沉井建造VSM工艺与成套装备及其工程应用

传统的沉井施工技术通常采用人工取土或小型机械取土,靠结构自重下沉,现场浇筑混凝土井壁的方式。然而传统方式存在施工效率慢,作业人员多且施工风险高,停沉突沉和倾斜现象多,对周围环境影响大等弊端。随着技术的发展,沉井施工技术也正在向装配式、机械化、数字智能化和绿色建造的趋势靠拢。针对目前前沿的沉井掘进技术-VSM工法极其国内外装备研制,总结了其工程应用情况,为沉井领域的机械化建造提供技术方案和设备选型参考。

装配式钢箱混凝土组合沉井结构受力性能研究

为了深入研究装配式钢箱混凝土组合沉井结构的受力性能,文章基于大洋泊车地下立体车库工程中的装配式沉井足尺试验研究,对试验沉井进行有限元分析,探究影响组合沉井受力性能的影响因素。结果表明:加劲肋与桁架撑可有效提高沉井整体刚度,减缓应力水平;混凝土强度对沉井井壁变形和应力均有影响,但当混凝土强度等级超过C60时,对沉井变形和应力的影响不明显;井壁钢板厚度对沉井井壁应力水平有一定影响,厚度每增加4 mm,应力峰值降低约10%,钢板厚度对井壁变形的影响很小。

DMPC工法沉井下沉施工对土体及环境影响研究

压入式沉井可在施工过程中调整下沉系数,并及时纠偏,减少对土体的扰动,大大降低对周边环境的影响,适用于建筑物密集的市区或周边环境复杂的地区。因此,合流污水一期复线工程(总管部分)FXZ1.1标工程使用数字化微扰动压入式沉井(DMPC工法)施工。结合1#盾构井实测数据,着重介绍了DMPC工法沉井下沉施工过程中,土体变形及周边环境影响情况。数据分析表明:DMPC工法沉井下沉过程中挤土效应与开挖效应并存;土体水平位移、土体分层沉降、地表沉降、建(构)筑物沉降、管线沉降、抗拔桩水平位移等均随沉井下沉深度的增加而增大,并随着距离沉井井壁距离增大而减小;可将距井壁5.0~15.0 m范围内的地表沉降,距井壁3.0~5.0 m范围内的管线、建(构)筑物沉降影响控制在毫米级水准。充分说明DMPC工法沉井下沉过程对环境影响微小,适用于复杂敏感的施工环境。

淤泥流砂地层沉井施工技术

为提升在淤泥流砂地层进行沉井挖土下沉工作的施工质量与安全水平,采用沉井周边及井底防渗、井周降水开挖下沉、不排水井底封底等措施进行施工过程控制。在沉井周边及井底施工高压旋喷桩进行防渗加固,开挖过程采用水陆两栖挖井进行挖土作业,通过蛙人水下封底检查,水下混凝土封底浇筑。结果表明,通过上述措施,有效解决了在淤泥流砂地层沉井施工易出现的井底管涌、涌砂等安全风险,保证了施工工期。

波浪作用下深水沉井的动力响应分析

波浪是跨江、跨海桥梁施工和设计中需要考虑的主要动荷载之一,针对深水基础中被广泛使用的沉井基础,利用Fluent软件建立三维足尺沉井结构模型,并基于二阶Stokes波浪理论,建造数据水池,研究当波浪参数发生改变时沉井的动力响应最值变化规律及受影响程度。通过计算分析得出结论:当改变水深时,波浪的参数变化较小,沉井在波峰和波谷作用下的动力响应最值随着水深的增大而增大,但单位水深的变化对弯矩和变形的影响相对较大;当仅波浪的周期增加时,虽然沉井的动力响应最值呈现增大趋势,但是单位周期变化对变形和应力基本无影响,总体保持在4%以下,对弯矩和剪力响应最值的影响较大。

自动测量技术在沉井下沉姿态测量中的研究及应用

随着城市化的快速发展,沉井工程在基础设施建设中的作用日益凸显。为确保沉井下沉过程的稳定性和工程质量,其下沉姿态的监测变得尤为重要。文章详细介绍了用于监测沉井下沉姿态的自动测量系统及方法,通过实际工程应用实例的分析,展示了自动测量系统的准确性和效益,并与传统人工测量方法进行比较,证实了其具有明显优势。

沉井施工关键节点结构受力特征分析

采用ABAQUS有限元分析软件,对某在建提水泵站工程沉井施工过程中的关键施工节点进行了数值模拟分析。深入探讨了该沉井结构在关键部位的应力分布特征及其受力情况,旨在为沉井施工过程中的安全性和可靠性提供理论依据。模拟结果显示沉井结构在整体上处于较低的应力状态,满足基本的力学性能要求。但在局部区域存在应力集中现象,这可能会对结构的稳定性和安全性造成潜在威胁,建议通过加强局部构造来优化沉井结构设计,从而减少应力集中所带来的不利影响,确保沉井施工过程中的安全性。该研究的结论对于同类工程的设计和施工具有一定的参考价值,有助于推动建筑工程领域的技术进步和安全管理水平的提升。

软土地区沉井施工引起地表沉降预测计算方法

沉井已被广泛应用于软土区的地下空间建设,但其下沉过程引起的地表沉降大小及分布不清,缺乏预测方法。本文以上海地区某沉井工程为背景,基于上海典型土层的HSS模型计算参数,采用有限差分法模拟圆形沉井下沉,基于对96个数值结果的系统分析和归一化研究,提出了一套沉井施工引起的地表沉降快速预测方法。该方法能够综合考虑沉井直径B、下沉深度H和井内留土高度h对地表沉降的影响。最后采用该计算方法预测了5个工程的地表沉降并同实测数据进行了对比,结果表明,该方法能够很好地预测软土区的沉井施工引起的地表沉降,可为快速评估沉井施工的环境效应提供有效方法。

沉井-砂土界面特性及侧摩阻力分布特性试验研究

沉井侧摩阻力是桥梁工程中的重点关注问题。为研究沉井-砂土界面特性,使用大型直剪仪对不同法向应力及含水率条件下的砂土进行界面剪切试验,并开展模型试验,研究不同类型的砂土、有无台阶以及不同施工工艺条件下沉井下沉过程中的侧摩阻力分布特性。结果表明:剪切位移较小时,沉井-砂土界面剪应力随剪切位移的增加而增加,当剪切位移达到某一临界值后,剪应力趋于稳定;界面抗剪强度随含水率的增加而小幅减小,界面抗剪强度参数以内摩擦角为主,黏聚力较小,界面水敏性较低;沉井下沉过程中,侧壁土压力-入土深度曲线在沉井刃脚位置发生“内拐”,即侧壁土压力在刃脚发生应力松弛,应力松弛的程度与下沉深度正相关,且随砂土粒径的增加有所降低;与无台阶沉井相比,台阶型沉井的侧壁土压力明显降低,在沉井上增设台阶可有效降低沉井的下沉难度;台阶型沉井与侧壁土体之间灌砂会导致沉井侧壁土压力小幅增加,对沉井的下沉难度影响不大。

大型沉井接高过程中地基抗剪强度的有限元计算

为探讨大型沉井在强度较低且具有时变效应的软土地基上产生的突沉、偏沉等问题,运用ABAQUS有限元软件对南京市龙潭大桥南锚碇沉井前3节的接高过程进行模拟,观察沉井地基中超静孔压的消散情况,并通过规范法和有效应力法计算并比较其抗剪强度的变化。结果表明,在沉井混凝土养护期间,超静孔压迅速消散,地基抗剪强度得到提升,且浅部的强度提升较大,向深部则存在衰减;沉井能否进行下一节的浇筑接高不受超静孔压消散时间的控制,而主要受控于混凝土的养护情况;规范法的抗剪强度计算结果相较于有效应力法大,在工程实践中为保守取值,可选取有效应力法计算强度增长。

压入式沉井与反力桩对地表沉降的耦合影响研究

利用压入式连续沉井群建造轨交地下车站是一种新型预制装配建造模式,但相较传统的明挖式基坑车站修建方式,目前尚缺乏对沉井压入过程环境影响的研究。为此,本研究以实际工程案例为背景,通过数值模拟,结合现有实测拟合沉降曲线,对比调查了沉井外侧反力桩的存在与否对地表沉降剖面的影响规律;进一步调查了桩间距对于地表沉降的调控作用;并基于抗拔承载力等效原则,同时探究了桩间距和桩径对周边土体沉降的影响。进而形成了桩外侧和桩间土体沉降剖面的修正归一化曲线,为压入式连续沉井群地下车站在高密度城市中心的实施提供参考支撑。

沉井侧摩阻力监测装置设计及应用研究

针对现有沉井施工过程中侧摩阻力测试方法要求高、难度大的问题,自主设计研发一套侧摩阻力直接测试装置,并提出输出电压与侧摩阻力的理论转化公式。通过有限元软件对不同传感器平行梁尺寸下梁端应变和最大应力、不同密封材料下装置的应变损失进行分析,指导传感器平行梁尺寸及密封材料的选择,并利用大型直剪仪对装置进行精准标定,最后在哈尔滨某沉井工程中进行现场应用。研究结果表明:1)平行梁的厚度越小、长度越大,弹性元件在荷载作用下微应变越大,但同时最大应力会增大;2)传感器内填充密封材料后,会存在一定应变损失,采用硅酮结构胶对装置进行密封应变损失最小;3)不同法向应力加载条件下侧摩阻力监测装置标定曲线的一致性较好,线性拟合系数均大于0.99,装置稳定性好。现场应用结果表明,通过侧摩阻力监测装置获取的沉井侧摩阻力与侧壁土压力的分布规律基本一致,且装置易于安装,可靠性好。

大型沉井流塑状粉质黏土地基固结排水分析

为了探究一种加快沉井地基土体固结排水效率的施工方法及其对沉井结构受力安全性影响,基于南京长江河段某过江通道悬索桥锚碇大型沉井基础,开展实测和数值模拟分析,研究换填沙袋处理配合沉井对角浇筑方法在流塑状粉质黏土地基基础施工过程中的影响。结果表明:在沉井井壁和隔墙底部采取换填沙袋处理后,沉井浇筑和接高施工进度可不受粉质黏土排水固结过程控制,而主要取决于沉井结构混凝土强度的增长情况。换填沙袋地基处理可以提升固结排水效率,但容易出现地基不均匀现象,从而产生沉井结构受力安全性问题。

连续沉井法建设轨道交通地下车站的关键技术研究

为探索“碳达峰、碳中和”国家战略背景下建设方式的绿色转型,根据嘉兴至枫南市域铁路工程曹庄站的实际背景,提出连续沉井法建设轨道交通地下车站的设计方案,即通过分批下沉间距紧密的沉井群并纵向贯通形成狭长型整体车站结构;然后,阐述本工法所涉及的永临结合、结构连接、差异沉降控制、环境影响控制等关键技术。与传统明挖法相比,该工法可避免大量临时工程,降低工程造价;通过采用不排水开挖方式,可规避承压水突涌风险;该工法对周边土体影响小,适用于城区敏感环境下轨道交通地下车站的建设;通过增加狭长型车站可同步施工的作业面并实现结构制作、土方开挖同步进行,节省车站工期。

常泰长江大桥6号墩沉井下沉施工监控技术

常泰长江大桥主航道桥为主跨1208 m的公铁两用斜拉桥,大桥6号墩采用平面圆端形、立面台阶型的超大钢壳混凝土沉井基础,沉井基础底平面尺寸为95.0 m×57.8 m,总高72.0 m,下沉穿过黏土、砂交互地层。为有效控制6号墩沉井下沉施工风险,提高下沉效率,提出“一条主线、三个限定”的总体控制原则。在沉井下沉可行性控制方面,将沉井底面支承反力监测点布置在内、外井壁和隔墙的刃脚踏面上,兼顾了沉井下沉阻力计算、地基土失稳破坏风险预警和取土效果评价的功能;提出基于CPT评估砂土层沉井外井壁刃脚踏面反力的经验算法,解决了施工前难以评估沉井下沉端阻力的问题;提出采用分项计算下沉阻力、分状态评估沉井下沉可行性的方法,解决了下沉系数的力学意义不明确、难以准确评估下沉可行性的问题。在地基土稳定性控制方面,提出基于圆弧滑动理论评估地基土稳定性的方法,确定保证地基土稳定需控制外井壁刃脚踏面反力不小于1.0 MPa。在沉井姿态控制方面,提出将下沉侧阻力占下沉总阻力的比重系数作为沉井突沉风险判定指标,根据该指标判断该沉井突沉风险较低。基于上述监控技术,6号墩沉井实现了平稳、高效下沉。

沉井下沉过程倾斜度演变特征研究

沉井下沉施工过程须贯彻勤测勤纠、随偏随纠原则,特别是对整个下沉过程实施信息化监测尤为必要,以实现均匀安全下沉。以某沉井下沉过程监测技术为例,讨论了各参数的演变特征,如下沉速率、倾角等,发现沉井下沉速率基本均匀,位移及倾斜程度均满足施工规范及安全要求。考虑取土频率及阻力等因子影响,沉井下沉各阶段基本呈现一类阻尼振荡衰减演变特征,这一特征可用于反馈整个沉井施工过程中的技术控制或评价整个施工过程质量控制,对类似工程施工具有指导意义。

大尺寸沉井与长距离顶管在取排海水工程中的应用

工程项目实施中,需要重点关注工程费用与环境保护问题。水运项目中的取水泵房、排水井、取排水管道主要采用大开挖+现浇的传统干施工法,以及大开挖+沉管的水下施工方式。相较于传统方法,采用沉井+暗挖顶管的新工艺,介绍沉井与暗挖顶管的应用现状、重点和难点。以广东省某LNG(液化天然气)工程为背景,对不同工法的工序工期、质量验收标准、工程费用、环境保护、施工安全等进行对比分析。通过研究发现,采用沉井及顶管方案在工程费用与环境保护方面具有显著优势。实践证明,大尺寸沉井与长距离顶管方案在取排海水工程中应用良好,可为类似工程设计与施工提供参考。

跨海大桥沉井水中沉放流场及水流力模拟研究

水中沉放是设置沉井施工的重要环节,明晰沉放过程中周围流场结构及受力特性是开展沉井沉放施工的基本前提。文章以西堠门公铁两用跨海大桥#4墩嵌入式设置沉井为研究对象,通过采用数值模拟方法分析了沉井基坑开挖对周围流场的影响,研究了不同沉深及不同流速条件下的沉井内外流场形态与所受水流力,获得了绕流特征与沉井受力随沉深及流速的变化规律。结果表明:受沉井形态及基坑地形影响,三维绕流特性较为显著;入水沉放深度对竖向绕流形态、紊动强度等参量具有显著影响;不同来流速度下的绕流形态、流场速度分布规律、相对紊动强度较为一致;受尾涡脱落影响,沉井所受横、纵向水流力均会伴随一定幅值的波动,均值与沉深、来流速度具有较好的正相关关系;基坑的存在降低了沉井竖向阻塞作用,会减小沉井所受水流力。

复杂地质环境下矩形深大沉井下沉施工技术研究与应用

以广东省中山市某污水处理厂沉井为研究对象,依据图纸结合现场实际地质条件,利用多点支撑开挖下沉技术优化结构设计、中心土滞挖控制涌土、偏位堆载实现沉井纠偏、自动化监测保证沉井下沉姿态等,克服了下沉过程中的各项问题,同时也保证了周边环境的安全,有效保证了沉井安全稳定下沉到位。在保证施工质量、安全的同时,缩短了工期,节约了成本,对污水处理厂深大构筑物运用沉井方法进行施工具有极大的推进作用。

沉井施工技术在市政地下工程中的应用

沉井施工作为管道施工常用的工艺,在城市市政建设中应用广泛。以中国(上海)自由贸易试验区临港新片区(以下简称“新片区”)某污水管道新建工程为例,阐述针对特殊地质情况,采用排水下沉施工技术,克服不良地质沉井下沉的难题,提高施工功效,降低安全风险,以期为今后沉井施工技术在新片区其他工程中的应用提供借鉴。