孔壓反力施工裝置的制造方法

孔壓反力施工裝置的制造方法
【專利摘要】本實用新型涉及巖土工程與地下工程領域中的孔壓反力施工裝置，包括施工構件(37)、密封袋(38)、操作面(36)、流體儲存腔(9)與密封連接(39)五部分，該孔壓反力施工裝置利用流體儲存腔(9)內流體壓強進行止水、封堵孔隙，可方便、快速、低造價地達到止水、封堵孔隙等目的，適用于地下工程建造與加固及降水工程領域，設備小，造價低，施工質量好。
【專利說明】
孔壓反力施工裝置
技術領域
[0001]本發明涉及巖土工程領域中的基坑、粧基、降水、粧基測試與地下工程中的加固與隔水擋土工程領域。
【背景技術】
[0002]鋼管粧的拔出是巖土工程領域的基坑與粧基工程領域中的關鍵技術之一，鋼管粧的拔出施工可實現鋼管粧的回收再利用，對節約工程成本、減少建筑材料的消耗具備十分重要的工程價值。目前常用的鋼管粧拔出方法主要包括靜力拔粧法與振動拔粧法，該兩種方法拔粧成本高且伴隨拔粧帶土，對周邊環境有一定的影響。另外，目前的鋼管粧的豎向抗拔承載力試驗主要采用靜載荷試驗方法或平衡法進行拔粧，試驗成本高。對于大型鋼管粧及海洋工程中使用的鋼管粧，試驗成本更是十分昂貴。對于利用鋼管粧護壁的工程粧施工往往在鋼管粧拔出時伴隨有縮徑、斷粧等問題，且粧土間的相互作用力較低，單粧承載力較低，未能充分挖掘地基土潛力，對于其它形式的灌注粧也存在上述問題。目前，降水管井的施工通常先鉆孔，向鉆孔內放置降水井管，在井管外側回填中粗砂、碎石、粘土等管井濾料，然后通過繁瑣的洗井工藝清出管井濾料中的泥漿。該施工工藝效率低、速度慢、成本高，且往往需要排放泥漿，對周邊環境有一定污染。在地下工程特別是深層地下空間建造與加固領域中，由于地下水壓力大，在地下空間建造及加固過程中，阻隔地下水流動，避免流砂、涌土等地質災害的難度大，目前尚缺乏快速有效的技術措施。在降水工程領域中，目前常用的真空管井降水一般采用封堵井口或用粘土封堵管井的方法在降水井管內形成密閉空間，現有方法施工速度慢，造價高，密封性不好。

【發明內容】

[0003]本發明的第一個目的在于提供第一種孔壓反力施工方法，該孔壓反力施工方法能充分調動粧內土體在拔粧過程中提供反力作用，且可解決拔粧帶土問題，對周邊環境影響小，所用機械小，拔粧成本低，主要適用于管粧拔出工程領域。
[0004]該第一種孔壓反力施工方法包括以下步驟:
[0005]a)定位待拔鋼管粧，并完成鋼管粧上的密封粧塞的安裝；
[0006]b)利用鋼管粧的側壁、密封粧塞、鋼管粧內或鋼管粧底部的土體，在鋼管粧內形成流體儲存腔；
[0007]c)向流體儲存腔內注入氣體、液體中的一種或兩種組合；
[0008]d)通過向流體儲存腔內持續注入氣體或液體，增加流體儲存腔內氣體或液體的壓強；
[0009 ] e)使鋼管粧內土體的孔隙水壓力或孔隙氣壓力增加；
[0010]f)利用注入流體儲存腔內的氣體或液體，將鋼管粧內土體的孔隙水壓力或孔隙氣壓力傳遞至位于鋼管粧上的密封粧塞或鋼管粧上；
[0011]g)利用作用于密封粧塞或鋼管粧上的氣體或液體壓力作為拔粧力或作為拔粧力的一部分進行鋼管粧拔出施工。
[0012]在上述的孔壓反力施工方法中，在上述的步驟g)中，可在鋼管粧頂部安裝振動錘，通過振動錘的振動減小拔粧阻力。
[0013]在上述的孔壓反力施工方法中，在上述的步驟g)中，可在鋼管粧上施加上拔作用力協助拔粧施工。
[0014]在上述的孔壓反力施工方法中，在上述的步驟g)中，可在拔粧的同時，利用鋼管粧外圍地基土提供反力協助拔粧施工，同時減小鋼管粧外側拔粧帶土。
[0015]在上述的孔壓反力施工方法中，在上述的步驟f)中，可將流體儲存腔內的氣體或液體的壓強提高至可在鋼管粧側壁與土體之間形成薄層氣膜或水膜，減小鋼管粧的拔粧力及拔粧帶土影響。
[0016]本發明的第二個目的在于提供第二種孔壓反力施工方法，該施工方法可以測量鋼管粧的極限抗拔承載力，較傳統的抗拔粧承載力試驗方法，試驗成本得到大幅度降低，主要適用于粧基測試工程領域。
[0017]該第二種孔壓反力施工方法包括以下步驟:
[0018]a)定位待拔鋼管粧，并完成鋼管粧上的密封粧塞的安裝；
[0019]b)利用鋼管粧的側壁、密封粧塞、鋼管粧內或鋼管粧底部的土體，在鋼管粧內形成流體儲存腔；
[0020]c)向流體儲存腔內注入氣體、液體中的一種或兩種組合；
[0021 ] d)通過向流體儲存腔內持續注入氣體或液體，增加流體儲存腔內氣體或液體的壓強；
[0022]e)使鋼管粧內或鋼管粧底部的土體的孔隙水壓力或孔隙氣壓力增加；
[0023]f)利用注入流體儲存腔內的氣體或液體，將鋼管粧內或鋼管粧底部的土體的孔隙水壓力或孔隙氣壓力傳遞至位于鋼管粧上的密封粧塞或鋼管粧上；
[0024]g)利用作用于密封粧塞或鋼管粧上的氣體或液體壓力作為拔粧力或作為拔粧力的一部分進行拔粧，同時測量流體儲存腔內的氣體或液體的壓強，并測量鋼管粧的上拔位移量；
[0025]h)重復步驟g)，直至鋼管粧達到上拔破壞；
[0026]i)記錄整理步驟g)中記錄的數據，根據壓強換算拔粧力；
[0027]j)根據拔粧力與鋼管粧上拔位移量的關系，計算單粧抗拔極限承載力。
[0028]在上述的第二種孔壓反力施工方法中，在上述步驟j)中，可結合抗拔粧極限平衡方程，根據拔粧過程中的氣體或液體壓強計算鋼管粧在拔粧過程中的徑向變形，對單粧極限抗拔承載力進行修正。
[0029]在上述的第二種孔壓反力施工方法中，在上述步驟j)中，可依據總的拔粧力減去鋼管粧內側摩阻力計算單粧抗拔極限承載力。
[°03°]在上述的第二種孔壓反力施工方法中，在上述步驟j)中，在計算鋼管粧內側土體摩阻力時，可忽略鋼管粧內土體孔隙水壓力或孔隙氣壓力的增加對側摩阻力的影響。
[0031]本發明的第三個目的在于提供第二種孔壓反力施工方法所用的施工裝置，該施工裝置可順利實施第二種孔壓反力施工方法，且可測量單粧抗拔極限承載力，成本低，速度快，主要適用于粧基測試工程領域。
[0032]該施工裝置包括密封粧塞、鋼管粧、鋼管粧內或鋼管粧底部的土體、流體儲存腔、流體輸送管道、流體注入器、壓強測量儀、粧頂位移測量儀八部分，其中密封粧塞為與鋼管粧牢固連接且可封堵鋼管粧內空腔的結構，鋼管粧為位于巖土體中的中空管狀結構，流體儲存腔為由密封粧塞、鋼管粧的側壁、鋼管粧內或鋼管粧底部的土體圍合而成的空間，流體輸送管道為將氣體或液體注入流體儲存腔的管狀結構，流體注入器為將流體加壓后通過流體輸送管道注入流體儲存腔的器具，粧頂位移測量儀為測量在拔粧過程中鋼管粧粧頂位移變化的儀器，壓強測量儀為測量流體儲存腔內流體壓強的儀器。
[0033]本發明的第四個目的在于提供第三種孔壓反力施工方法，該孔壓反力施工方法能充分調動鋼管內未凝固的混凝土、降水管井材料或鋼管粧內充填料在拔粧過程中提供反力作用，可避免拔粧時未凝固的混凝土或鋼管粧內充填料或降水管井材料出現縮徑、斷粧問題，而且可在拔粧過程中通過對未凝固的混凝土或鋼管粧內充填料的擠壓大幅度提高鋼管粧拔出后鋼管粧內混凝土粧或其他材料粧的端阻力、側阻力及粧身材料密實度，所用機械小，成本低，施工完成后可形成鋼管護壁灌注擠壓粧。如鋼管粧充填降水管井材料，則施工完成后可形成無需洗井的高質量鋼管護壁降水管井。主要適用于粧基與降水工程領域。
[0034]該第三種孔壓反力施工方法包括以下步驟:
[0035]a)定位待施工的粧位；
[0036]b)在待施工的粧位處插入鋼管粧，清出鋼管粧內的土體，并向鋼管粧內放置鋼管粧內充填料，鋼管粧內充填料為粧身材料、降水管井材料、土體中的一種或幾種組合；
[0037]c)完成鋼管粧上的密封粧塞的安裝；
[0038]d)利用鋼管粧的側壁、密封粧塞、鋼管粧內充填料，在鋼管粧內形成流體儲存腔；
[0039]e)向流體儲存腔內注入氣體、液體中的一種或兩種組合；
[0040]f)通過向流體儲存腔內持續注入氣體或液體，增加流體儲存腔內氣體或液體的壓強；
[0041 ] g)利用作用于鋼管粧或密封粧塞上的氣體或液體壓力作為拔粧力或作為拔粧力的一部分進行鋼管粧拔出施工。
[0042]在上述的第三種孔壓反力施工方法中，在上述的步驟b)中，可在鋼管粧插入施工完成后，利用鉆孔的方法中的一種或幾種組合將鋼管粧內的土體清出。
[0043]在上述的第三種孔壓反力施工方法中，在上述的步驟b)中，可在鋼管粧插入施工時或施工前或施工后，在鋼管粧的內側放置外徑略小于鋼管粧內徑的取土管，在施工完成后，將取土管連同進入其內的土體一同取出，完成鋼管內土體的清出。
[0044]在上述的第三種孔壓反力施工方法中，在上述的步驟b)中，上述的降水管井材料包括降水井管、安裝于降水井管上的濾網、位于降水井管與鋼管粧側壁之間的降水井填充料三部分。
[0045]在上述的第三種孔壓反力施工方法中，在上述的步驟b)中，可在鋼管粧插入施工時，將鋼管粧底部安裝粧尖，在鋼管粧插入施工過程中阻止土體進入鋼管粧。
[0046]在上述的第三種孔壓反力施工方法中，在上述的步驟b)中，可在鋼管粧內置入鋼筋籠并灌注混凝土，也可以向鋼管粧內灌注CFG粧、碎石粧或其他粧身材料。
[0047]在上述的第三種孔壓反力施工方法中，在上述的步驟b)中，可在鋼管粧內或鋼管粧外側安裝混凝土栗管，在鋼管粧插入施工完成后，通過混凝土栗管將粧身混凝土材料栗送至鋼管粧底部并通過擠壓清出鋼管粧內的土體。
[0048]在上述的第三種孔壓反力施工方法中，在上述的步驟b)中，可通過振動鋼管粧以減小鋼管粧內的土體清出阻力。
[0049]在上述的第三種孔壓反力施工方法中，在上述的步驟b)中，可在混凝土灌注后，將鋼筋籠以振動的方式插入混凝土中。
[0050]在上述的第三種孔壓反力施工方法中，在上述的步驟b)中，可在混凝土栗管的下端安裝單向閥。
[0051 ]在上述的第三種孔壓反力施工方法中，在上述步驟d)中，可在上述的鋼管粧的側壁、鋼管粧內的粧身材料或土體圍成的空間內放置可伸縮的囊狀結構作為流體儲存腔。
[0052]本發明的第五個目的在于提供一種孔壓反力施工方法所用的施工裝置，該施工裝置可快速順利實施第一種與第三種孔壓反力施工方法，且可解決拔粧帶土問題，對周邊環境影響小，所用機械小，拔粧成本低。當用于第三種孔壓反力施工方法時，在鋼管粧拔出過程中，可確保鋼管粧內灌注的粧身材料不出現斷粧、縮徑等問題，并通過擠壓提高粧身材料與土體間的相互作用力，可在鋼管粧拔出后形成高承載力的鋼管護壁灌注擠壓粧，主要適用于管粧拔出與粧基工程領域。
[0053]該拔粧裝置包括密封粧塞、鋼管粧、鋼管粧內充填料、流體儲存腔、流體輸送管道、流體注入器六部分，其中，密封粧塞為與鋼管粧牢固連接且可封堵鋼管粧內空腔的結構，鋼管粧為位于巖土體中的中空的管狀結構，流體儲存腔為由密封粧塞、鋼管粧的側壁、鋼管粧內充填料圍合而成的空間或放置于鋼管粧內可伸縮的囊狀結構，流體輸送管道為將氣體或液體注入流體儲存腔的管狀結構，流體注入器為將流體加壓后通過流體輸送管道注入流體儲存腔的器具，鋼管粧內充填料是粧身材料、土體、降水管井材料中的一種或幾種組合。
[0054]在上述的施工裝置中，上述的流體注入器可以是空氣壓縮機、水栗、油栗中的一種或幾種組合。
[0055]在上述的施工裝置中，可增加能夠提供上拔力的機械設備輔助拔粧。
[0056]在上述的施工裝置中，可在鋼管粧上安裝振動錘，以減小拔粧阻力。
[0057]在上述的施工裝置中，上述的密封粧塞由擋板、蓋板、軟墊三部分組成。
[0058]在上述的施工裝置中，可在鋼管粧的側壁開孔安裝用于提高密封粧塞承載能力的加強栓。
[0059]在上述的施工裝置中，可在擋板與蓋板之間用連接螺栓連接。
[0060]在上述的施工裝置中，可在鋼管粧外側或內側安裝底部有或沒有單向閥的混凝土栗管。
[0061]在上述的施工裝置中，鋼管粧可以是由內管與外管組成的雙筒鋼管粧。
[0062]本發明的第六個目的在于提供第三種孔壓反力施工方法所用的清土裝置，該清土裝置施工速度快，成本低。
[0063]該清土裝置包括鋼管粧、混凝土栗管、混凝土栗三部分，其中，鋼管粧為沉入土體中的中空管狀結構，混凝土栗管為將未凝固的混凝土或砂漿等粧身材料輸送至鋼管粧底部的管狀結構，混凝土栗為將未凝固的混凝土或砂漿等粧身材料加壓使其流動進入混凝土栗管的裝置，混凝土栗管與鋼管粧連接，混凝土栗與混凝土栗管連接。主要適用于粧基工程領域。
[0064]在上述的清土裝置中，上述的鋼管粧可以是包含內管與外管的雙套管結構。
[0065]在上述的清土裝置中，可在上述的鋼管粧上安裝振動錘。
[0066]在上述的清土裝置中，可在混凝土栗管的底部安裝可阻止土體進入的單向閥。
[0067]在上述的清土裝置中，可在混凝土栗管內安裝管狀止土塞或袋狀止土塞。
[0068]本發明的第七個目的是提供第四種孔壓反力施工方法，該第四種孔壓反力施工方法可以利用流體壓力平衡土體中的水壓力，可避免施工過程中地下水導致的災害，施工工藝簡單、快速，造價低。主要適用于地下工程中的擋土隔水與加固、改擴建等工程領域
[0069]該第四種孔壓反力施工方法包括以下步驟:
[0070]a)建造地下工程施工所需的操作面；
[0071 ] b)定位待施工的位于巖土中的施工構件；
[0072]c)在操作面上，在施工構件位置的外圍安裝密封袋；
[0073 ] d)利用施工構件的側壁、密封袋，在施工構件外圍形成流體儲存腔；
[0074]e)向流體儲存腔內注入氣體、液體中的一種或兩種組合，增加流體儲存腔內氣體或液體的壓強，并在操作面上開孔，利用流體儲存腔隔水；
[0075]f)將施工構件置入土體，并利用密封袋將施工構件進行轉換、分段、加長或施工完成后的操作面孔口密封；
[0076]g)重復步驟b)至步驟f)，完成施工。
[0077]在上述的第四種孔壓反力施工方法中，上述的施工構件可以是在巖土中施工的器具或結構中的一種或兩種組合。
[0078]在上述的第四種孔壓反力施工方法中，上述的施工構件可以是在巖土體中施工的粧、墻、管棚、錨桿、擋土止水結構或連續粧或墻中的一種或幾種組合。
[0079]在上述的第四種孔壓反力施工方法中，上述的密封袋為柔性的具備一定強度的一個或多個袋狀或管狀結構。
[0080]本發明的第八個目的是提供第四種孔壓反力施工方法所用的施工裝置，該施工裝置可順利實現上述的第四種孔壓反力施工方法，構造簡單、造價低、速度快。
[0081]該施工裝置包括施工構件、密封袋、操作面、流體儲存腔與密封連接五部分，其中的施工構件為在巖土中施工的器具或結構中的一種或兩種組合，密封袋為位于施工構件外圍且與施工構件及操作面緊密連接的柔性袋狀結構，操作面為位于地下水位以下可擋土止水的結構面，流體儲存腔是由施工構件與密封袋圍合而成的空間，密封連接為將密封袋與施工構件、密封袋與操作面之間緊密連接的裝置。
[0082]本發明的第九個目的在于提供第五種孔壓反力施工方法，該第五種孔壓反力施工方法可以利用流體儲存腔密封孔洞或縫隙，可在降水管井內快速形成密閉空間，大大提高了真空管井降水的效果，施工速度快，造價低。主要適用于降水工程領域。
[0083]該第五種孔壓反力施工方法包括以下步驟:
[0084]a)在巖土體中施工降水管井；
[0085]b)將密封袋與抽氣管、抽水管中的一種或兩種組合置入降水管井內，并用密封袋將抽氣管與抽水管中的一種或兩種組合包裹；
[0086]c)向密封袋內充入液體或氣體，用密封袋將抽氣管與抽水管中的一種或兩種組合與降水管井井壁間的孔隙封堵；
[0087]d)抽出降水管井內的空氣，降低降水管井密封段的氣壓，進行真空降水。
[0088]本發明的第十個目的在于提供第五種孔壓反力施工方法所用的施工裝置，該施工裝置可順利實現本發明的第五種孔壓反力施工方法，構造簡單，施工速度快，造價低，主要適用于降水工程領域。
[0089]該施工裝置包括降水管井、抽水管與抽氣管中的一種或兩種組合、密封袋三部分，其中的降水管井為施工于巖土體中的降水井，抽氣管為插入降水管井內能抽出降水管井內空氣的管狀結構，抽水管為能抽出降水管井內水的管狀結構，密封袋為通過充裝氣體或液體將抽水管與抽氣管中的一種或兩種組合與降水管井之間的孔隙封堵的袋狀結構。
[0090]本發明的孔壓反力施工方法及其施工裝置，能充分調動鋼管粧內流體壓力作用提供拔粧反力或用于平衡地下水壓力、封堵孔隙，施工設備小，造價低，可解決拔粧帶土對周邊環境影響的難題;對于第三種孔壓反力施工方法，可在拔粧后完成鋼管護壁灌注擠壓粧施工，當鋼管粧內填充的是降水管井材料時，可在拔粧后完成無需清洗且質量可靠的鋼管護壁降水管井，工程質量可靠，施工速度快，造價低;對于第四種孔壓反力施工方法，可用流體儲存腔內的液體壓力平衡土體中的水壓力，可避免流土、滲水、流砂等災害的發生，特別適合于地下空間的建造、加固與改擴建，以快速簡便的方法解決了深層地下空間建造與改擴建中地下水處理難題，本發明的第五種孔壓反力施工方法與施工裝置大幅度降低了真空管井的造價，提高了施工效率與質量。
【附圖說明】
[0091]圖1為本發明的第一個實施例、第二個實施例及第三個實施例所用的孔壓反力施工方法所用的拔粧裝置剖面構造示意圖；
[0092]圖2為本發明的第一個實施例、第二個實施例及第三個實施例所用的孔壓反力施工方法所用鋼管粧橫截面示意圖；
[0093]圖3為本發明的第一個實施例、第二個實施例及第三個實施例所用的一種密封粧塞結構構造示意圖。
[0094]圖4為本發明的第三個實施例所用的內外雙管鋼管粧插入土體狀態剖面示意圖；
[0095]圖5為本發明的第三個實施例所用的取土管取土狀態剖面示意圖；
[0096]圖6為本發明的第三個實施例所用的鋼筋籠放置狀態剖面示意圖；
[0097]圖7為本發明的第三個實施例所用的混凝土灌注狀態剖面示意圖；
[0098]圖8為本發明的第三個實施例所用的孔壓反力鋼管粧拔粧狀態剖面示意圖；
[0099]圖9為本發明的第三個實施例所用的鋼管粧拔出后形成的鋼管護壁灌注擠壓粧剖面示意圖；
[0100]圖10為本發明的第三個實施例所用的利用可伸縮的囊狀結構作為流體儲存腔時孔壓反力鋼管粧拔粧狀態剖面示意圖；
[0101]圖11為本發明的第四個實施例所用的中心栗管混凝土壓灌去土法鋼管粧插入狀態剖面示意圖；
[0102]圖12為本發明的第四個實施例所用的中心栗管混凝土壓灌去土法混凝土壓灌去土狀態剖面示意圖；
[0103]圖13為本發明的第四個實施例所用的內側栗管混凝土壓灌去土法鋼管粧插入狀態剖面示意圖；
[0104]圖14為本發明的第四個實施例所用的內側栗管混凝土壓灌去土法混凝土壓灌去土狀態剖面示意圖；
[0105]圖15為本發明的第四個實施例所用的混凝土壓灌去土法土體去除且混凝土灌注完成狀態淨』面不意圖；
[0106]圖16為本發明的第四個實施例所用的混凝土壓灌去土法鋼筋籠插入狀態剖面示意圖；
[0107]圖17為本發明的第四個實施例所用的混凝土壓灌去土法鋼管粧拔粧狀態剖面示意圖；
[0108]圖18為本發明的第四個實施例所用的混凝土壓灌去土法鋼管粧拔出后形成的鋼管護壁灌注擠壓粧剖面示意圖；
[0109]圖19為本發明的第四個實施例所用的外側栗管混凝土壓灌去土法鋼管粧插入狀態剖面示意圖；
[0110]圖20為本發明的第四個實施例所用的外側栗管混凝土壓灌去土法混凝土壓灌去土狀態剖面示意圖；
[0111]圖21為本發明的第四個實施例所用的外側栗管混凝土壓灌去土法所用鋼管粧及混凝土栗管橫截面構造示意圖；
[0112]圖22為本發明的第四個實施例所用的外側栗管混凝土壓灌去土法所用鋼管粧底部的鋼管粧及混凝土栗管在混凝土灌注口位置橫截面示意圖；
[0113]圖23為本發明的第四個實施例所用的中心栗管混凝土壓灌去土法所用鋼管粧及混凝土栗管橫截面構造示意圖；
[0114]圖24為本發明的第四個實施例所用的中心栗管混凝土壓灌去土法所用雙套管鋼管粧及混凝土栗管橫截面構造示意圖；
[0115]圖25為本發明的第五個實施例所用的擠土沉管灌注法鋼管粧插入狀態剖面示意圖；
[0116]圖26為本發明的第五個實施例所用的擠土沉管灌注法鋼筋籠放置狀態剖面示意圖；
[0117]圖27為本發明的第五個實施例所用的擠土沉管灌注法混凝土灌注狀態剖面示意圖；
[0118]圖28為本發明的第五個實施例所用的擠土沉管灌注法鋼管粧拔粧狀態剖面示意圖；
[0119]圖29為本發明的第五個實施例所用的擠土沉管灌注法鋼管粧拔出后形成的鋼管護壁灌注擠壓粧剖面示意圖；
[0120]圖30為本發明的第六個實施例所用的矩形截面鋼管護壁灌注擠壓粧橫截面示意圖；
[0121]圖31為本發明的第六個實施例所用的三角形截面鋼管護壁灌注擠壓粧橫截面示意圖；
[0122]圖32為本發明的第六個實施例所用的工字形截面鋼管護壁灌注擠壓粧橫截面示意圖；
[0123]圖33為本發明的第六個實施例所用的環形截面鋼管護壁灌注擠壓粧橫截面示意圖；
[0124]圖34為本發明的第七個實施例所用的降水井管安裝狀態剖面示意圖；
[0125]圖35為本發明的第七個實施例所用的降水井填充料施工完成狀態剖面示意圖；
[0126]圖36為本發明的第七個實施例所用的孔壓反力鋼管粧拔粧狀態剖面示意圖；
[0127]圖37為本發明的第七個實施例所用的拔粧完成后形成的鋼管護壁降水管井剖面示意圖。
[0128]圖38為本發明的第八個實施例所用的第三步與第四步工況示意圖；
[0129]圖39為本發明的第八個實施例所用的第五步工況示意圖；
[0130]圖40為本發明的第八個實施例所用的第六步工況中將施工構件置入土體狀態示意圖；
[0131]圖41為本發明的第八個實施例所用的第六步工況中將施工構件分段加長前將密封袋分段密封狀態示意圖；
[0132]圖42為本發明的第八個實施例所用的第六步工況中將施工構件分段加長前將后段密封袋打開并保持前段密封袋密封狀態示意圖；
[0133]圖43為本發明的第八個實施例所用的第六步工況中將施工構件分段加長連接狀態不意圖；
[0134]圖44為本發明的第八個實施例所用的第六步工況中將施工構件分段加長連接完成狀態示意圖；
[0135]圖45為本發明的第九個實施例所用的一種深層地下空間建造過程中擋土止水帷幕剖面示意圖；
[0136]圖46為本發明的第九個實施例所用的一種深層地下空間建造完成后剖面示意圖；
[0137]圖47為本發明的第十個實施例所用的一種真空降水管井構造示意圖；
[0138]圖48為本發明的第十個實施例所用的一種真空降水管井運行狀態示意圖。
【具體實施方式】
[0139]作為本發明的如圖1與圖2所示的一個實施例，主要目的在于介紹第一種孔壓反力施工方法及其所用的拔粧裝置的工作原理與實施方法。首先，結合圖1與圖2介紹本發明的孔壓反力拔粧裝置的結構構造與工作原理。該拔粧裝置將鋼管粧(I)作為拔粧裝置的重要組成部分之一。在鋼管粧(I)插入土體的過程中，會有部分土體進入鋼管粧(I)內，形成如圖1所示的鋼管粧內或鋼管粧底部的土體(2)，如在拔粧前，鋼管粧內或鋼管粧底部的土體(2)較少，可先回填補充足夠，再行拔粧。鋼管粧內或鋼管粧底部的土體(2)也可以是可流動的泥漿。可在鋼管粧(I)的頂部設置密封粧塞(3)，密封粧塞(3)可以是焊接或通過螺栓連接于鋼管粧(I)頂部的鋼板，還可以在鋼板上焊接加勁板以提高密封粧塞(3)的承載能力。密封粧塞(3)還可以這樣制作:先在鋼管粧(I)內側一周牢固連接(如焊接)一定寬度的鋼板作為擋板(4)，將略小于鋼管粧(I)截面的蓋板(5)放置于擋板(4)下方或上方，使蓋板(5)與擋板
(4)緊密連接，還可在蓋板(5)與擋板(4)之間安裝軟墊(6)以提高蓋板(5)與擋板(4)接縫處的密封能力，可采用橡膠墊、塑料墊等材料作為軟墊(6)，由擋板(4)、軟墊(6)與蓋板(5)共同組成密封粧塞(3)，為了提高擋板(4)與蓋板(5)的連接強度，可在擋板(4)蓋板(5)之間設置連接螺栓(7)，通過連接螺栓(7)將擋板(4)與蓋板(5)牢固連接，拔粧完成后，可通過連接螺栓(7)將蓋板(5)與擋板(4)分離。其中的軟墊(6)與蓋板(5)、連接螺栓(7)可以重復使用。還可以通過在鋼管粧(I)的側壁上穿孔，在密封粧塞(3)上方設置穿越穿孔的加強栓(8)或在鋼管粧(I)的側壁焊接加勁板提高密封粧塞(3)與鋼管粧(I)之間的連接強度。由鋼管粧(I)、鋼管粧內或鋼管粧底部的土體(2)、密封粧塞(3)共同圍合形成的空間即為流體儲存腔(9)。可在密封粧塞(3)或鋼管粧(I)的側壁上開孔安裝流體輸送管道(12)，流體輸送管道
(12)可以是與空氣壓縮機連接的通氣管，也可以是與水栗或油栗連接的水管或油管，流體輸送管道(12)需要有一定的承受壓應力能力，一般情況下達到0.5?1MPa的承壓能力即可。流體注入器(11)為將流體加壓后通過流體輸送管道(12)注入流體儲存腔(9)的器具。流體注入器(11)可以是空氣壓縮機、水栗、油栗中的一種或幾種組合，當拔粧力較大時，可采用高壓水栗或高壓油栗作為流體注入器(11)。本實施例的以下部分，結合圖1與圖2，介紹孔壓反力施工方法及上述拔粧裝置的工作原理。該孔壓反力施工方法可以按照以下步驟完成:第一步，定位待拔鋼管粧(I)，找到待拔的鋼管粧(I)，檢查鋼管粧內或鋼管粧底部的土體(2)充填情況，若土體較少，可適量回填土體，檢查鋼管粧(I)上密封粧塞(3)的情況，若沒有密封粧塞(3)需重新安裝，則可根據本實施例的前部分的方法安裝密封粧塞(3)。若在此之前，鋼管粧(I)插入施工時，已部分完成密封粧塞(3)的安裝施工，則進行密封粧塞(3)剩余部分的安裝施工。若在此之前，密封粧塞(3)已施工完成，則可直接利用即可。完成第一步，進入第二步。在第二步驟中，利用鋼管粧(I)的側壁、密封粧塞(3)、鋼管粧內或鋼管粧底部的土體(2)，在鋼管粧(I)內形成流體儲存腔(9)。可以在鋼管粧(I)的側壁或密封粧塞(3)上開孔安裝流體輸送管道(12)。完成第二步，進入第三步。在第三步中，通過流體輸送管道
(12)向流體儲存腔(9)內注入氣體、液體中的一種或兩種組合，其中的氣體可以是通過空氣壓縮機注入的空氣，也可以是通過水栗注入的水，還可以是通過泥漿栗注入的泥漿等，還可以是通過油栗注入的油類流體。完成第三步，進入第四步。在本步驟中，通過向流體儲存腔
(9)內持續注入氣體或液體，增加流體儲存腔(9)內氣體或液體的壓強。在本步驟中，在流體儲存腔(9)內注入的氣體或液體充滿后，隨著氣體或液體注入量的增加，流體儲存腔(9)內氣體或液體壓強將快速增加。完成第四步，進入第五步。在本步驟中，隨著流體儲存腔(9)內氣體或液體的注入，鋼管粧內或鋼管粧底部的土體(2)的孔隙水壓力或孔隙氣壓力將增加，因時間相對較短，加之氣體或液體的持續注入，鋼管粧內或鋼管粧底部的土體(2)增加的孔隙水壓力或孔隙氣壓力可以積聚。完成第五步，進入第六步。在本步驟中，將流體儲存腔(9)內的液體或氣體注滿，則可利用注入流體儲存腔(9)內的氣體或液體作為傳力介質，將鋼管粧內或鋼管粧底部的土體(2)孔隙水壓力或孔隙氣壓力傳遞至位于鋼管粧(I)上部的密封粧塞(3)。當鋼管粧(I)的上部是彎曲的或密封粧塞(3)安裝于鋼管粧(I)的側壁時，則孔隙水壓力或孔隙氣壓力可傳遞至鋼管(I)的側壁或頂部產生拔粧力。完成第六步，進入第七步。在本步驟中，因密封粧塞(3)有一定面積，與作用于密封粧塞(3)上的壓強的乘積即為作用于密封粧塞(3)上的力。該力的方向與鋼管粧(I)的拔出方向為同一方向，故可利用作用于密封粧塞(3)上的氣體或液體壓力作為拔粧力或作為拔粧力的一部分進行鋼管粧(I)拔出施工。鋼管粧(I)直徑越大，孔壓反力越大。如鋼管粧(I)上部是彎曲的結構，流體儲存腔
(9)內的流體壓力可傳遞至鋼管粧(I)并產生垂直向上的拔粧力。在本步驟中，可在鋼管粧(I)頂部安裝振動錘(14)，通過振動錘(14)的振動減小拔粧阻力。在安裝振動錘(14)的情況下，采用氣體加壓較為合適。因氣體的可壓縮性較好，振動錘(14)振動的能量能較高效率地用于拔粧。在本步驟中，也可在鋼管粧(I)上施加上拔作用力協助拔粧施工，如布設吊車
(13)，一方面可在拔粧過程中提供部分拔粧力，另一方面在鋼管粧(I)拔出后保持鋼管粧(I)的穩定性并可將鋼管粧(I)及時妥善放置或外運。在本步驟中，可在拔粧的同時，利用鋼管粧(I)外圍地面提供反力協助拔粧施工，同時減小鋼管粧(I)外側拔粧帶土。在本發明中，采用鋼管粧內或鋼管粧底部的土體(2)孔隙水壓力或孔隙氣壓力所產生的反力作為拔粧力的最大優點是，在拔粧過程中，鋼管粧內或鋼管粧底部的土體(2)與鋼管粧(I)側壁的摩擦力基本不增加，雖然鋼管粧(I)的側壁的壓應力增加，但主要是水壓力或氣壓力等流體壓力，因流體的抗剪強度為零，故積聚的流體壓力不會增加鋼管粧內土體(2)與鋼管粧(I)側壁的摩阻力。另外，在鋼管粧(I)的側壁與土體接觸面為土體強度薄弱環節，在流體儲存腔
(9)內氣壓或液體壓力達到一定程度后，會有部分氣體或液體沿著鋼管粧(I)的側壁溢出，在這一情況下，土體與鋼管粧(I)的側壁之間將存在水膜或氣墊層，可以達到潤滑劑的效果，同時可形成流體壓應力平衡粧周土壓力，使得鋼管粧(I)與土體的摩擦力大幅度降低，減小拔粧難度，且可大幅度減小鋼管粧拔粧帶土對周邊環境的影響。另一方面，由于在拔粧過程中，在鋼管粧(I)內存在流體壓力，鋼管粧(I)在拔粧過程中出現徑向擴張，使得鋼管粧內土體(2)對鋼管粧(I)的摩阻力降低。在本實施例中所述的鋼管粧(I)是具有封閉橫截面且可以形成流體儲存腔(9)的結構，包括鋼管粧、鋼管粧連續墻中包含鋼管粧連接的結構，及其他在鋼管粧(I)上安裝附屬構件的結構。
[0140]作為本發明的第二個實施例，主要目的在于結合圖1?圖3，介紹第二種孔壓反力施工方法及其所用的拔粧裝置的工作原理與實施方法。本實施例與第一個實施例很相似，不同點在于增加了在拔粧過程中測量流體儲存腔(9)內的流體壓強(即氣體或液體壓強)與鋼管粧(I)粧頂位移的內容及利用這些數據計算單粧抗拔極限承載力的方法。根據流體壓強的特征，可通過測量流體輸送管道(12)內流體壓強推算流體儲存腔(9)內的流體壓強，即可在流體輸送管道(12)上安裝壓強測量儀(15)測算流體儲存腔(9)內的壓強。也可以直接測量流體儲存腔(9)內的流體壓強。鋼管粧(I)的粧頂位移可用百分表、位移傳感器或水準儀等粧頂位移測量儀(16)測量。可根據現行相關粧基的規范要求確定加荷分級與時間進行單粧抗拔承載力試驗，再按現行規范方法，根據拔粧過程中的拔粧力、粧頂位移與時間的相關關系，確定極限拔粧力。根據本方法拔粧過程中鋼管粧(I)的內外側摩阻力的比例，扣除鋼管粧(I)內側土摩阻力，計算鋼管粧(I)外側摩阻力，即為單粧抗拔極限承載力。還可以利用抗拔粧極限平衡方程計算分析粧長、粧徑、壁厚等因素對單粧抗拔極限承載力的影響，并予以修正。
[0141]作為本發明的第三個實施例，主要目的在于結合圖4?圖10，介紹第三種孔壓反力施工方法及其所用的拔粧裝置的工作原理與第一種實施方法。本實施例與第一個實施例很相似，與第一個實施例的區別主要在于步驟b)，第三個實施例在拔粧之前將鋼管粧內土體清出并置換成為粧身材料。粧材料可以是鋼筋混凝土，也可以是CFG粧材料，還可以是碎石或其他的材料，在施工完成后可形成鋼管護壁灌注擠壓粧(PiIe Pressed by Steel PipePile，簡稱PSP粧)。可采用多種方法實現鋼管粧內土體(2)置換。比如，鋼管插入土體后即為鋼管粧(I)，可在鋼管粧(I)內沖孔、鉆孔(如采用長螺旋鉆、水沖鉆、旋挖鉆等工藝)將鋼管粧內土體(2)清出。可先鉆孔，再沉入鋼管粧(I)，例如采用種粧工藝;也可以邊鉆孔邊沉入鋼管粧(I)，例如鋼管護壁鉆孔灌注粧工藝;還可以在鋼管粧(I)沉入土體后，再清出鋼管粧(I)內的土體。本實施例以下部分重點介紹內外雙管取土灌注施工方法。如圖4所示，可以在鋼管粧(I)插入土體前，在鋼管粧(I)內安裝一外徑略小于鋼管粧(I)內徑的取土管(17)，使取土管(17)與鋼管粧(I)同步插入土體。這樣，插入施工完成后，鋼管粧內土體(2)直接進入取土管(17)內。然后將取土管(17)連同鋼管粧內土體(2)拔出，即清出了鋼管粧內土體(2)，如圖5所示。也可以在鋼管粧(I)插入土體后，再將取土管(17)插入鋼管粧(I)內一定深度，然后將取土管(17)連同進入其內的土體一同拔出，這樣的操作可一次完成，也可以根據地層條件及取土深度分批次完成取土。還可以先用取土管(17)取土，再插入鋼管粧(I)，或者邊用取土管(17)取土，邊逐步插入鋼管粧(I)。當鋼管粧內土體(2)清出后，可在鋼管粧(I)內放置鋼筋籠(18)，如圖6所示。然后向鋼管粧(I)內灌注混凝土(19)，如圖7所示。因在混凝土灌注前，鋼管粧(I)內無固體障礙物，故可直接將混凝土(19)用混凝栗栗送至鋼管粧(I)內。然后，用密封粧塞(3)將鋼管粧(I)封閉，形成由密封粧塞(3)、鋼管粧(I)側壁、混凝土
(19)圍合而成的流體儲存腔(9)，采用如本發明第一個實施例相似的方法進行拔粧，如圖8所示。流體儲存腔(9)還可以是放置于鋼管粧(I)側壁、混凝土(19)圍合而成的空間內的可伸縮的囊狀結構(29)，如圖10所示。圖10所示的囊狀結構(29)為折疊收起后放置于鋼管粧(I)內的袋狀結構，囊狀結構(29)的上部可設置反力板(30)，反力板(30)可為10?40mm厚的鋼板，并在鋼管粧(I)上設置阻擋板(31)，阻擋板(31)可為環狀結構，可直接焊接在鋼管粧(I)上，可通過設置加勁板(32)提高阻擋板(31)與鋼管粧(I)之間的連接強度。反力板(30)設置于阻擋板(31)的下部，在囊狀結構(29)充氣或充水后，可將壓力通過反力板(30)傳遞至阻擋板(31)及鋼管粧(I)上，形成拔粧力。考慮到密封粧塞(3)在鋼管粧(I)拔出施工過程中需要承擔較大壓力，可在鋼管粧(I)的外側焊接筒狀螺帽(21)，利用螺栓(20)將密封粧塞
(3)與鋼管粧(I)牢固連接，如圖8所示。采用如本發明的第一個實施例所述的孔壓反力拔粧施工方法將鋼管粧(I)拔出后，可在土體中形成如圖9所示的鋼管護壁灌注擠壓粧(22)。因在鋼管粧(I)拔出過程中，未凝固混凝土(I9)在鋼管粧(I)拔出過程中承受較大的壓力，因而不會出現斷粧、縮徑等問題，而且在拔粧全過程中，通過擠壓未凝固的混凝土(19)，可在底部與側壁形成可控制的擴徑，如圖9所示。混凝土 (19)中的水泥漿在壓力作用下會較勻稱地全表面地注入周邊土體中，因而可大幅度提高單粧承載力。沉粧速度快，質量可靠，無泥漿污染，且不擠土，環保效益突出。在本實施例中，可用砂漿、碎石或CFG粧材料等代替混凝土 (19)完成上述施工，并在鋼管粧拔出施工完成后形成不同粧身材料的鋼管護壁擠壓粧。
[0142]作為本發明的第四個實施例，主要目的在于結合圖11?圖24，介紹第三種孔壓反力施工方法及其所用的拔粧裝置的工作原理與第二種實施方法。本實施例與第三個實施例相似，與第三個實施例的不同點在于在步驟b)中，鋼管粧內土體(2)去除及粧身材料的置入方式不同。在本實施例中，可以在鋼管粧(I)插入土體前，將混凝土栗管(23)與鋼管粧(I)相對固定。混凝土栗管(23)與鋼管粧(I)的設置方式可取以下幾種方式之一。第一種設置方式可以是這樣的，將混凝土栗管(23)與取土管(17)牢固焊接，并將混凝土栗管(23)置于取土管(17)的中心位置，通過徑向加勁板(28)將混凝土栗管(23)與取土管(17)牢固焊接。徑向加勁板(28)可沿粧長連續設置，也可以沿粧長方向分段設置，如圖11、12與圖24所示。采用與第一個實施例相同的方法在鋼管粧(I)插入土體施工的同時將取土管(17)及混凝土栗管
(23)置入土體中。第二種設置方式可以是這樣的，將混凝土栗管(23)直接牢固連接于鋼管粧(I)的側壁上。可以放在鋼管粧(I)的外側，如圖19、圖20、圖21、圖22所示；也可以放在鋼管粧(I)的內側，如圖13、圖14所示。若混凝土栗管(23)設置于鋼管粧(I)的外側，可在鋼管粧(I)的底部位置開口，使得混凝土栗管(23)與鋼管粧(I)底部相通，如圖22所示。將混凝土栗管(23)設置于鋼管粧(I)外側的主要目的是有利于鋼管粧(I)內鋼筋籠(18)的放置，可以設置一根或多根混凝土栗管(23)。第三種設置方式可以將混凝土栗管(23)通過徑向加勁板
(28)與鋼管粧(I)牢固連接，如圖23所示。在混凝土栗管(23)的底部可設置單向閥，在鋼管粧(I)插入時，單向閥關閉，阻止土體進入混凝土栗管(23)。在達到插入深度后，單向閥可以在混凝土栗管(23)內混凝土壓力的作用下打開。也可以采用如圖21?圖24所示的方法阻止混凝土栗管(23)在插入的過程土體塞入，即在混凝土栗管(23)內置放管狀止土塞(26)或袋狀止土塞(25)，如采用袋狀止土塞(25)，則在混凝土栗管(23)插入土體時將袋狀止土塞
(25)充滿氣體或液體封堵混凝土栗管(23)內的孔隙，在灌注混凝土前將袋狀止土塞(25)取出即可;若采用管狀止土塞(26)，則可在混凝土栗管(23)插入土體后且混凝土灌注前，將管狀止土塞(26)取出即可。此后，可將混凝土栗(24)與混凝土栗管(23)連接，如圖12所示。在混凝土栗(24)所提供的栗送壓力作用下，混凝土通過混凝土栗管(23)從鋼管粧(I)的底部灌入鋼管粧(I)，并將鋼管粧內土體(2)向上逐步擠出。在清出鋼管粧內土體(2)的同時，向鋼管粧(I)內灌注混凝土(19)，如圖15所示。如采用鋼筋混凝土粧身，可在混凝土灌注完成后以振動的方式將鋼筋籠(18)插入混凝土(19)，如圖16所示。在圖16中，將鋼筋籠(18)的底部綁扎成錐形，將導入管(33)置入鋼筋籠(18)的底部，通過振動錘(14)振動導入管(33)即可將鋼筋籠(18)插入混凝土(19)內。導入管(33)可采用鋼管制作。在粧身材料灌注完成后，采用類似于第一個實施例的方法將鋼管粧(I)拔出再利用，如圖17所示。與第一個實施例的區別僅在于鋼管粧(I)內為未凝結的粧身材料而不是土體。在鋼管粧(I)拔出后，灌入鋼管粧(I)內的粧身材料在擠壓、凝固后即形成如圖18所示的鋼管護壁灌注擠壓粧(22)，為本發明的第三種孔壓反力拔粧施工方法的施工主要目的。因在鋼管粧(I)拔出過程中，鋼管粧(I)內的粧身材料受到持續擠壓并提供拔粧動力，護壁的鋼管粧(I)易于拔出，且拔出過程中土體不會涌入鋼管粧(I)保護的空間，成粧質量高。且在拔粧過程中，粧身材料通過對粧底與粧側土體的擠壓可提高土體對擠壓粧的支承力，同時這種擠壓是小變形的、可控的，因此對周邊環境影響小，屬于非擠土粧。特別是對粧底、粧側土的擠壓力是通過擠壓粧的粧身材料傳遞的，因此是均勻的、全表面的。鋼管粧(I)拔出的同時，可將未凝固的混凝土向粧底、粧側土體壓密注入，大幅度提高了擠壓粧的承載力。
[0143]作為本發明的第五個實施例，主要結合圖25?圖29，介紹一種擠土沉管灌注法，該方法為本發明的第三種孔壓反力鋼管粧拔出施工方法的一種實施方法。本實施例與第三個實施例相似，主要區別是在步驟b)中，在鋼管粧(I)沉入土體前，在鋼管粧(I)底部安裝粧尖
(27)阻止土體在鋼管粧(I)插入土體過程中進入鋼管粧(I)內部，如圖25所示，粧尖(27)與鋼管粧(I)可在拔粧過程中脫離。當然，鋼管粧(I)的施工方式可以是靜壓、錘擊或振動插入。在鋼管粧(I)沉粧完成后，向鋼管粧(I)內置入粧身材料。如為鋼筋混凝土粧，可先向鋼管粧(I)內置入鋼筋籠(18)，如圖26所示；然后向鋼管粧(I)內灌注混凝土(19)，如圖27所示。可直接將混凝土栗送至鋼管粧(I)內。然后采用與本發明的第三個實施例相似的方法將鋼管粧(I)拔出，粧尖(27)留于土體中，如圖28所示。鋼管粧(I)拔出后可形成如圖29所示的鋼管護壁灌注擠壓粧(22)。
[0144]作為本發明的第六個實施例，主要結合圖30?圖33介紹采用不同橫截面的鋼管粧
(I)在拔粧施工完成后在土體中施工的不同截面形狀的鋼管護壁灌注擠壓粧。在本實施例中，可通過設置鋼管粧(I)的截面形狀，如長方形、三角形、空心工字形等措施完成異形截面的鋼管護壁灌注擠壓粧，如圖30?圖32所示。在本實施例中，鋼管粧(I)可以是由內管與外管組成的雙筒鋼管粧，且內管與外管之間保持一定距離，在鋼管粧(I)打入土體并清出內管與外管之間的土體后，在內管與外管之間填筑混凝土等粧身材料，鋼管粧(I)的內管與外管拔出后，可在土體中形成空心管粧，如圖33所示。在這一情況下，流體儲存腔(9)可以是由鋼管粧(I)的內管與外管、密封粧塞(3)、鋼管粧(I)的內管、外管之間的粧身材料或土體圍合
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[0145]作為本發明的第七個實施例，主要結合圖34?圖37，進一步介紹本發明的第三種孔壓反力施工方法的一種實施方法，該實施方法與第三個實施例相似，與第三個實施例的不同點在于在步驟b)中，在鋼管粧內土體(2)清出后，向鋼管粧(I)內回填的不是混凝土或其它粧身材料，而是降水管井材料。降水管井材料包括降水井管(34)、安裝于降水井管上的濾網與位于降水井管(34)與鋼管粧(I)側壁之間的降水井填充料(35)三部分。可以在鋼管粧(I)內的土體清出完畢后，先在鋼管粧(I)內放置安裝有濾網的降水井管(34)，如圖34所示。然后在降水井管(34)與鋼管粧(I)之間的空隙中填入降水井填充料(35)，如圖35所示。降水井填充料(35)可以是中粗砂、碎石、粘土、水泥土中的一種或幾種組合。再采用與本發明第三個實施例相似的方法，利用第三種孔壓反力施工方法將鋼管粧(I)拔出，如圖36所示。在鋼管粧(I)拔出過程中，可在降水井管(34)內充填水，以利于降水井管(34)內外壓力平衡。鋼管粧(I)拔出后，可在土體中形成如圖37所示的鋼管護壁降水管井。相比傳統的降水井施工方法，本方法成井后無需洗井，施工質量可靠，降水井降水效果好，施工速度快，造價低。
[0146]作為本發明的第八個實施例，主要結合圖38?圖44介紹本發明的第四種孔壓反力施工方法及所用的施工裝置的結構構造與工作原理。首先介紹本發明的第四種孔壓反力施工方法，在本實施例的第一步為建造地下結構施工所需的操作面(36)，在本實施例中，操作面(36)是指為了地下工程的進一步施工而在巖土體中施工完成的可以擋土止水的結構。可根據不同的地下工程類型與特征，建造不同的結構作為操作面(36)。如，對于基坑圍護工程，可以利用在先施工的圍護粧或墻作為在后施工的錨桿的操作面(36)，對于已建隧道的加固工程，可以利用已建隧道作為加固粧或錨桿施工的操作面(36)，對新建隧道工程，可以利用在先施工的出入井壁作為隧道施工的操作面(36)。對于隧道掘進過程中的管棚或超前支護或止水工程，可利用在掌子面處的加固體作為操作面(36)，對于地下空間建造中的穿越工程，可利用穿越位置兩側建造的地下工程作為操作面(36)。總之，由操作面(36)圍成施工構件(37)施工所需的空間。從而完成本實施例的第一步，進入第二步。在本步驟中，定位待施工的位于巖土中的施工構件(37)。施工構件(37)可以是在巖土中施工的器具或結構中的一種或兩種組合。例如，在已建隧道加固工程中，施工構件(37)可以是加固粧或錨桿，也可以是施工粧或錨桿的器具，如開孔設備、錨桿鉆機的鉆桿等。在新建地下工程中，施工構件(37)可以是超前施工的擋土止水結構或施工這些擋土止水結構所需的器具，如管棚、連續粧墻、水泥土攪拌墻等中的一種或幾種組合。從而完成本實施例的第二步，進入第三步。本步驟中，在操作面(36)上，在施工構件(37)位置的外圍安裝密封袋(38)，在本實施例中，密封袋(38)為柔性的具備一定強度的一個或多個袋狀或管狀結構，可以采用囊狀結構(29)作為密封袋(38)，也可采用其他類型袋狀或管狀結構。安裝密封袋(38)的方法可以是這樣的，將密封袋(38)做成兩端開口的管狀結構，并將其中一端的開口緊密且牢固地與操作面(36)連接，另一端的開口與施工構件(37)的側面緊密且牢固地連接。緊密且牢固連接的方法可選擇多種，例如，利用的粘結力較強的結構膠粘結，也可利用墊片將密封袋(38)緊密地壓在操作面(36)或施工構件(37)上，還可以繩索或緊固件將密封袋(38)緊密地與操作面
(36)或施工構件(37)連接。從而完成本實施例的第三步，進入第四步。在第三步完成后，利用施工構件(37)的側壁與密封袋(38)，在施工構件(37)外圍形成流體儲存腔(9)，如圖38所示，從而完成本實施例的第四步，進入第五步。在本步驟中，向流體儲存腔(9)內注入氣體、液體中的一種或兩種組合，通過向流體儲存腔(9)內注入氣體或液體，增加流體儲存腔(9)內氣體或液體的壓強，并在操作面(36)上開孔，利用流體儲存腔(9)阻止操作面(36)外的水土進入操作面(36)內。在本步驟中，可采用如圖1所示的流體注入器(11)向流體儲存腔(9)內注入氣體或液體，也可以通過打開操作面(36)讓操作面(36)外部的地下水流入流體儲存腔(9)。因流體儲存腔(9)較小，也不會導致大量的水土流失。從而完成如圖39所示的第五步，進入第六步。本步驟主要是將施工構件(37)置入土體，并利用密封袋(38)將施工構件
(37)進行轉換、分段、加長或施工完成后的操作面(36)的孔口密封。具體的實施方法可以是這樣的，先將施工構件(37)置入土體，如圖40所示，將施工構件(37)置入土體時，因密封袋
(38)為柔性材料制作，密封袋(38)跟隨施工構件(37)的插入而產生如圖40所示的形變，但可保持密封袋(38)內的流體壓強與操作面(36)外側的地下水壓力平衡。以避免產生流砂、管涌等地質災害。當施工構件(37)需分段加長時，可按照以下方法實現，且可避免分段連接及加長時出現流砂或管涌等地質災害。先將密封袋(38)的前段與施工構件(37)的后段位置緊密且牢固連接，連接方法可參照本實施例第三步進行，將密封袋(38)分成前段與后段兩部分，將流體儲存腔(9)分割成前段與后段兩部分，且流體儲存腔(9)的前段與后段均為各自獨立的密閉空間，如圖41所示。然后將后段密封袋打開并保持前段密封袋處于密封狀態，如圖42所示。再將施工構件(37)分段加長，加長后將密封袋(38)與加長后的施工構件(37)的后段緊密且牢固連接，形成新的流體儲存腔(9)，如圖43所示。將新的流體儲存腔(9)內注入液體或氣體，并將密封袋(38)前部的與施工構件(37)的前段緊密牢固連接打開，使兩段流體儲存腔(9)連通為一整體，如圖44所示，即完成了施工構件(37)的加長施工。當施工構件(37)施工完畢后，可向密封袋(38)內注入水泥、聚氨酯等材料將操作面(36)上的開孔封堵。如需在施工過程中將施工構件(37)進行轉換，例如，先鉆孔施工，然后再插入粧體或錨桿等，可先按照上述將密封袋(38)分段密封的方法將施工構件(37)逐段拔出，然后再將轉換后的施工構件(37)逐段插入土體中。從而完成本實施例的第六步，進入第七步。重復第二步至第六步，完成地下結構的施工。本實施例的以下部分，主要介紹本發明的第四種孔壓反力施工方法所用的施工裝置的結構構造與工作原理。該施工裝置包括施工構件(37)、密封袋(38)、操作面(36)、流體儲存腔(9)與密封連接(39)五部分，其中的施工構件(37)為在土中施工的器具或結構中的一種或兩種組合，密封袋(38)為位于施工構件(37)外圍且與施工構件(37)及操作面(36)緊密連接的柔性袋狀結構，操作面(36)為位于地下水位以下可擋土止水的結構面，流體儲存腔(9)是由施工構件(37)與密封袋(38)圍合而成的空間，密封連接
(39)為將密封袋(38)與施工構件(37)、密封袋(38)與操作面(36)之間緊密連接的裝置。其中的密封袋(38)可與施工構件(37)進行分段密封形成多個流體儲存腔(9)，如圖38?圖44所示。可利用該裝置，可通過前述方法分段密封實現施工構件(37)的在巖土體中插入、轉換、加長、施工完成后的操作面(36)的開孔封堵等操作，且可避免施工過程中的流砂、管涌等地質災害。
[0147]作為本發明的第九個實施例，主要是結合圖45、圖46，介紹利用本發明的第四種孔壓反力施工方法建造地下空間的方法。如圖45所示，在進行地下空間開發時，遇有隧道
(40)，將隧道(40)兩側的明挖基坑阻斷，可采用本發明的第四種孔壓反力施工方法完成隧道(40)的下穿越工程。先進行隧道(40)兩側的明挖基坑支護，并在近隧道(40)的兩側設置基坑圍護粧或墻作為施工操作面(36)。開挖隧道(40)兩側的基坑，然后在隧道(40)下穿越處的四周逐根施工連續粧墻作為施工構件(37)，如圖45所示。由施工構件(37)將穿越處外側的地下水隔斷，并由施工構件(37)兼作臨時擋土結構。在施工構件(37)的超前支護下，可將穿越處的土體進行暗挖清除，并施工完成穿越處永久性支護結構(41)，完成隧道(40)處的地下工程穿越施工，如圖46所示。
[0148]作為本發明的第十個實施例，主要結合圖47、圖48，介紹本發明的第五種孔壓反力施工方法及所用的施工裝置。在本實施例的第一步，在巖土體中施工降水管井，降水管井的施工方法可參照本發明的第七個實施例進行，也可采用現有技術完成降水管井的施工。完成第一步，進入第二步。在本步驟中，將密封袋(38)與抽氣管(43)、抽水管(44)中的一種或兩種組合置入降水井管(34)內，并用密封袋(38)將抽氣管(43)與抽水管(44)中的一種或兩種組合包裹，一般情況下，抽水管(44)應設在井底附近，抽氣管(43)可放置在密封袋(38)的下面。為了便于密封袋(38)封堵降水井管(34)，可在密封袋(38)的下部安裝一個托板(42)。可在密封袋(38)上安裝一根流體輸送管道(12)，如圖47所示。完成本實施例的第二步，進入第三步。在本步驟中，向密封袋(38)內充入液體或氣體，充入流體后的密封袋(38)體積膨脹，可用密封袋(38)將抽氣管(43)與抽水管(44)中的一種或兩種組合與降水井管(34)間的孔隙封堵。完成本實施例的第三步，進入第四步。在本步驟中，抽出降水管井內的空氣，降低降水管井密封段的氣壓，進行真空降水，從而完成本實施例的第五種孔壓反力施工方法。本實施例的以下部分主要介紹本發明的第五中孔壓反力施工方法所用的施工裝置，該施工裝置包括降水管井、抽水管(44)與抽氣管(43)中的一種或兩種組合、密封袋(38)三部分，其中的降水管井為施工于巖土體中的降水井，抽氣管(43)為插入降水管井內能抽出降水管井內空氣的管狀結構，抽水管(44)為能抽出降水管井內水的管狀結構，密封袋(38)為通過充裝氣體或液體將抽水管(44)與抽氣管(43)中的一種或兩種組合與降水管井之間的孔隙封堵的袋狀結構。在真空降水過程中，可將真空栗接入抽氣管(43)以抽出降水井管(34)內的空氣，形成真空。可以在抽水管(44)的上部安裝真空栗抽水，也可以在抽水管(44)的下部安裝潛水栗抽水。
[0149]本專利包括但不限于本領域內專業人士可替代使用的其他施工方法。
【主權項】
1.一種孔壓反力施工裝置，其特征是包括施工構件(37)、密封袋(38)、操作面(36)、流體儲存腔(9)與密封連接(39)五部分，其中的施工構件(37)為在巖土中施工的器具或結構中的一種或兩種組合，密封袋(38)為位于施工構件(37)外圍且與施工構件(37)及操作面(36)緊密連接的柔性袋狀結構，操作面(36)為位于地下水位以下可擋土止水的結構面，流體儲存腔(9)是由施工構件(37)與密封袋(38)圍合而成的空間，密封連接(39)為將密封袋(38)與施工構件(37)、密封袋(38)與操作面(36)之間緊密連接的裝置。2.—種孔壓反力施工裝置，其特征是包括降水管井、抽水管(44)與抽氣管(43)中的一種或兩種組合、密封袋(38)三部分，其中的降水管井為施工于巖土體中的降水井，抽氣管(43)為插入降水管井內能抽出降水管井內空氣的管狀結構，抽水管(44)為能抽出降水管井內水的管狀結構，密封袋(38)為通過充裝氣體或液體將抽水管(44)與抽氣管(43)中的一種或兩種組合與降水管井之間的孔隙封堵的袋狀結構。
【文檔編號】E02D9/02GK205604246SQ201620124908
【公開日】2016年9月28日
【申請日】2016年1月30日
【發明人】張繼紅
【申請人】張繼紅