(12)发明专利申请
(10)申请公布号 CN 112431225 A(43)申请公布日 2021.03.02
(21)申请号 202011110680.4(22)申请日 2020.10.16
(71)申请人 中国化学工程第十四建设有限公司
地址 210044 江苏省南京市六合区(大厂)
新华路148号(72)发明人 赵丰 荣万疆 黄洪明 练海钧 (74)专利代理机构 南京科阔知识产权代理事务
所(普通合伙) 32400
代理人 苏兴建(51)Int.Cl.
E02D 29/12(2006.01)
权利要求书2页 说明书6页 附图1页
(54)发明名称
顶管砖砌工作井逆作法施工方法(57)摘要
一种顶管砖砌工作井逆作法施工方法，步骤包括：1)确定井壁厚度；2)测量、放线、定位；3)土方开挖；4)井室砌筑；5)井底施工；6)井室内侧护壁浇筑和7)井室回填；步骤3)和步骤4)中：自上而下逐层进行土方开挖、井壁砌筑和浇筑钢筋混凝土的圈梁，当上面一层施工结束后，再进行下一层施工，直到完成全部井室砌筑；在上层井壁砌筑时候要预埋下层圈梁的钢筋。在井壁砌筑时，控制井室直径的方法为：在第一层井室开挖后，先砌筑部分墙体，再用两根钢管交叉形成十字状，由井室中心位置吊下，并固定于已经砌筑好的墙体；再在每根钢管的两端系上铅锤，成对铅锤之间的距离与井室内径对应，铅锤以及铅锤线用于瓦工在砌筑时作为参考。
CN 112431225 ACN 112431225 A
权 利 要 求 书
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1.一种顶管砖砌工作井逆作法施工方法，步骤包括：1)确定井壁厚度；2)测量、放线、定位；3)土方开挖；4)井室砌筑；5)井底施工；6)井室内侧护壁浇筑和7)井室回填；
所述步骤3)和步骤4)中：自上而下逐层进行土方开挖、井壁砌筑和浇筑钢筋混凝土的圈梁，当上面一层施工结束后，再进行下一层施工，直到完成全部井室砌筑；在上层井壁砌筑时候要预埋下层圈梁的钢筋，其特征是在井壁砌筑时，控制井室直径的方法为：
在第一层井室开挖后，先砌筑部分墙体，再用两根钢管交叉形成十字状，由井室中心位置吊下，并固定于已经砌筑好的墙体，在固定过程中，先用水准仪分别抄平两根钢管；再在每根钢管的两端系上铅锤，成对铅锤之间的距离与井室内径对应，铅锤以及铅锤线用于瓦工在砌筑时作为参考；钢管的端部与墙体之间由护板间隔；
所述步骤3)中，当上层井室砌筑完成后，挖除中间位置的土方，再开挖下层井室的边缘位置；土方开挖采用挖掘机与人工合作开挖，每井位每次开挖深度小于2m；待井室砌筑层达到70％的强度后再往下开挖下层的土方；
所述步骤4)中，每层井室砌筑采用砂浆沿基坑壁砌筑一砖半墙，砖墙与基坑壁的土体之间的间隙以砂浆填实；
圈梁浇筑后，待圈梁拆模后强度达到80％，再进行下层开挖及砌筑；若局部出现流砂时，则每挖不超过0.5m深砌筑一次。
2.根据权利要求1所述的顶管砖砌工作井逆作法施工方法，其特征是所述步骤1)确定井壁厚度时，采用工作井的受理最大处进行验算，即采用井底部验算：
先根据朗金主动土压力计算公式1计算得到井底部的土及地下水对井壁的压力P：P＝γHtg2(45°－Φ/2)+(γ－γw)(H-h0)tg(45°－Φ/2)+γw(H-h0)-----------1其中：P—土及地下水对井壁的压力；γ—土的重度；γw—水的重度，取9.8KN/m3；H—井的深度，h0—地面到地下水位面的高度；Φ—内摩擦角；
再由式2的井底部的环向应力δ的上限值不大于砌体受压构件压承力，反推验证井室壁厚：
δ＝P(D+2t)/2t-----------2其中：δ—环向应力；D—工作井设计直径；t—井室壁厚。3.根据权利要求1所述的顶管砖砌工作井逆作法施工方法，其特征是所述步骤2)中，定位放样：采用GPS-RTK测量系统进行，对部分GPS测量不能到达的地方，采用全站仪进行配合测量；
高程测量：一般高程放样测量采用水准测量法，直接测量确定，局部根据地形情况采用光电测距三角高程测量方法进行；
地形土方高程点测量采用GPS-RTK测量系统进行；所述步骤5)中，井室砌筑完成后，对井底进行修正，在适当位置开挖集水坑用来排出地下水，待地下水排完后，浇筑10cm厚混凝土垫层；
当垫层强度达到70％，在垫层上面绑扎钢筋，钢筋为双层双向结构，两层之间的间距为15cm，进行底板浇筑；
所述步骤6)中，待底板浇筑的混凝土达到70％强度后，在井内浇筑30cm厚，2.8m高的钢筋混凝土护壁；墙身混凝土是在四周均匀摊入，一次摊入高度不超过50cm，并及时振实；
所述步骤7)中，当墙身混凝土强度达到80％时，进行井外槽回填，回填料采用中粗砂或
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级配碎石，分层回填，每层虚铺厚度不超过20mm，夯实后的压实度不低于90％；
井中井采用中粗砂或级配碎石分层回填，每层回填虚铺厚度不超过200mm，回填夯实后的压实度不小于0.93。
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顶管砖砌工作井逆作法施工方法
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技术领域
[0001]本技术方案属于工程施工技术领域，具体是一种顶管砖砌工作井逆作法施工方法。
背景技术
[0002]顶管施工是非开挖施工方法，是一种不开挖或者少开挖的管道埋设施工技术。顶管法 施工就是在工作井内借助于顶进设备产生的顶力，克服管道与周围土壤的摩擦力，将管道 按设计的坡度顶入土中，并将土方运走。一节管子完成顶入土层之后，再下第二节管子继 续顶进。其原理是借助于主顶油缸及管道间、中继间等推力，把工具管或掘进机从工作坑 内穿过土层一直推进到接收坑内吊起。管道紧随工具管或掘进机后，埋设在两井之间。
[0003]在顶管施工时候，顶进设备在工作井内，顶力的反作用力施加于井底(摩擦力)、井 壁(压力)的力很大，顶管工作井本身的质量要求极高。现有技术中，多采用顶管砖砌工 作井逆作法施工方法，因为这一方法能够有效地提高地下工程施工的安全性与经济性，提 高工程的施工效率，同时它还具备施工占地面积少；机械使用量小；有效的缩短施工工期 等优点。
[0004]虽然《给水排水管道施工及验收规范》要求顶管工作井直径需大于等于设计直径，但 在施工过程中发现，运用顶管砖砌工作井逆作法施工的工作井的直径要比设计直径大20％ 左右，现有的施工工艺并不经济。发明内容
[0005]为了解决上述技术问题，对几项工程中多次对顶管砖砌工作井逆作法进行了优化、改 良，使得其具有一定的经济性，同时节约了项目的成本，取得了一定的经济效益。改良后 的顶管砖砌工作井逆作法具有特点包括：实施简单易行，操作简单，作业效率高，节约施 工成本。本发明的施工方法为：
[0006]一种顶管砖砌工作井逆作法施工方法，步骤包括：1)确定井壁厚度；2)测量、放线、 定位；3)土方开挖；4)井室砌筑；5)井底施工；6)井室内侧护壁浇筑和7)井室回填；[0007]所述步骤3)和步骤4)中：自上而下逐层进行土方开挖、井壁砌筑和浇筑钢筋混凝 土的圈梁，当上面一层施工结束后，再进行下一层施工，直到完成全部井室砌筑；在上层 井壁砌筑时候要预埋下层圈梁的钢筋，其特征是在井壁砌筑时，控制井室直径的方法为：[0008]在第一层井室开挖后，先砌筑部分墙体，再用两根钢管交叉形成十字状，由井室中心 位置吊下，并固定于已经砌筑好的墙体，在固定过程中，先用水准仪分别抄平两根钢管； 再在每根钢管的两端系上铅锤，成对铅锤之间的距离与井室内径对应，铅锤以及铅锤线用 于瓦工在砌筑时作为参考；钢管的端部与墙体之间由护板(例如木模板等)间隔。这里采 用两根钢管，充分考虑到实际使用效果。理论上，钢管数量越多，越利于直径控制。但是， 在有限得到井内空间内，施工人员的作业空间有限，不适于更多的钢管。另外，钢管用现 有的直
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角扣件连接锁定，可较好地降低两根钢管之间调整难度。一根钢管抄平后，另一钢 管抄平时候仅通过松紧扣件即可完成。[0009]所述步骤3)中，当上层井室砌筑完成后，挖除中间位置的土方，再开挖下层井室的 边缘位置；土方开挖采用挖掘机与人工合作开挖，每井位每次开挖深度小于2m；待井室砌 筑层达到70％的强度后再往下开挖下层的土方；[0010]所述步骤4)中，每层井室砌筑采用砂浆沿基坑壁砌筑一砖半墙，砖墙与基坑壁的土 体之间的间隙以砂浆填实；[0011]圈梁浇筑后，待圈梁拆模后强度达到80％，再进行下层开挖及砌筑；[0012]若局部出现流砂时，则每挖不超过0.5m深砌筑一次。[0013]进一步，所述步骤1)确定井壁厚度时，采用工作井的受理最大处进行验算，即采用 井底部验算：
[0014]先根据朗金主动土压力计算公式1计算得到井底部的土及地下水对井壁的压力P：[0015]P＝γHtg2(45°－Φ/2)+(γ－γw)(H-h0)tg(45°－Φ/2)+γw(H-h0)-----------1[0016]其中：P—土及地下水对井壁的压力；γ—土的重度；γw—水的重度，取9.8KN/m3； H—井的深度，h0—地面到地下水位面的高度；Φ—内摩擦角；[0017]再由式2的井底部的环向应力δ的上限值不大于砌体受压构件压承力，反推验证井室 壁厚：[0018]δ＝P(D+2t)/2t-----------2[0019]其中：δ—环向应力；D—工作井设计直径；t—井室壁厚。[0020]进一步，所述步骤2)中，[0021]定位放样：采用GPS-RTK测量系统进行，对部分GPS测量不能到达的地方，采用全站 仪进行配合测量；[0022]高程测量：一般高程放样测量采用水准测量法，直接测量确定，局部根据地形情况采 用光电测距三角高程测量方法进行；
[0023]地形土方高程点测量采用GPS-RTK测量系统进行；[0024]所述步骤5)中，井室砌筑完成后，对井底进行修正，在适当位置开挖集水坑用来排 出地下水，待地下水排完后，浇筑10cm厚混凝土垫层；[0025]当垫层强度达到70％，在垫层上面绑扎钢筋，钢筋为双层双向结构，两层之间的间距 为15cm，进行底板浇筑；[0026]所述步骤6)中，待底板浇筑的混凝土达到70％强度后，在井内浇筑30cm厚，2.8m高 的钢筋混凝土护壁；墙身混凝土是在四周均匀摊入，一次摊入高度不超过50cm，并及时振 实；
[0027]所述步骤7)中，当墙身混凝土强度达到80％时，进行井外槽回填，回填料采用中粗 砂或级配碎石，分层回填，每层虚铺厚度不超过20mm，夯实后的压实度不低于90％；[0028]井中井采用中粗砂或级配碎石分层回填，每层回填虚铺厚度不超过200mm，回填夯实 后的压实度不小于0.93。
[0029]经过采用本方法的工程验证，本方法可较准确地控制井身的直径。在保证施工整体质 量前提下，提高施工工艺的经济性。
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附图说明
[0030]图1是实施例的砖砌工作井截面示意图；
[0031]图2是俯视角下两钢管与井壁位置关系示意图；[0032]图中：井室1、砌筑井壁2、圈梁3、集水坑4、钢管5、直角扣件6、护板7。
具体实施方式
[0033]一种顶管砖砌工作井逆作法施工方法，步骤包括：1)确定井壁厚度；2)测量、放线、 定位；3)土方开挖；4)井室砌筑；5)井底施工；6)井室内侧护壁浇筑和7)井室回填。
[0034]本例以某镇污水处理工程用到的顶管施工工作井工程为例对本方法进行说明。[0035]本例的施工工艺流程：[0036]确定井壁厚度→测量、放线、定位→第一层土方开挖→第一层钢筋混凝土圈梁浇筑、 井壁砌筑→控制井室直径→第二层土方开挖→第二层钢筋混凝土圈梁浇筑、井壁砌筑 →……→控制井室直径→最后一层土方开挖→最后一层钢筋混凝土圈梁浇筑、井壁砌筑→ 水泵抽水排水→10cmC15砼垫层→浇筑30cm厚的C30钢筋混凝土底板→井室内侧护壁浇筑 →井室回填。
[0037]如图1的工作井示意图中，考虑到本施工方法的改进之处主要是施工本身，而不是顶 管作业，所以，给出截面不涉及顶管位置。[0038]1)确定井壁厚度
[0039]以污45工作井井深6.32m，根据地质补勘报告，污45工作井处杂填土2.0m厚，粉质 粘土8.2m厚，井底部位于粉质粘土内。取受力最大处，即井底部验算；根据朗金主动土 压力计算公式1：
[0040]P＝γHtg2(45°－Φ/2)+(γ－γw)(H-h0)tg(45°－Φ/2)+γw(H-h0)-----------1[0041]其中：P—土及地下水对井壁的压力、γ—土的重度、γw—水的重度，取9.8KN/m3， H—井的深度，h0—地面到地下水位面的高度，查得地勘报告为1.0m；Φ—内摩擦角；[0042]根据填料的物理力学指标表得到，Φ取35°，γ取17.5KN/m3[0043]填料的物理力学指标
[0044]
[0045][0046][0047][0048][0049][0050][0051][0052]
注：表中粘性土的计算内摩擦角为换算内摩擦角(综合内摩擦角)。带入公式计算得P＝84.19 KN/M2换算成MPa得到P＝0.08419MPa。工作井设计尺寸D＝6600mm，井室壁厚t＝240mm，由式2得到环向应力δ＝P(D+2t)/2t----------------------2得δ＝0.08419×(6600+240×2)/480≈1.24MPa≤f＝1.89MPa经计算直径6.6m，井室壁厚240mm砖砌井室满足现场要求。2)测量、放线、定位2.1定位放样
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定位放样测量主要采用GPS-RTK测量系统进行，通过GPS能实时提供高精度的三维
坐 标，电子手簿自动进行数据处理，测量放样精度更高、效率更高。同时对部分GPS测量不 能到达的地方，采用全站仪进行配合测量。[0054]2.2高程测量
[0055]①一般高程放样测量采用水准测量法，直接测量确定，局部可根据地形情况采用光电 测距三角高程测量方法进行；[0056]②地形土方高程点测量，采用GPS-RTK技术测量，电子手簿自动记录，内业采用专业 软件处理数据，精度可靠、高效快捷。[0057]3)井室施工——土方开挖、井室砌筑[0058]3.1、土方开挖
[0059]土方开挖采用挖掘机与人工合作开挖，每井位每次开挖深度控制在2m内砖墙砌筑 (240mm厚)，待到到70％的强度满足后再往下开挖砌筑。[0060]3.2、井室砌筑
[0061]每层均采用M10砂浆沿基坑壁砌筑一砖半墙，砖墙与土体之间的间隙以M10砂浆填实。 每层设置一道圈梁，圈梁采用钢筋混凝土结构，待圈梁拆模后强度达到80％，方可进行进 行下层开挖及砌筑，如此反复直至井底。若局部出现流砂时，则每挖不超过0.5m深左右 砌筑一次，防止出现塌方。[0062]4)控制井室直径
[0063]在每一层井室开挖后，开始砌筑墙体50cm厚的墙体后，用两根6.6m长的钢管交叉形 成十字丝，由井室中心吊下，并固定在已经砌筑好的墙体，用水准仪抄平，并在两端系上 铅锤，从而瓦工砌筑时就能有效的控制井的直径，如图2；[0064]5)井底施工[0065]5.1、C15混凝土垫层施工[0066]井室砌筑完成后，对井底进行修正，在适当位置设置一集水坑用来排出地下水，待地 下水排完后，浇筑10cm厚的C15混凝土垫层。[0067]5.2、C30钢筋混凝土底板[0068]垫层施工完成后，当垫层强度达到70％，在垫层上面绑扎钢筋，钢筋为双层双向HRB400E 标号的钢筋，直径为20mm，间距为15cm。[0069]6)井室内侧护壁浇筑[0070]底板浇筑完成后，待到混凝土达到70％强度后在井内浇筑30cm厚，2.8m高C30钢筋 混凝土护壁，钢筋依据设计方案进行下料、调直绑扎，钢筋绑扎要求顺直、牢固，街头、 弯折及上下段接合处要求满扎，其余为梅花扎。保护层可用垫块及钢筋支撑。内模板用专 用钢模，支撑要求牢固、间距不宜过大，模板架设完成后要进行复查，保证不漏浆、不跑 模。墙身采用C30商品混凝土，要求四周均匀摊入，一次摊入高度不应超过50cm，及时用 振动器振实，振动时间要求按混凝土上部水泥浆振出为准。做好养护工作，脱模不宜过早， 考虑到缩短时间，以脱模实不剥模为准。[0071]7)井室回填[0072]7.1、井外槽回填
[0073]墙体强度达到80％时，进行井外槽回填，回填料采用中粗砂或级配碎石，分层回
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填， 每层虚铺厚度不超过20mm，夯实后报项目检验压实度，压实度不低于90％。回填完成后由 项目测量组在井周围设置沉降位移观测点，项目测量组必须按监控测量方案进行监控测 量，真实记录数据，发现沉降或位移临近警戒值时及时向项目领导汇报并立即撤出井下作 业人员，保证人员安全。[0074]7.2、井中井回填
[0075]井中井采用中粗砂或级配碎石回填，每层回填虚铺厚度不大于200mm，回填夯实后向 项目实验人员报检，压实度不小于0.93，在实验室试验合格之前不得进行下一层回填。若 采用中粗砂回填，必须带水打夯，打夯要均匀，夯夯相连，不得漏夯，打夯至少三遍以上， 具体以试验合格为准，回填至路床底。[0076]质量控制措施[0077]1、挖出的土方须及时运走，如需堆土一般应距基坑上部边缘不小于2m，弃土堆高不 超过1.5m，而且不超过设计荷载值，软土地区不宜在坑边堆置弃土。当重型机械在坑边作 业时，应专门设置平台或深基础等。同时，应限制或隔离坑顶周围振动荷载的作用。[0078]2、倒挂井施工至井底立即浇筑10cmC15混凝土垫层。垫层施工结束再进行30cmC30 钢筋混凝土基础浇筑。[0079]3、为了防止底板浮动，使地下水位控制在基坑下500㎜，所有顶管砖砌逆作法工作 井设置0.5×0.4×0.6米集水坑一个(如图1)，位于井中心，并安放一台额定功率为50 潜水泵。同时排水应及时有效，以免造成不均匀沉陷，而使工作坑受力条件发生变化。在 集水坑底铺筑一层15cm碎石滤水层，以免抽水时挟带大量泥沙，并防止基坑底土被搅动。[0080]4、每层施工深度不宜超过两米，且每2m处设置一道圈梁，圈梁及墙体施工完成后至 少3天，方可开挖下一层土方，进行下一层的墙体、圈梁施工。[0081]5、井壁逆作法施工时，需要对称下挖、砌筑，每次下挖深度0.5m，待上层砌筑的墙 体强度达到70％时方可下挖下一层，直至本层施工结束，砌砖前二次人工掏挖应保证相应 设计尺寸，严禁超挖；[0082]6、实心砖砌筑前在工作坑以外场所浇水，待完全浸透后方可用于砌筑；[0083]7、注意不要在坑周边任何一方偏心堆载，以避免造成工作坑偏心受力，引起结构受 力条件发生变化。[0084]8、内衬护壁采用C30商品混凝土，要求四周均匀浇筑，一次浇筑高度不应超过150mm， 及时用插入式振动棒振实，振动时间要求按混凝土上部水泥浆振出为准。做好养护工作， 脱模不宜过早。内衬壁必须达到80％以上强度时方可拆除模板，严禁模板提前拆除。内衬 壁必须做养护。[0085]9、模板采用专用钢模，支撑要求牢固、间距不宜过大，模板架设完成后要进行复查， 保证不漏浆、不跑模。[0086]10、井孔周边砖砌体须高出地面0.2m，防止地面水流入。[0087]11、中粗砂需要过筛来控制含泥量，过筛后中粗砂的含泥量≤3％。[0088]12、倒挂井须随挖随砌，严禁挖后隔夜再砌。砌筑后应将其外侧用土填满夯实，砖砌 体要砂浆饱满。
[0089]本顶管砖砌工作井逆作法工艺特点
[0090]本发明的控制井身直径的方法改进灵感来源于测量仪器的十字丝，本控制结构可
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以有 效地指导瓦工砌筑，从另一效果看，相当于混凝土浇筑工序中的模板支设。其优点在于现 场容易就地取材，能够多次利用，在固定在井壁内侧，可以同时起到支撑井壁作用，防止 基坑坍塌。
[0091]工程实例-某镇污水处理工程[0092]1工程概况
[0093]该污水处理工程项目包含工作井65座，项目管线沿线地形起伏较大，总体为西高东 低，管网路段两侧多为商业门面或住宅。工程紧邻镇区主干路，车流量及人流量大，地下 埋设有较多的管线。项目部根据现场实际情况选用了本砖砌工作井逆作法施工方法施工顶 管工作井。提高了材料的利用率，节约了项目成本。[0094]2经济效益分析
[0095]已施工的污1#井-污13#井中计算每层(2m)材料用量，以污10#井计算：[0096]经过现场测量，井内径6.8m，外径7.1m，2m一处圈梁，圈梁钢筋为6根HRB400Φ10 的主筋，箍筋为间距15cm的HPB300Φ8：[0097]标准砖：(3.14×(7.1/2)2-3.14×(6.8/2)2)×2＝6.55m3[0098]砂浆：6.55×0.226＝1.48m3[0099]钢筋：3.14×7×6×0.617+147×0.9×0.415＝136.27Kg[0100]混凝土：3.14×7×0.3×0.2＝1.32m3[0101]采用本方法施工的工作井，以14#井为例，经现场测量，井内径6.68m，外径6.98m， 2m一处圈梁，圈梁钢筋为6根HRB400Φ10的主筋，箍筋为间距15cm的HPB300Φ8；[0102]标准砖：(3.14×(6.98/2)2-3.14×(6.68/2)2)×2＝6.43m3[0103]砂浆：6.43×0.226＝1.45m3[0104]钢筋：3.14×6.7×6×0.617+143×0.9×0.415＝131.29Kg[0105]混凝土：3.14×6.7×0.3×0.2＝1.28m3[0106]经过比较，得出以下结论：项目 单位 更改前-污10# 更改后-污14# 相差
标准砖 m3 6.55 6.43 0.12 砂浆 m3 1.48 1.45 0.03 钢筋 Kg 136.27 131.29 4.98 混凝土 m3 1.32 1.28 0.04
[0108]市场标准砖价格0.5元/块，砂浆400元/m3，钢筋4150元/吨，混凝土500元/m3， 计算得到每一层(2m)砌筑省下的材料费为81.5元，机械费40元，人工费45元，按照 每个井6.5m计算现场一共65个工作井，除去已经施工13个工作井，还剩余52个，总共 可以节约34632元。
[0109]结论
[0110]本施工方法为现有施工方法的改良，降低工程成本，缩短建设周期，某镇污水管网项 目运用此工艺增加了材料的利用率。
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