【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于市政工程非开挖施工，具体涉及一种可应用于复杂环境的圆端形顶管井及其施工方法。
技术介绍
1、现有技术中，常见顶管工作井形状一般为矩形或圆形。矩形工作井的空间利用率较好，内部管道比较容易布置，宽度比较小，适合在直线顶管施工中使用，当管道转角较大时一般不适用；另外，当井埋深较深时，矩形井壁板跨中及支座弯矩较大，而为满足承载力及正常使用要求，壁厚取值较大，费用较高。圆形顶管井受力性能较好，壁板基本为受压工况，能充分发挥混凝土抗压能力，适用于管道转角的顶管工作井，但宽度方面占地较大，面积利用率低，结构外轮廓达10～15m，如在道路等狭窄场地实施，对周边环境影响较大。且现有技术中，当场地的地质条件较差、地下水位较高，或者周边变形控制要求较高时，逆作法一般难以适用，或需进一步减小逆作井壁分节开挖及浇筑高度，导致工期、成本增加。
技术实现思路
1、本专利技术目的是克服现有技术中的上述不足，提供一种可应用于复杂环境的圆端形顶管井及其施工方法，达到保证结构受力性能，节约占地和工期，并适用于复杂环境的目的。
2、本专利技术的目的通过以下技术方案来实现：
3、本专利技术提供的一种可应用于复杂环境的圆端形顶管井，所述顶管井的水平截面为圆端形，其两端各为半圆体形状，中间为直线相连；所述顶管井外围为止水帷幕，所述止水帷幕内竖向设置有内插型钢；止水帷幕内侧为钢筋混凝土井体，包括顶部设置的倒l型井圈和其下的竖向井壁，所述顶管井的底部有封底连接竖向井壁。
4、进一步
5、进一步的，所述圆端形顶管井的内径长宽比为1.5～2.0，具体尺寸可根据顶管规格及施工机械尺寸确定。
6、进一步的，所述止水帷幕采用高压旋喷桩或水泥土搅拌桩。
7、具体的，所述高压旋喷桩或水泥土搅拌桩的桩径为500mm～800mm，相互咬合宽度为200mm～250mm。
8、具体的，所述止水帷幕在封底以下部分的深度为顶管井深度的0.2～0.4倍。
9、进一步的，所述内插型钢可采用热轧工字钢或焊接工字钢，截面高度200mm～250mm。
10、进一步的，所述内插型钢布置在所述的止水帷幕的高压旋喷桩或水泥土搅拌桩中心，布置形式可采取“密插”或者“隔一插一”。
11、具体的，所述内插型钢在坑底以下部分的深度一般为1.0m～2.0m，施工完成后，还可将内插型钢拔出回收，节约工程造价。
12、进一步的，由于外侧止水帷幕和内插型钢对外侧水土的临时支挡作用，可加大竖向井壁分节开挖及浇筑高度，减少浇筑次数、节约工期，竖向井壁设置为分节结构，各段分节(开挖及浇筑)高度为1.0m～2.0m，所述竖向井壁厚度为400mm～800mm，相邻上、下两节井壁交界面进行凿毛处理，相邻上、下两节竖向井壁之间采用竖向钢筋连接。
13、具体的，所述竖向钢筋直径为16mm～25mm，相互间距可取100mm～200mm。钢筋连接方式宜采用机械套筒连接或焊接连接，以承受该井壁下方的所有井壁重量，最终由倒l型井圈下的地基土来承担。
14、进一步的，所述临时支撑为圆钢管，直径为300mm～600mm，临时支撑的竖向间距可按照井壁分节高度隔一布一。
15、进一步的，所述临时支撑的两端通过预埋钢板与倒l型井圈或竖向井壁焊接连接。
16、进一步的，所述封底为三层设置，从上至下依次为碎石垫层、素砼垫层、及钢筋混凝土底板，所述钢筋混凝土底板上有临时泄水孔。
17、进一步的，本专利技术还提供一种可应用于复杂环境的圆端形顶管井的施工方法，采取逆作法施工，步骤包括：
18、1)场地整平并放样，施工止水帷幕及内插型钢；
19、2)开挖首层土体，绑扎倒l型井圈钢筋并支模，浇筑倒l型井圈，待井圈混凝土达到一定强度之后，开挖竖向井壁第一节土体，土模修整、绑扎竖向井壁钢筋并支模，浇筑第一节竖向井壁，待第一节竖向井壁达到一定强度之后，继续开挖第二节竖向井壁土体；重复上述步骤，直至开挖至井底设计标高；
20、3)顶管井的封底可先铺设碎石垫层，然后浇筑素砼垫层，随后进行钢筋混凝土底板的施工；
21、4)实施钢筋混凝土内衬及顶管后靠背，完成后进行顶管顶进施工。
22、进一步的，所述内插型钢需在其外侧涂抹减阻剂，并在所述止水帷幕初凝前利用起吊设备将其插入。
23、进一步的，所述竖向井壁混凝土需达到设计强度的50％以上，方可进行下一节土体开挖，每节井壁从开始挖土到浇筑完成所用的时间不宜超过3天，并需及时设置临时支撑，保证顶管井结构施工期间的安全。
24、进一步的，为保证井的垂直度，每浇筑下一节竖向井壁前必须校正其中心位置及垂直度，每模砼浇筑前应在基底铺设砂垫层，并夯实处理，下一模开挖后，对前一模砼底部进行凿毛、清洗工作，浇筑砼前，需清理钢筋上泥土等污渍。
25、进一步的，所述竖向井壁的最下层需预留底板接驳钢筋，底板底部土层整平压实后再进行封底作业。
26、进一步的，待全部竖向井壁及底板达到混凝土设计强度的100％后，可拆除临时支撑，并进行顶管顶进施工。
27、与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：
28、第一，结构安全性较高，且节约占地：本专利技术整体为圆端形，其空间利用好于圆形井，结构安全性较高，受力性能优于常规矩形井，顶管井占地宽度小可节约占地面积，且无需大型设备进场施工，并可提高施工安全性，特别适合于用地紧张、施工场地受限的区域，也适用于管道中心线有一定角度的顶管工作井。
29、第二，对周边扰动小，适应复杂环境：本专利技术设置了止水帷幕、内插型钢、临时支撑等结构，使顶管井具有较好的抗渗性和刚性，避免了井外地下水渗漏引起的周边沉降，相比传统逆作法顶管井将更加适用于高地下水位、地质条件复杂(如含有砂层、淤泥质土层等)以及周边变形控制要求较高的环境；另外，竖向井壁为分节结构设置，其钢筋混凝土井壁可采用分节开挖、分节浇筑的施工方式，对周边影响较小，相比沉井、支护井，更适合于顶管井周边存在重要建(构)筑物或者重要管线的情形。
30、第三，造价成本低：相比传统灌注桩支护顶管井，节约造价近30％～50％，相比沉井+保护桩，节约造价约15％～30％。
31、第四，施工工期短：本专利技术的施工工序简单，另由于止水帷幕和内插型钢的支挡作用，竖向井壁分节开挖及浇筑高度可加大，减少了浇筑和养护次数，相比灌注桩支护顶管井或传统逆作井，节约工期约20％～40％。
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1.一种可应用于复杂环境的圆端形顶管井,其特征在于，所述顶管井的水平截面为圆端形，其两端各为半圆体形状，中间为直线相连；所述顶管井外围为止水帷幕(1)，所述止水帷幕(1)内竖向设置有内插型钢(2)；止水帷幕内侧为钢筋混凝土井体，包括顶部设置的倒L型井圈(4)和其下的竖向井壁(5)，所述顶管井的底部有封底(7)连接竖向井壁(5)。
2.如权利要求1所述的一种可应用于复杂环境的圆端形顶管井，其特征在于，所述倒L型井圈(4)和其下的竖向井壁(5)，设置有分别与其水平相连的若干临时支撑(6)。
3.如权利要求1所述的一种可应用于复杂环境的圆端形顶管井，其特征在于，所述圆端形顶管井的内径长宽比为1.5～2.0。
4.如权利要求1所述的一种可应用于复杂环境的圆端形顶管井，其特征在于，所述止水帷幕(1)采用高压旋喷桩或水泥土搅拌桩。
5.如权利要求4所述的一种可应用于复杂环境的圆端形顶管井，其特征在于，所述高压旋喷桩或水泥土搅拌桩的桩径为500mm～800mm，相互咬合宽度为200mm～250mm。
6.如权利要求1所述的一种可应用于
7.如权利要求1所述的一种可应用于复杂环境的圆端形顶管井，其特征在于，所述内插型钢(2)为热轧工字钢或焊接工字钢。
8.如权利要求7所述的一种可应用于复杂环境的圆端形顶管井，其特征在于，所述热轧工字钢或焊接工字钢的截面高度为200mm～250mm。
9.如权利要求1所述的一种可应用于复杂环境的圆端形顶管井，其特征在于，所述内插型钢(2)设置在所述止水帷幕(1)的高压旋喷桩或水泥土搅拌桩的中心，布置形式为“密插”或者“隔一插一”。
10.如权利要求1所述的一种可应用于复杂环境的圆端形顶管井，其特征在于，所述内插型钢(2)在封底(7)以下部分的深度为1.0m～2.0m。
11.如权利要求1所述的一种可应用于复杂环境的圆端形顶管井，其特征在于，所述竖向井壁(5)设置为分节结构，分节高度为1.0m～2.0m，所述竖向井壁(5)厚度为400mm～800mm，相邻上、下两节竖向井壁之间采用竖向钢筋连接。
12.如权利要求11所述的一种可应用于复杂环境的圆端形顶管井，其特征在于，所述竖向钢筋的直径为16mm～25mm，相互间距为100mm～200mm，钢筋连接方式为机械套筒连接或焊接连接。
13.如权利要求2所述的一种可应用于复杂环境的圆端形顶管井，其特征在于，所述临时支撑(6)为圆钢管，直径为300mm～600mm，其竖向间距按照竖向井壁分节高度隔一布一。
14.如权利要求2所述的一种可应用于复杂环境的圆端形顶管井，其特征在于，所述临时支撑(6)的两端通过预埋钢板与倒L型井圈(4)或竖向井壁(5)焊接连接。
15.如权利要求1所述的一种可应用于复杂环境的圆端形顶管井，其特征在于，所述封底(7)为三层设置，从上至下依次为碎石垫层、素砼垫层、及钢筋混凝土底板，所述钢筋混凝土底板上有临时泄水孔。
16.如权利要求1所述的一种可应用于复杂环境的圆端形顶管井的施工方法，其特征在于，施工采用逆作法，步骤包括：
17.如权利要求16所述的一种可应用于复杂环境的圆端形顶管井的施工方法，其特征在于，所述内插型钢需在其外侧涂抹减阻剂，并在所述止水帷幕初凝前利用起吊设备将其插入。
18.如权利要求16所述的一种可应用于复杂环境的圆端形顶管井的施工方法，其特征在于，所述竖向井壁混凝土需达到设计强度的50％以上，方可进行下一节土体开挖，每节井壁从开始挖土到浇筑完成所用的时间不宜超过3天，并需及时设置临时支撑，保证顶管井结构施工期间的安全。
19.如权利要求16所述的一种可应用于复杂环境的圆端形顶管井的施工方法，其特征在于，为保证井的垂直度，每浇筑下一节竖向井壁前必须校正其中心位置及垂直度，每模砼浇筑前应在基底铺设砂垫层，并夯实处理，下一模开挖后，对前一模砼底部进行凿毛、清洗工作，浇筑砼前，需清理钢筋上泥土等污渍。
20.如权利要求16所述的一种可应用于复杂环境的圆端形顶管井的施工方法，其特征在于，所述竖向井壁的最下层需预留底板接驳钢筋，底板底部土层整平压实后再进行封底作业。
21.如权利要求16所述的一种可应用于复杂环境的圆端形顶管井的施工方法，其特征在于，待全部竖向井壁及底板达到混凝土设计强度的100％后，可拆除临时支撑，并进行顶管顶进施工。
...【技术特征摘要】
1.一种可应用于复杂环境的圆端形顶管井,其特征在于，所述顶管井的水平截面为圆端形，其两端各为半圆体形状，中间为直线相连；所述顶管井外围为止水帷幕(1)，所述止水帷幕(1)内竖向设置有内插型钢(2)；止水帷幕内侧为钢筋混凝土井体，包括顶部设置的倒l型井圈(4)和其下的竖向井壁(5)，所述顶管井的底部有封底(7)连接竖向井壁(5)。
2.如权利要求1所述的一种可应用于复杂环境的圆端形顶管井，其特征在于，所述倒l型井圈(4)和其下的竖向井壁(5)，设置有分别与其水平相连的若干临时支撑(6)。
3.如权利要求1所述的一种可应用于复杂环境的圆端形顶管井，其特征在于，所述圆端形顶管井的内径长宽比为1.5～2.0。
4.如权利要求1所述的一种可应用于复杂环境的圆端形顶管井，其特征在于，所述止水帷幕(1)采用高压旋喷桩或水泥土搅拌桩。
5.如权利要求4所述的一种可应用于复杂环境的圆端形顶管井，其特征在于，所述高压旋喷桩或水泥土搅拌桩的桩径为500mm～800mm，相互咬合宽度为200mm～250mm。
6.如权利要求1所述的一种可应用于复杂环境的圆端形顶管井，其特征在于，所述止水帷幕(1)在封底(7)以下部分的深度为顶管井深度的0.2～0.4倍。
7.如权利要求1所述的一种可应用于复杂环境的圆端形顶管井，其特征在于，所述内插型钢(2)为热轧工字钢或焊接工字钢。
8.如权利要求7所述的一种可应用于复杂环境的圆端形顶管井，其特征在于，所述热轧工字钢或焊接工字钢的截面高度为200mm～250mm。
9.如权利要求1所述的一种可应用于复杂环境的圆端形顶管井，其特征在于，所述内插型钢(2)设置在所述止水帷幕(1)的高压旋喷桩或水泥土搅拌桩的中心，布置形式为“密插”或者“隔一插一”。
10.如权利要求1所述的一种可应用于复杂环境的圆端形顶管井，其特征在于，所述内插型钢(2)在封底(7)以下部分的深度为1.0m～2.0m。
11.如权利要求1所述的一种可应用于复杂环境的圆端形顶管井，其特征在于，所述竖向井壁(5)设置为分节结构，分节高度为1.0m～2.0m，所述竖向井壁(5)厚度为400mm～800mm，相邻上、下两节竖向井壁之间采用竖向钢筋连接。<...
【专利技术属性】
技术研发人员：崔龙飞，钟俊彬，许大鹏，陈远，岑文祥，罗凌晖，黄智豪，王骏骐，王学壮，
申请(专利权)人：上海水业设计工程有限公司，
类型：发明
国别省市：
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