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

城北豎井

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

SOCS工法應用

SOCS工法一般是由挖掘取土系統、下沉管理系統、預制式主體結構系統組成。但在該工程中,僅采用了挖掘取土系統和下沉管理系統進行施工。

1)挖掘取土系統。該系統由水下挖掘機、水下挖掘支援機、揚土起重機構成。①水下挖掘機。從地面操控室進行遠程操控,通過安裝在沉井內壁的導軌水平移動,并利用夾持導軌提供挖掘反力。抓斗標準寬度為1.0 m,可開挖從刃腳向中央約5 m范圍內的土體。②水下挖掘支援機。以150 t履帶式起重機為基礎,配備了用于控制水下挖掘機和電力纜線的電纜盤。其作用是將水下挖掘機吊放至地面或水下,并輸送電纜管道等設備,控制張拉力。③揚土起重機。在200 t履帶式起重機上配備多種傳感器,然后通過挖掘取土輔助系統進行綜合管理。起重機自身具有位置坐標,結合傳感器獲得的旋轉起伏角度、鋼絲繩伸長量、載荷等各項數據,可計算起重臂和電動液壓抓斗的位置,并實時顯示在起重機操控席以及下沉管理室的監視畫面上。

本工程中開挖平面面積達到957 m2,水下挖掘機、水下挖掘支援機、揚土起重機各配置了2臺,因此作業空間緊湊,需要通過挖掘取土輔助系統防止設備碰撞。

2)下沉管理系統。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據進行高效率、高精度的沉井姿態控制。本工程中使用了20臺3 000 kN液壓千斤頂,總壓力為60 000 kN。為了不影響后續的盾構施工,分別在沉井北側配置9臺、南側配置11臺壓入設備和提供壓入荷載反力的PC鋼絞線錨桿。

施工情況

原計劃中,該工程的沉井分成18節,每節段長為6.0 m。為了縮短工期,自第8節起每節段長度改為7.2 m,共計16節。每節段的主體結構混凝土需澆筑2 000 m3左右。為了防止初沉以及混凝土澆筑過程中發生下沉不均,對于地表至深度16 m內的刃腳下方土體進行鉆孔砂置換(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臺水下挖掘支援機和2臺揚土起重機,利用挖掘取土輔助系統配合起重機攝像頭、無線通信等進行緊湊作業管理。主體結構施工時,將揚土起重機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。