一种现状运营盾构法排水管道上的骑马井施工方法

摘要

本发明提供了一种现状运营盾构法排水管道上的骑马井施工方法，包括：步骤1：对底部铺有盾构管道的待挖掘的基坑构建基坑围护结构；步骤2：将基坑分成至少一段，若一段，先开挖基坑至设定的坑底标高处，浇筑基坑的侧墙及基坑底板；若多段，先开挖最后一段之前的若干段，之后开挖最后一段直至设定的坑底标高处为止，浇筑基坑底板，然后浇筑最后一段侧墙；步骤3：设置与所述井室相连通的顶管，在基坑底板及盾构管道顶端通过金刚石筒锯钻孔机开设第一洞口；步骤4：在井室的顶端设置开有第二洞口的顶板；步骤5：在顶板上设置井筒和井盖。本发明在现状运营盾构管道上安装了骑马井，并采用静力切割法拆除封顶管片，施工简便、成本较低、安全性高。

说明书

技术领域

本发明涉及一种骑马井的施工方法，尤其是一种现状运营盾构法排水管道 上的骑马井施工方法。

背景技术

随着现代化都市的不断扩张、城市人口的急剧膨胀，原有的排水管道逐步 老化，相关机电设备也变得陈旧，已经无法适应城市快速发展的需要，市区原 有低标准排水管道的改造势在必行。现状运营(即现有)盾构法排水管道(以 下简称盾构管道)上新建骑马井是低标准排水管道的改造施工中的一个难题， 主要施工难点为基坑围护结构施工、现有盾构管道的开孔及与现状盾构管道的 接入、对现有盾构管道的保护和施工期间确保现有盾构管道不停运等。

在现有技术中，一方面，中国发明专利CN104404983A提供了一种用于顶 管施工的骑马井装置及其施工方法，其仅仅结合顶管进行了骑马井的施工，该 说明书中并未涉及现有盾构管道的技术方案。另一方面，对现有盾构管道进行 施工时，需要进行盾构管道的管片的拆除，对盾构管道的管片的拆除会改变现 有盾构管道的受力体系，容易产生应力集中，破坏盾构管道。传统的施工方法 是在开口处两侧排水管道中设置简易预应力隧道支架，以减轻盾构管道的管片 拆除对盾构管道产生的不利影响，该施工方法较为复杂，成本较高。因此，有 必要在不影响现有盾构管道的运行、经济节约、安全等特点的要求下提供一种 对现有盾构管道进行施工的技术方案。

发明内容

本发明的目的在于提供一种现状运营盾构法排水管道上的骑马井施工方 法，以使得骑马井满足顶管接收井的施工要求，满足对现有盾构管道的保护要 求，减轻盾构管道的管片拆除对盾构管道产生的不利影响，且确保施工方法简 单、成本低及安全可靠。

为了达到上述目的，本发明提供了一种现状运营盾构法排水管道上的骑马 井施工方法，包括：

步骤1：对底部铺设有盾构管道的待挖掘的基坑构建基坑围护结构；

步骤2：将待挖掘的所述基坑在竖直方向上分成至少一段，若分成一段，则 先开挖所述基坑直至设定的坑底标高处为止，然后在所述盾构管道上植入第一 钢筋，并在所述盾构管道上浇筑基坑底板，使得所述第一钢筋穿入基坑底板， 且使得所述基坑底板与侧墙围设成一井室，浇筑所述基坑四侧的侧墙；若分成 多段，则先开挖最后一段之前的若干段，并在每挖掘一段后浇筑该段的侧墙， 且使每一段侧墙与前一段侧墙上下相接，之后开挖最后一段直至设定的坑底标 高处为止，然后在所述盾构管道上植入第一钢筋，并在所述盾构管道上浇筑基 坑底板，使得所述第一钢筋穿入基坑底板，最后浇筑与前一段侧墙上下相接的 最后一段侧墙以构成所述基坑的侧墙，并使得所述基坑的侧墙与基坑底板围设 成一井室；

步骤3：进行顶管施工以使得顶管穿过所述基坑的侧墙并与所述井室相连 通，在所述基坑底板及盾构管道顶端通过静力切割设备连续排孔并使得孔孔相 交以开设第一洞口；

步骤4：在所述井室的顶端设置顶板，所述顶板固定在基坑的侧墙上，且开 设有第二洞口；

步骤5：在所述顶板上设置通过第二洞口与井室相连通的井筒，在所述井筒 顶端设置井盖。

进一步地，在步骤1中，具体包括：

步骤1.1：对底部铺设有盾构管道的待挖掘的基坑的沿着所述盾构管道铺设 的方向的两侧均设置钻孔灌注桩；

步骤1.2：在所述钻孔灌注桩远离基坑的一侧设置与钻孔灌注桩搭接的高压 旋喷桩。

进一步地，在步骤1中，还包括：

步骤1.3：在所述基坑内设置一位置为坑底标高，在所述坑底标高处的下方 注浆，在所述钻孔灌注桩的顶端设置顶圈梁。

进一步地，在步骤1.1中，在设置钻孔灌注桩后，在每一个所述钻孔灌注桩 中均设置钢筋笼。

进一步地，在步骤2中，在浇筑任一段侧墙后，在钻孔灌注桩上凿孔并在 凿孔处通过第二钢筋将该段侧墙固定在所述钻孔灌注桩的钢筋笼上。

进一步地，在步骤1.2中，还在所述钻孔灌注桩靠近基坑的一侧设置高压旋 喷桩，且在所述基坑内满堂设置高压旋喷桩。

进一步地，在步骤2中，将待挖掘的所述基坑在竖直方向上分成两段，在 第一段施工上节侧墙，在第二段施工下节侧墙。

进一步地，在步骤2中，通过在所述盾构管道上钻孔、刷孔、吹孔、注胶、 植筋和养护实现植入第一钢筋的操作。

进一步地，在步骤3中，通过切割所述盾构管道上的盾构封顶管片以及所 述盾构封顶管片上的基坑底板以开设所述第一洞口。

进一步地，在步骤3中，所述静力切割设备为金刚石筒锯钻孔机。

与现有技术相比，本发明提供了一种现状运营盾构法排水管道上的骑马井 施工方法，在现状运营盾构管道上实现了骑马井的安装，保护了现状运营盾构 管道，无需停运与现状盾构管道相关的排水系统，取得了显著的社会效益和经 济效益；完成了骑马井与现有盾构管道的接入以及与现有顶管排水管道的接入， 使得盾构管道、骑马井和顶管一体化受力，不会破坏盾构管道，保护了工程的 施工质量，而且采用静力切割法拆除封顶管片，无需设置简易预应力隧道支架， 进而使得施工对现有盾构管道的影响微乎其微，施工简便、成本较低、安全性 高；通过注浆实现了地基加固，提高了施工的安全性。

附图说明

图1为本发明实施例提供的现状运营盾构法排水管道上的骑马井施工方法 的流程图；

图2为本发明实施例提供的基坑以及基坑围护结构的俯视图；

图3为本发明实施例提供的基坑以及基坑围护结构的仰视图；

图4为本发明实施例提供的基坑围护结构的局部放大图；

图5为本发明实施例提供的现状运营盾构法排水管道上的骑马井施工方法 中设置高压旋喷桩后的骑马井系统的剖视图；

图6为本发明实施例提供的现状运营盾构法排水管道上的骑马井施工方法 中设置上节侧墙后的骑马井系统的剖视图；

图7为本发明实施例提供的现状运营盾构法排水管道上的骑马井施工方法 中设置下节侧墙后的骑马井系统的剖视图；

图8为本发明实施例提供的现状运营盾构法排水管道上的骑马井施工方法 中设置顶管后的骑马井系统的剖视图；

图9为本发明实施例提供的现状运营盾构法排水管道上的骑马井施工方法 中开设第一洞口后的骑马井系统的剖视图；

图10为本发明实施例提供的现状运营盾构法排水管道上的骑马井施工方法 中设置顶板后的骑马井系统的剖视图；

图11为本发明实施例提供的现状运营盾构法排水管道上的骑马井施工方法 中设置井筒后的骑马井系统的剖视图；

图12为本发明实施例提供的现状运营盾构法排水管道上的骑马井施工方法 中设置井盖并进行基坑回填和现状路面恢复后的骑马井系统的剖视图。

图中，1：井盖，2：井筒，3：井室，4：盾构管道，5：基坑底板，6：侧 墙，7：顶管，8：第一钢筋，9：顶板，10：钻孔灌注桩，11：高压旋喷桩，12： 第二钢筋，13：顶圈梁，14：坑底标高，15：加固土体，61：上节侧墙，62： 下节侧墙，100：基坑。

具体实施方式

下面将结合示意图对本发明的具体实施方式进行更详细的描述。根据下列 描述和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用 非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明 实施例的目的。

如图12所示，本实用新型实施例提供了一种骑马井系统，包括：

骑马井，包括井盖1、井筒2和井室3，所述井盖1盖设在井筒2上，所述 井筒2设置在井室3上并与井室3连通设置；

盾构管道4，设置在土体中，所述井室3设置在盾构管道4上并与盾构管道 4连通设置，所述井室3的底端设置有基坑底板5，所述基坑底板5固定在盾构 管道4的外表面上，所述基坑底板5还固定在所述井室3的井壁6上，所述底 板5和盾构管道4上均开有洞口，所述井室3通过所述洞口与盾构管道4连通 设置；

顶管7，所述顶管7穿过所述井室3的井壁6并与井室3连通设置。

在本实施例中，盾构管道4是指现状运营盾构法排水管道，即正在运营的 通过盾构法施工而成的排水管道。

四面侧墙(也可称为井壁)6(图1中只能给出两面)围设成井室3，所述 井室3的沿盾构管道4铺设方向的一侧或两侧侧墙6与所述顶管7相连通。在 本实施例中，所述井室3的沿盾构管道4铺设方向的一侧侧墙6与所述顶管7 相连通。

在本实施例中，所述盾构管道4上固定有外露出盾构管道4的第一钢筋8， 外露出所述盾构管道的第一钢筋8插入并固定在所述基坑底板5中，所述井室3 的顶端设置有顶板9，所述顶板9固定在所述井室3的侧墙6上，所述井筒2通 过开有洞口的所述顶板9与井室3连通设置。

如图1所示，结合图2～12，本发明实施例还提供了一种现状运营盾构法排 水管道上的骑马井施工方法，包括：

步骤1：如图2～5所示，对底部铺设有盾构管道的待挖掘的基坑100构建基 坑围护结构；

步骤2：如图6～7所示，将待挖掘的所述基坑100在竖直方向上分成至少一 段，若分成一段，则先开挖所述基坑100直至设定的坑底标高14处为止，然后 在所述盾构管道4上植入第一钢筋8，并在所述盾构管道4上浇筑基坑底板5， 使得所述第一钢筋8穿入基坑底板5，且使得所述基坑底板5与侧墙6围设成一 井室3，浇筑所述基坑100四侧的侧墙6；若分成多段，则先开挖最后一段之 前的若干段，并在每挖掘一段后浇筑该段的侧墙6，且使每一段侧墙6与前一段 侧墙6上下相接，之后开挖最后一段直至设定的坑底标高14处为止，然后在所 述盾构管道4上植入第一钢筋8，并在所述盾构管道4上浇筑基坑底板5，使得 所述第一钢筋8穿入基坑底板5，最后浇筑与前一段侧墙上下相接的最后一段侧 墙以构成所述基坑100的侧墙6，并使得所述基坑100的侧墙6与基坑底板5围 设成一井室3；

步骤3：如图8～9所示，进行顶管施工以使得顶管7穿过所述基坑100的侧 墙6并与所述井室3相连通，在所述基坑底板5及盾构管道4顶端通过静力切 割设备连续排孔并使得孔孔相交以开设第一洞口，使得水流从顶管7流入井室3 中，进而通过所述第一洞口流入盾构管道4中；

步骤4：如图10所示，在所述井室3的顶端设置顶板9，所述顶板9固定 在基坑100的侧墙6上，且开设有第二洞口(图未示出)；

步骤5：如图11～12所示，在所述顶板9上设置通过第二洞口与井室3相连 通的井筒2，在所述井筒2顶端设置井盖1。

在本实施例中，在步骤1中，具体包括：

步骤1.1：对底部铺设有盾构管道4的待挖掘的基坑100的沿着所述盾构管 道4铺设的方向的两侧均设置钻孔灌注桩10，通过钻孔灌注桩10的设置实现了 止土的功能；

步骤1.2：在所述钻孔灌注桩10远离基坑100的一侧设置与钻孔灌注桩10 搭接的高压旋喷桩11，在所述钻孔灌注桩10靠近基坑100的一侧设置与钻孔灌 注桩10搭接的高压旋喷桩11，且在所述基坑100内满堂设置(即布满)高压旋 喷桩11(请参考图5，而图2中未示出基坑100内的高压旋喷桩11)，并使得任 意相邻的两个高压旋喷桩11搭接，通过与钻孔灌注桩10设置搭接的高压旋喷 桩11实现了止水的功能，通过在基坑100内满堂设置高压旋喷桩11实现了加 固基坑100的作用；

步骤1.3：在所述基坑100内设置一位置为坑底标高14，在所述坑底标高 14处的下方注浆，以形成加固土体15，在所述钻孔灌注桩10的顶端设置顶圈 梁13。

在本实施例中，在步骤1.1中，在设置钻孔灌注桩10后，在每一个所述钻 孔灌注桩10中均设置钢筋笼(图未示出)。

高压旋喷桩11采用强度等级42.5级新鲜普通硅酸盐水泥，水灰比为0.7～ 1.0，水泥掺量不小于25％，采用三重管法工艺施工，水泥浆的压力28Mpa，加 固土体无侧限抗压强度qu≥1.2Mpa，桩间搭接200mm。钻孔灌注桩10采用水 下c30砼，主筋保护层取75mm，采用GPS-10型循环钻机施工。

注浆采用强度等级42.5级普通硅酸盐水泥，掺15％的粉煤灰，浆液注入率 为15％，注浆压力0.3～1.0Mpa，水灰比为0.5～0.6，注浆孔间距为1.0m，采用 先外围后内部的分层注浆施工方式，盾构管道4底部采用斜注浆。

在步骤2中，在浇筑任一段侧墙后，在钻孔灌注桩10上凿孔并在凿孔处通 过第二钢筋12将该段侧墙固定在所述钻孔灌注桩10的钢筋笼上。

此外，在步骤2中，若分成一段，则会先浇筑基坑底板5，再浇筑侧墙6， 这是因为若不先浇筑基坑底板5，而是先浇筑侧墙6，则基坑100底部土块常常 会隆起、渗水，影响施工质量、成本与工期。同理，若分成多段，则会先浇筑 最后一段之前的若干段侧墙6，然后浇筑基坑底板5，最后再浇筑最后一段侧墙， 原因同上。

在本实施例中，将待挖掘的所述基坑100在竖直方向上分成两段，在第一 段施工上节侧墙61，在第二段施工下节侧墙62。

基坑100采用长臂反铲挖掘机开挖，开挖前先施作钢筋砼顶圈梁13，待顶 圈梁13强度达到设计强度后方可开挖。第一次开挖至上节侧墙61底部，浇筑 上节侧墙61，并通过第二钢筋12将上节侧墙固定在钻孔灌注桩10上，待上节 侧墙61钢筋砼强度达到设计强度后，继续向下开挖基坑100至坑底标高14的 位置。开挖过程中应检查开挖土体的加固情况，如有漏水、冒泡现象，应及时 采用补浆措施，以防盾构管道4下的土体流失。

在步骤2中，通过在所述盾构管道4上钻孔、刷孔、吹孔、注胶、植筋和 养护实现植入第一钢筋8的操作。此外，在钻孔前还需要做好施工准备，在吹 孔后还需要先进行钢筋处理再注胶，植入第一钢筋8的操作具体包括以下几个 步骤：

1)施工准备：植筋部位清理干净，按原设计图纸配筋要求进行植筋施工， 如工况复杂，盾构管道4内原有钢筋较多，可用钢筋探测仪找出原有钢筋的位 置，尽量避开原钢筋位置用红油漆标出植筋点位；

2)钻孔：根据植筋规格选择匹配的钻头，并做出深度标记。然后钻头对准 已放好的植筋点位启动电锤，保证钻孔垂直(或水平)达到设定的深度；

3)刷孔和吹孔：先用排刷清除孔边20cm范围内的灰尘，再用毛刷上下反 复旋转刷孔3遍，然后用专用气筒(或气泵)伸至孔底吹气至无明显灰尘排出， 重复上述操作2遍，以达到孔内清洁无灰尘，并用棉丝做好临时封堵，以防止 杂物进入；

4)钢筋处理：用打磨机将要埋入孔内部分钢筋打磨除锈，打磨除锈长度应 大于植筋深度2cm；

5)注胶：将胶囊放入注胶枪，挤出最初一小段胶不用，然后将胶枪伸入孔 底，边挤胶边拔出胶枪，使胶注入孔内2/3深度；

6)植筋：将已除锈钢筋插入植筋孔内，一边插一边向同一方向缓慢旋转， 直至到达孔洞底部为止，此时应有锚固胶从孔洞内溢出；

7)养护：植筋后24小时内进行自然养护并严禁碰动钢筋，以利于结构胶 固化，三天后可做拉拔试验。

钻孔采用冲击钻钻孔，钻头直径应比钢筋直径大4～8mm左右，钢筋直径 为Φ12，钻头选用φ18的合金钻头。钻孔深度按照《混凝土结构加固设计规范》 GB50367－2006要求：不小于20d(d为钢筋直径)，实际钻孔深度应取250mm， 钻头始终与盾构管道4的管片保持垂直。

在本实施例中，在步骤3中，通过切割所述盾构管道4上的盾构封顶管片 以及所述盾构封顶管片上的基坑底板5以开设所述第一洞口。

在本实施例中，所述静力切割设备为金刚石筒锯钻孔机。金刚石筒锯钻孔 机由机架、金刚钻筒、液压油泵等组成，该工艺具有施工作业速度快、噪音低、 无震动，无粉尘污染等优点。切割流程为定位、放线→钻工艺孔(起吊孔)→ 预吊→穿钢丝绳→切割→清理边缘碎砼→混凝土块起吊、运走。

1)定位、放线：采用测量仪器，对拟切割部位定位，采用墨斗进行弹线， 确定切割位置，保证切割位置的准确性；

2)钻工艺孔(起吊孔)；

3)预吊；

4)穿钢丝绳；

4)切割：采用金刚石筒锯钻孔机钻切，连孔成线，最终使开洞成形，钻 孔一般采用Φ102金刚石钻头作业，要求钻孔孔位定位准确，位置偏差不得超过 10mm。钻孔重叠率为1.1(即相邻孔位重叠10％)，连续排孔，孔孔相交，即所 谓“十钻加一钻”，排孔切割后，洞边留下曲牙断面，在后续施工中使用剔凿工 具将切割面人工凿平；

5)混凝土块起吊、运走：切割完成后将混凝土块用汽车吊吊出基坑100， 洞口不满足要求处进行修补或拆除，将拆除部分的垃圾及时清运。

采用金刚石筒锯钻孔机排孔钻切的施工方法具有以下有益效果：

1)无振动静力切割

由于静力切割是金钢石工具在高速运转下对钢筋混凝土进行磨削，产生的 粉屑靠冷却水带走，最终形成切割面，所以不存在振动问题，对原保留结构无 冲击，不会产生微裂纹破坏，不影响结构受力和使用寿命，这是其它类型的拆 除方法无法做到的，因此此方法更适合于有保留结构的混凝土的拆除施工。

2)低噪音

金钢石工具切割过程中只有磨削钢筋混凝土的声音，电动液压马达运转平 稳，整个施工中没有刺耳的声音，产生的音量可以控制在44dBA以内。

3)无污染

施工过程中采用水冷却高速运转的金钢石工具，并将磨削掉的铁屑和混凝 土粉屑携带走，产生的冷却水无有害物质，冷却水经现场回收后可以重复利用。 施工中采取相应封闭措施控制水的飞溅。

4)机械化程度高，操作人员数量少

静力切割是目前破碎拆除领域中，劳动强度最低的机械化操作工种，其技 术含量已远远超出传统的机械破碎的概念，是目前国际较为公认的结构保留性 拆除的最佳方案。另一方面在一定的作业层面上，不但其施工效率高，而且操 作人员可大大减少，有利于综合经济效益的提高。

5)无损性拆除施工技术保障措施

采用无损性拆除方案对保留结构安全性具有重要意义，其技术关键在于施 工过程中正确实施施工技术工艺和合理地安排施工工序，配以吊车安全吊运。 首先应选择性能完好的机械设备，针对混凝土标号的高低和内部钢筋含量的多 少正确地选择金钢石工具的性能，只有这样才能保证在控制工期内顺利完成计 划任务。

在步骤5中，具体包括：

步骤5.1：在所述顶板9上设置井筒2，所述井筒2通过第二洞口与所述井 室3相连通；

步骤5.2：在所述井筒2顶端设置井盖1。

此外，在步骤5.2之后，还需要进行基坑回填和现状路面恢复操作。

与现有技术相比，本发明提供了一种现状运营盾构法排水管道上的骑马井 施工方法，在现状运营盾构管道上实现了骑马井的安装，保护了现状运营盾构 管道，无需停运与现状盾构管道相关的排水系统，取得了显著的社会效益和经 济效益；完成了骑马井与现有盾构管道的接入以及与现有顶管排水管道的接入， 使得盾构管道、骑马井和顶管一体化受力，不会破坏盾构管道，保护了工程的 施工质量，而且采用静力切割法拆除封顶管片，无需设置简易预应力隧道支架， 进而使得施工对现有盾构管道的影响微乎其微，施工简便、成本较低、安全性 高；通过注浆实现了地基加固，提高了施工的安全性。

上述仅为本发明的优选实施例而已，并不对本发明起到任何限制作用。任 何所属技术领域的技术人员，在不脱离本发明的技术方案的范围内，对本发明 揭露的技术方案和技术内容做任何形式的等同替换或修改等变动，均属未脱离 本发明的技术方案的内容，仍属于本发明的保护范围之内。