明根据井筒群打入钢板桩后的平面图；

图2是图1的A-A立面图；

图3是本发明中的沉箱导槽开挖后的平面图；

图4是图3的B-B立面图；

图5是本发明中的井筒导沉下放实施平面示意图；

图6是图5的C-C立面图；

图7是本发明其中一组导沉装置在实施时的平面图；

图8是图7的D-D立面图；

图9是图7的E-E立面图；

图10是本发明在井内封底、抽水、挖土的平面示意图；

图11是本发明在井内封底、抽水、挖土的立面示意图；

图12是本发明在拔桩、侧壁灌浆、设备安装的平面示意图；

图13是本发明在拔桩、侧壁灌浆、设备安装的立面示意图；

图14是本发明在安装井筒底板的平面示意图；

图15是图14的F-F立面图；

图16是图14的G处大样图；

图17是图16的H-H立面图；

图18是本发明中井筒键槽与键槽保护板的装配结构示意图；

图19是本发明中预制底板处于第一状态的结构示意图；

图20是本发明中预制底板处于展开过程的结构示意图；

图中标记：1-配重墩、2-沉箱导槽、3-加重泥浆、4-抽灌浆孔、5-抽灌浆管、6-导沉装置、601-升降千斤顶、602-伸缩千斤顶、603-活动块、604-受力分配块、605-顶推杆、606-控制系统、607-无线位移传感器A、608-无线位移传感器B、609-顶推块、7-预埋锚杆、8-锚杆张拉器、9-配重振动器、901-吊钩、902-振动器、903-钢箱、10-钢板桩、11-顶部槽钢、12-刚性地坪、13-抗滑墩、14-预应力锚索、15-锚固块、16-锚索张拉器、17-受力分配件、18-导槽护角、19-独立沉箱、20-并联沉箱、21-无人挖掘机、22-长臂抓斗、23-灌浆封底结构、24-二次封底结构、25-侧壁灌浆结构、26-井筒底板、27-装配工人、28-成槽机、29-板桩监测点、30-预制底板、31-底板键槽、32-底板连接钢筋、33-井筒键槽、34-预埋套筒、35-套筒钢筋、36-二次钢筋、37-键槽保护板、38-螺钉、39-上部钢筋、40-下部钢筋、41-二次混凝土。

具体实施方式

本发明中涉及的井筒为钢制筒体结构，井筒可以是只具有一个单元筒体的独立井筒，也可以是具有多个单元筒体的并联井筒，井筒的断面形状可以是矩形，也可以是圆形或不规则形状，本发明附图中所示的为矩形井筒，通常也称之为“矩形沉箱”，包括图中所示的独立沉箱19和并联沉箱20。

下面以矩形沉箱为例，结合附图对本发明作进一步说明。

如图1～图9所示，本发明中的导沉系统包括施工场地,施工场地在预沉井筒的筒心位置设置有配重墩1,在预沉井筒的对应位置设置有沉箱导槽2,沉箱导槽2的断面形状规格与预沉井筒断面形状规格相适配,沉箱导槽2内注入有加重泥浆3；沉箱导槽2的侧部设置有用于抽取和灌入加重泥浆3的抽灌浆孔4，抽灌浆孔4配设有抽灌浆管5；配重墩1的顶端面设置有导沉装置6，导沉装置6包括移动架、升降千斤顶601、伸缩千斤顶602、活动块603和受力分配块604，升降千斤顶601设置在配重墩1的顶端面，移动架安放在升降千斤顶601的顶端，由升降千斤顶601的活动端进行支撑，伸缩千斤顶602为沿着移动架的周向间隔布置的多件，伸缩千斤顶602的固定端与移动架相连接，伸缩千斤顶602的活动端通过活动块603与受力分配块604相连接，受力分配块604远离移动架中心的一侧的端面形状与该受力分配块604所在位置对应的预沉井筒内壁形状一致。需要特别说明的是，本发明的移动架是安放在升降千斤顶601的顶端，即搁置在升降千斤顶601的顶端，两者是可分离的结构，以方便实现导沉装置6的调节控制功能。具体控制方法在后面的地下井筒群施工方法中再详细赘述。

参见图7～图9，为使得结构简单可靠，并且便于充分发挥导沉装置6的自动调节功能，在导沉装置6中，移动架的优选结构形式为：每件伸缩千斤顶602对应设置一根顶推杆605，所有的顶推杆605固定连接成整体以形成移动架；每根顶推杆605的下方对应设置一件升降千斤顶601。即升降千斤顶601和伸缩千斤顶602优选为一一对应的关系。

预沉井筒具有一个单元筒体或者多个单元筒体，每个单元筒体对应一组导沉装置6；在同一组导沉装置6中，伸缩千斤顶602可以设置多个，数量越多，则控制性能越好，但造价会增加。为使得结构简单卡考，并且易于实施，伸缩千斤顶602为呈矩形分布的四件，即：实施时，可在X轴的两个方向、Y轴的两个方向，共计四个方向布置受力分配块604。实施时，活动块603、受力分配块604、顶推杆605均可采用型钢制作。为便于传力，受力分配块604的外端设置有间隔分布的顶推块609，顶推块609朝向预沉井筒的内壁设置，实施时，通过顶推块609顶紧井筒。

由于地层土质分布的不均匀，下沉过程中沉箱各壁板受到的下沉阻力不同，从而产生不均匀下沉。为便于控制沉箱的下沉姿态和下沉速率，本发明还包括控制系统606，每件受力分配块604均设置有用于监测其所在位置高程的无线位移传感器A607，无线位移传感器A607、升降千斤顶601、伸缩千斤顶602均与控制系统606电气连接。控制系统606一般可采用伺服控制器。实施时，无线位移传感器A607将每一边的下沉标高及时反馈给伺服控制器。伺服控制器通过预先设置好的控制程序，对各传感器数据进行比对分析，从而得出沉箱下沉姿态和下沉速率情况，通过控制升降千斤顶601、伸缩千斤顶602使沉箱姿态和下沉速率保持在正常状态。例如当无线位移传感器A607传回高程参数为AAAA，则说明沉箱下沉姿态正常，如参数为ABBB,则说明A参数一侧壁板超沉或下沉困难；如下一刻传回参数为aaaa，通过两次参数的差值与时间的比值可得下沉速率。具体控制方法在后面的地下井筒群施工方法中再详细赘述。

优选地，预沉井筒的内壁布置有用于监测其所在位置高程的无线位移传感器B608，无线位移传感器B608为沿着预沉井筒的周向间隔布置的多件，无线位移传感器B608与控制系统606电气连接。实施时，通过比对无线位移传感器A607和无线位移传感器B608测得的两组数据，还可检测受力分配块604与沉箱内壁是否存在相对位移，从而更准确的判断沉箱姿态和下沉速率。

优选地，配重墩1内设置有预埋锚杆7，预埋锚杆7的外端沿竖向穿过移动架，并在外端布置有锚杆张拉器8。预埋锚杆7和锚杆张拉器8为沉箱下沉困难时的辅助设施，具体控制方法在后面的地下井筒群施工方法中再详细赘述。

优选地，施工场地在待施工的地下井筒群的外周方向连续或者间隔布置有钢板桩10，钢板桩10的内壁兼作沉箱导槽2的内壁。是否布置钢板桩10，根据地质条件确定。设置钢板桩10后，可提高沉箱导槽2的抗变形能力。在实施时，如有地下水时，钢板桩10应相互咬合并全周闭合；如无地下水时，钢板桩10则可间断布置。钢板桩10的打入深度位于预沉井筒的底标高以下，以减小井底涌水和开挖时候井筒四周土体变形。此外，还可在钢板桩10的转角处设置板桩监测点29，监测施工过程中的变形情况，该技术为基坑监测领域的成熟技术。

优选地，钢板桩10顶标高处设置有顶部槽钢11，顶部槽钢11的槽底朝上呈水平设置，开槽向下卡设于钢板桩10的顶端；顶部槽钢11可协调钢板变形，并在钢板桩10顶端创造一个水平布置的施工面，便于后期施工。

优选地，钢板桩10在预沉井筒的两侧布置有预应力锚索14，预应力锚索14的一端设置有锚固块15、另一端设置有锚索张拉器16，锚固块15设置在一钢板桩10的外侧、锚索张拉器16设置在呈相对布置的另一钢板桩10的外侧，锚固块15与钢板桩10之间、锚索张拉器16与钢板桩10之间分别设置有受力分配件17，受力分配件17可采用型钢制作；当沉箱下沉过快时，可启动锚索张拉器16作为应急措施，具体控制方法在后面的地下井筒群施工方法中再详细赘述。

优选地，沉箱导槽2顶端在预沉井筒的内周设置有导槽护角18；沿着钢板桩10的外周设置有刚性地坪12和抗滑墩13；有利于施工设备移动并减小施工期井筒顶部位移。

在上述导沉系统的基础上，本发明同时提供了一种地下井筒群施工方法，如图1～图13所示，该地下井筒群施工方法包括如下步骤：

一、根据地形条件确定是否需要设置钢板桩10，若需要设置钢板桩10，预先施工钢板桩10；

二、施工配重墩1，若配重墩1内设置有预埋锚杆7，在配重墩1的施工过程中，同时设置预埋锚杆7；

三、使用成槽机28开挖沉箱导槽2，开挖过程中通过加重泥浆3护壁；具体方法为，随着槽开挖深度的增加，在槽内注入加重泥浆3，泥浆液面略低于槽口标高以维护槽壁的稳定；开挖深度根据预沉井筒的底标高确定；优选地，沉箱导槽2的断面宽度小于或者等于其对应位置的井筒壁厚，可减小井筒下沉偏移；

四、布置抽灌浆孔4，向抽灌浆孔4内插入抽灌浆管5；优选地，在井筒四周的每一条槽线上分别设置一个抽灌浆孔4；

五、在配重墩1安装导沉装置6；

六、井筒预先分节制作好；吊装一节井筒至设计位置，卡入沉箱导槽2中；在导沉装置6的控制下，将井筒逐渐沉入沉箱导槽2中，直至到达沉箱导槽2的底部；

导沉装置6的控制方法为：

步骤a,通过升降千斤顶601将移动架升至指定的高处位置，伸缩千斤顶602伸开，受力分配块604在井筒的内部顶紧井筒；

步骤b,升降千斤顶601逐渐缩回，井筒在其自重作用下，逐渐下沉；移动架随着井筒一起下沉；

步骤c,当移动架下降至指定的低处位置；伸缩千斤顶602缩回，受力分配块604与井筒内壁之间摩擦力减小，井筒保持原位；升降千斤顶601将移动架升至指定的高处位置，伸缩千斤顶602伸开，受力分配块604在井筒的内部顶紧井筒；

步骤d,重复步骤b和步骤c,控制井筒下沉；进一步优选地，井筒下沉时，通过抽灌浆管5对沉箱导槽2内的加重泥浆3液面高度进行控制，从而控制对井筒产生的浮力，进而控制井筒下沉速率；实施时，沉箱导槽2注入加重泥浆3前，预先测算所需浮力，调整加重泥浆3的配比，从而控制加重泥浆3重度。

优选地，导沉装置6的控制方法还包括如下步骤：

步骤e,控制系统606通过预先设置好的控制程序，对各传感器数据进行比对分析，从而得出井筒下沉姿态和下沉速率情况，通过控制升降千斤顶601、伸缩千斤顶602、锚杆千斤顶、锚索千斤顶使井筒姿态和下沉速率保持在正常状态；具体控制方法为：

当井筒一边受到的阻力较大从而下沉较慢时，控制系统606使得该侧升降千斤顶601缩回，对侧升降千斤顶601顶起，调整井筒姿态至水平，此时井筒重心偏向阻力较大一侧，从而致使该侧分配的重力增加，从而井筒恢复整体均匀下沉；如该侧仍不能下沉，则吊取配重振动器9至该侧的受力分配块604上，配重振动器9的自身重力与振动动能加速该侧下沉；配重振动器9的结构为，包括吊钩901、振动器902和钢箱903，吊钩901固定设置在振动器902的顶端，钢箱903固定设置在振动器902的底端，钢箱903内灌注钢砂。

当井筒整体下沉困难时，升降千斤顶601全部缩回，依靠井筒全部重力仍不能下沉时，则通过锚杆千斤顶启动锚杆张拉器8，将井筒整体下拉，从而带动井筒下沉，同时配合配重振动器9调整井筒姿态；

当加重泥浆3的浮力、井筒与沉箱导槽2内壁之间的摩擦力不足以抵消井筒重力，导致下沉速率过快时，则伸缩千斤顶602伸出，通过受力分配块604增加与井筒之间的摩擦力，从而增加下沉阻力，控制井筒下沉速率；如下沉速率仍然过快，通过锚索千斤顶拉紧锚索张拉器16，调节预应力锚索14的应力，从而锚固块15对受力分配件17施加压力，受力分配件17将压力传递给钢板桩10，从而增大钢板桩10与井筒之间的摩擦力，控制下沉速率。

七、当沉入一节井筒后，吊装下一节井筒，由井内工人进行拼装；

八、全部井筒导沉拼装到位后，拆除导沉装置6；通过抽灌浆管5对井底进行灌浆封底，坚实地基、减小土体渗透系数；然后对井内土体进行挖掘，当开挖至井筒设计标高时，进行二次封底；优选地，使用无人挖掘机对井内土体进行挖掘，配合长臂抓斗和运土车，将井内土体运至井外；当开挖至地下水位线时，可通过抽灌浆管5抽取井内地下水，加快挖土速度。

九、安装井筒底板和顶板；若设置有钢板桩10，逐个拔出四周的钢板桩10；然后对拔出钢板桩10后的井筒群外周土体进行灌浆加固。

如图14～图20所示，优选地,井筒底板26的安装方法为：井筒底板26采用钢筋混凝土结构的预制底板30，预制底板30的四周设置有底板键槽31，且在底板键槽31位置布置有相对于预制底板30外伸布置的底板连接钢筋32；井筒内壁的底端位置设置有井筒键槽33，且在井筒键槽33内设置有预埋套筒34，预埋套筒34通过预埋的套筒钢筋35固定设置；在井筒下沉时，为保护井筒键槽33不受损坏，井筒键槽33配设有键槽保护板37，在井筒下沉施工时，预先通过螺钉38将键槽保护板37固定在井筒键槽33内；在井筒下沉到位后，安装井筒底板26时，先将键槽保护板37拆除，再将二次钢筋36拧入井筒键槽33内的预埋套筒34，二次钢筋36的另一端与预制底板30的底板连接钢筋32进行搭接，采用膨胀混凝土填充底板键槽31和井筒键槽33之间的间隔空间，使得井筒底板26相对于井筒内壁形成封闭式的安装结构，若预制底板30为多件，相邻预制底板30的底板连接钢筋32通过二次钢筋36连接成整体，并采用膨胀混凝土填充相邻预制底板30在两者的底板键槽31之间的间隔空间。井筒底板26采用预制装配式构件，有利于产业化生产，并提高施工效率。膨胀混凝土一般选用高强混凝土，高强混凝土是指强度等级为C60以上的混凝土。

进一步优选地是，预制底板30包括左侧底板和右侧底板，左侧底板的上部钢筋和右侧底板的上部钢筋为整体式结构的共用钢筋，左侧底板的下部钢筋和右侧底板的下部钢筋为分断式结构，预制底板30具有运输时的第一状态和安装使用时的第二状态，预制底板30处于第一状态时，上部的共用钢筋折弯成U形，使得左侧底板和右侧底板叠合，这样可以方便运输；预制底板30处于第二状态时，上部的共用钢筋掰直成平直状，左侧底板和右侧底板在同一安装面并排设置，左侧底板的下部钢筋和右侧底板的下部钢筋形成搭接结构。在安装预制底板30时，先将二次钢筋36拧入井筒键槽33内的预埋套筒34，二次钢筋36的另一端与预制底板30的底板连接钢筋32进行搭接后，采用膨胀混凝土填充底板键槽31和井筒键槽33之间的间隔空间的同时，左侧底板和右侧底板之间的间隔空间也采用膨胀混凝土填充，最终使得井筒底板26相对于井筒内壁形成封闭式的安装结构。相对于完全采用二次钢筋36来连接相邻预制底板30的结构，上述的左侧底板和右侧底板组合方式，具有实施更方便，整体结构性能更好的优点。

Claims (10)

1.适用于地下井筒群施工的导沉系统，包括施工场地,其特征在于：施工场地在预沉井筒的筒心位置设置有配重墩（1）, 在预沉井筒的对应位置设置有沉箱导槽（2）, 沉箱导槽（2）的断面形状规格与预沉井筒断面形状规格相适配,沉箱导槽（2）内注入有加重泥浆（3）；沉箱导槽（2）的侧部设置有用于抽取和灌入加重泥浆（3）的抽灌浆孔（4），抽灌浆孔（4）配设有抽灌浆管（5）；配重墩（1）的顶端面设置有导沉装置（6），导沉装置（6）包括移动架、升降千斤顶（601）、伸缩千斤顶（602）、活动块（603）和受力分配块（604），升降千斤顶（601）设置在配重墩（1）的顶端面，移动架安放在升降千斤顶（601）的顶端，由升降千斤顶（601）的活动端进行支撑，伸缩千斤顶（602）为沿着移动架的周向间隔布置的多件，伸缩千斤顶（602）的固定端与移动架相连接，伸缩千斤顶（602）的活动端通过活动块（603）与受力分配块（604）相连接，受力分配块（604）远离移动架中心的一侧的端面形状与该受力分配块（604）所在位置对应的预沉井筒内壁形状一致。

2.如权利要求1所述的适用于地下井筒群施工的导沉系统，其特征在于：每件伸缩千斤顶（602）对应设置一根顶推杆（605），所有的顶推杆（605）固定连接成整体以形成移动架；每根顶推杆（605）的下方对应设置一件升降千斤顶（601）；受力分配块（604）的外端设置有间隔分布的顶推块（609），顶推块（609）朝向预沉井筒的内壁设置。

3.如权利要求1所述的适用于地下井筒群施工的导沉系统，其特征在于：预沉井筒具有一个单元筒体或者多个单元筒体，每个单元筒体对应一组导沉装置（6）；在同一组导沉装置（6）中，伸缩千斤顶（602）为呈矩形分布的四件。

4.如权利要求1至3任意一项所述的适用于地下井筒群施工的导沉系统，其特征在于：还包括控制系统（606），每件受力分配块（604）均设置有用于监测其所在位置高程的无线位移传感器A（607），无线位移传感器A（607）、升降千斤顶（601）、伸缩千斤顶（602）均与控制系统（606）电气连接。

5.如权利要求4所述的适用于地下井筒群施工的导沉系统，其特征在于：预沉井筒的内壁布置有用于监测其所在位置高程的无线位移传感器B（608），无线位移传感器B（608）为沿着预沉井筒的周向间隔布置的多件，无线位移传感器B（608）与控制系统（606）电气连接。

6.如权利要求1至3任意一项所述的适用于地下井筒群施工的导沉系统，其特征在于：配重墩（1）内设置有预埋锚杆（7），预埋锚杆（7）的外端沿竖向穿过移动架，并在外端布置有锚杆张拉器（8）。

7.如权利要求1至3任意一项所述的适用于地下井筒群施工的导沉系统，其特征在于：施工场地在待施工的地下井筒群的外周方向连续或者间隔布置有钢板桩（10），钢板桩（10）的内壁兼作沉箱导槽（2）的内壁。

8.如权利要求7所述的适用于地下井筒群施工的导沉系统，其特征在于：钢板桩（10）的打入深度位于预沉井筒的底标高以下；钢板桩（10）顶标高处设置有顶部槽钢（11），顶部槽钢（11）的槽底朝上呈水平设置，开槽向下卡设于钢板桩（10）的顶端；沿着钢板桩（10）的外周设置有刚性地坪（12）和抗滑墩（13）；钢板桩（10）在预沉井筒的两侧布置有预应力锚索（14），预应力锚索（14）的一端设置有锚固块（15）、另一端设置有锚索张拉器（16），锚固块（15）设置在一钢板桩（10）的外侧、锚索张拉器（16）设置在呈相对布置的另一钢板桩（10）的外侧，锚固块（15）与钢板桩（10）之间、锚索张拉器（16）与钢板桩（10）之间分别设置有受力分配件（17）；沉箱导槽（2）顶端在预沉井筒的内周设置有导槽护角（18）。

9.地下井筒群施工方法，其特征在于：采用如权利要求1至8中任一项所述的适用于地下井筒群施工的导沉系统，包括如下步骤：

一、根据地形条件确定是否需要设置钢板桩（10），若需要设置钢板桩（10），预先施工钢板桩（10）；

二、施工配重墩（1），若配重墩（1）内设置有预埋锚杆（7），在配重墩（1）的施工过程中，同时设置预埋锚杆（7）；

三、使用成槽机（28）开挖沉箱导槽（2），开挖过程中通过加重泥浆（3）护壁；开挖深度根据预沉井筒的底标高确定；沉箱导槽（2）的断面宽度小于或者等于其对应位置的井筒壁厚；

四、布置抽灌浆孔（4），向抽灌浆孔（4）内插入抽灌浆管（5）；

五、在配重墩（1）安装导沉装置（6）；

六、井筒预先分节制作好；吊装一节井筒至设计位置，卡入沉箱导槽（2）中；在导沉装置（6）的控制下，将井筒逐渐沉入沉箱导槽（2）中，直至到达沉箱导槽（2）的底部；

导沉装置（6）的控制方法为：

步骤a, 通过升降千斤顶（601）将移动架升至指定的高处位置，伸缩千斤顶（602）伸开，受力分配块（604）在井筒的内部顶紧井筒；

步骤b,升降千斤顶（601）逐渐缩回，井筒在其自重作用下，逐渐下沉；移动架随着井筒一起下沉；

步骤c,当移动架下降至指定的低处位置；伸缩千斤顶（602）缩回，受力分配块（604）与井筒内壁之间摩擦力减小，井筒保持原位；升降千斤顶（601）将移动架升至指定的高处位置，伸缩千斤顶（602）伸开，受力分配块（604）在井筒的内部顶紧井筒；

步骤d,重复步骤b和步骤c,控制井筒下沉；井筒下沉时，通过抽灌浆管（5）对沉箱导槽（2）内的加重泥浆（3）液面高度进行控制，从而控制对井筒产生的浮力，进而控制井筒下沉速率；

七、当沉入一节井筒后，吊装下一节井筒，由井内工人进行拼装；

八、全部井筒导沉拼装到位后，拆除导沉装置（6）；通过抽灌浆管（5）对井底进行灌浆封底；然后对井内土体进行挖掘，当开挖至井筒设计标高时，进行二次封底；使用无人挖掘机（21）对井内土体进行挖掘，配合长臂抓斗（22）和运土车，将井内土体运至井外；

九、安装井筒底板（26）和顶板；若设置有钢板桩（10），逐个拔出四周的钢板桩（10），然后对拔出钢板桩（10）后的井筒群外周土体进行灌浆加固；井筒底板（26）的安装方法为：井筒底板（26）采用钢筋混凝土结构的预制底板（30），预制底板（30）的四周设置有底板键槽（31），且在底板键槽（31）位置布置有相对于预制底板（30）外伸布置的底板连接钢筋（32）；井筒内壁的底端位置设置有井筒键槽（33），且在井筒键槽（33）内设置有预埋套筒（34），预埋套筒（34）通过预埋的套筒钢筋（35）固定设置；井筒键槽（33）配设有键槽保护板（37），在井筒下沉施工时，预先通过螺钉（38）将键槽保护板（37）固定在井筒键槽（33）内；在井筒下沉到位后，安装井筒底板（26）时，先将键槽保护板（37）拆除，再将二次钢筋（36）拧入井筒键槽（33）内的预埋套筒（34），二次钢筋（36）的另一端与预制底板（30）的底板连接钢筋（32）进行搭接，采用膨胀混凝土填充底板键槽（31）和井筒键槽（33）之间的间隔空间，使得井筒底板（26）相对于井筒内壁形成封闭式的安装结构，若预制底板（30）为多件，相邻预制底板（30）的底板连接钢筋（32）通过二次钢筋（36）连接成整体，并采用膨胀混凝土填充相邻预制底板（30）在两者的底板键槽（31）之间的间隔空间；预制底板（30）包括左侧底板和右侧底板，左侧底板的上部钢筋和右侧底板的上部钢筋为整体式结构的共用钢筋，左侧底板的下部钢筋和右侧底板的下部钢筋为分断式结构，预制底板（30）具有运输时的第一状态和安装使用时的第二状态，预制底板（30）处于第一状态时，上部的共用钢筋折弯成U形，使得左侧底板和右侧底板叠合；预制底板（30）处于第二状态时，上部的共用钢筋掰直成平直状，左侧底板和右侧底板在同一安装面并排设置，左侧底板的下部钢筋和右侧底板的下部钢筋形成搭接结构。

10.如权利要求9所述的地下井筒群施工方法，其特征在于，导沉装置（6）的控制方法还包括如下步骤：

步骤e,控制系统（606）通过预先设置好的控制程序，对各传感器数据进行比对分析，从而得出井筒下沉姿态和下沉速率情况，通过控制升降千斤顶（601）、伸缩千斤顶（602）、锚杆千斤顶、锚索千斤顶使井筒姿态和下沉速率保持在正常状态；具体控制方法为：

当井筒一边受到的阻力较大从而下沉较慢时，控制系统（606）使得该侧升降千斤顶（601）缩回，对侧升降千斤顶（601）顶起，调整井筒姿态至水平，此时井筒重心偏向阻力较大一侧，从而致使该侧分配的重力增加，从而井筒恢复整体均匀下沉；如该侧仍不能下沉，则吊取配重振动器（9）至该侧的受力分配块（604）上，配重振动器（9）的自身重力与振动动能加速该侧下沉；配重振动器（9）的结构为，包括吊钩（901）、振动器（902）和钢箱（903），吊钩（901）固定设置在振动器（902）的顶端，钢箱（903）固定设置在振动器（902）的底端，钢箱（903）内灌注钢砂；

当井筒整体下沉困难时，升降千斤顶（601）全部缩回，依靠井筒全部重力仍不能下沉时，则通过锚杆千斤顶启动锚杆张拉器（8），将井筒整体下拉，从而带动井筒下沉，同时配合配重振动器（9）调整井筒姿态；

当加重泥浆（3）的浮力、井筒与沉箱导槽（2）内壁之间的摩擦力不足以抵消井筒重力，导致下沉速率过快时，则伸缩千斤顶（602）伸出，通过受力分配块（604）增加与井筒之间的摩擦力，从而增加下沉阻力，控制井筒下沉速率；如下沉速率仍然过快，通过锚索千斤顶拉紧锚索张拉器（16），调节预应力锚索（14）的应力，从而锚固块（15）对受力分配件（17）施加压力，受力分配件（17）将压力传递给钢板桩（10），从而增大钢板桩（10）与井筒之间的摩擦力，控制下沉速率。