102 m深!自動化沉井(SOCS)工法的“極致”應(yīng)用
——日本寢屋川北部地下雨水調(diào)蓄系統(tǒng)城北豎井

城北豎井

寢屋川北部地下雨水調(diào)蓄系統(tǒng)目前有2條在建調(diào)蓄隧道,城北豎井為盾構(gòu)始發(fā)井,外徑34.8 m,深102 m,是日本深度最大的雨水調(diào)蓄設(shè)施,采用了自動化沉井(SOCS)工法進(jìn)行施工。

SOCS工法應(yīng)用

SOCS工法一般是由挖掘取土系統(tǒng)、下沉管理系統(tǒng)、預(yù)制式主體結(jié)構(gòu)系統(tǒng)組成。但在該工程中,僅采用了挖掘取土系統(tǒng)和下沉管理系統(tǒng)進(jìn)行施工。

1)挖掘取土系統(tǒng)。該系統(tǒng)由水下挖掘機(jī)、水下挖掘支援機(jī)、揚(yáng)土起重機(jī)構(gòu)成。①水下挖掘機(jī)。從地面操控室進(jìn)行遠(yuǎn)程操控,通過安裝在沉井內(nèi)壁的導(dǎo)軌水平移動,并利用夾持導(dǎo)軌提供挖掘反力。抓斗標(biāo)準(zhǔn)寬度為1.0 m,可開挖從刃腳向中央約5 m范圍內(nèi)的土體。②水下挖掘支援機(jī)。以150 t履帶式起重機(jī)為基礎(chǔ),配備了用于控制水下挖掘機(jī)和電力纜線的電纜盤。其作用是將水下挖掘機(jī)吊放至地面或水下,并輸送電纜管道等設(shè)備,控制張拉力。③揚(yáng)土起重機(jī)。在200 t履帶式起重機(jī)上配備多種傳感器,然后通過挖掘取土輔助系統(tǒng)進(jìn)行綜合管理。起重機(jī)自身具有位置坐標(biāo),結(jié)合傳感器獲得的旋轉(zhuǎn)起伏角度、鋼絲繩伸長量、載荷等各項(xiàng)數(shù)據(jù),可計(jì)算起重臂和電動液壓抓斗的位置,并實(shí)時顯示在起重機(jī)操控席以及下沉管理室的監(jiān)視畫面上。

本工程中開挖平面面積達(dá)到957 m2,水下挖掘機(jī)、水下挖掘支援機(jī)、揚(yáng)土起重機(jī)各配置了2臺,因此作業(yè)空間緊湊,需要通過挖掘取土輔助系統(tǒng)防止設(shè)備碰撞。

2)下沉管理系統(tǒng)。沉井壓入采用了液壓千斤頂下壓,并整合了從沉井測量到壓入的流程,基于傾斜量和下沉量等數(shù)據(jù)進(jìn)行高效率、高精度的沉井姿態(tài)控制。本工程中使用了20臺3 000 kN液壓千斤頂,總壓力為60 000 kN。為了不影響后續(xù)的盾構(gòu)施工,分別在沉井北側(cè)配置9臺、南側(cè)配置11臺壓入設(shè)備和提供壓入荷載反力的PC鋼絞線錨桿。

施工情況

原計(jì)劃中,該工程的沉井分成18節(jié),每節(jié)段長為6.0 m。為了縮短工期,自第8節(jié)起每節(jié)段長度改為7.2 m,共計(jì)16節(jié)。每節(jié)段的主體結(jié)構(gòu)混凝土需澆筑2 000 m3左右。為了防止初沉以及混凝土澆筑過程中發(fā)生下沉不均,對于地表至深度16 m內(nèi)的刃腳下方土體進(jìn)行鉆孔砂置換(φ2 000 mm、110根),確保地基承載力。

施工過程中,在沉井周圍配置了2臺水下挖掘支援機(jī)和2臺揚(yáng)土起重機(jī),利用挖掘取土輔助系統(tǒng)配合起重機(jī)攝像頭、無線通信等進(jìn)行緊湊作業(yè)管理。主體結(jié)構(gòu)施工時,將揚(yáng)土起重機(jī)的電動液壓抓斗改為吊鉤用于吊裝鋼筋、模板等。2023年8月,沉井完成了第10節(jié)下沉,刃腳深度約GL-56 m,沉井傾斜量約4 mm,平均下沉速率約23 cm/d。