102 m深!自动化沉井(SOCS)工法的“极致”应用——日本寝屋川北部地下雨水调蓄系统城北竖井

城北竖井

寝屋川北部地下雨水调蓄系统目前有2条在建调蓄隧道,城北竖井为盾构始发井,外径34.8 m,深102 m,是日本深度最大的雨水调蓄设施,采用了自动化沉井(SOCS)工法进行施工。

SOCS工法应用

SOCS工法一般是由挖掘取土系统、下沉管理系统、预制式主体结构系统组成。但在该工程中,仅采用了挖掘取土系统和下沉管理系统进行施工。

1)挖掘取土系统。该系统由水下挖掘机、水下挖掘支援机、扬土起重机构成。①水下挖掘机。从地面操控室进行远程操控,通过安装在沉井内壁的导轨水平移动,并利用夹持导轨提供挖掘反力。抓斗标准宽度为1.0 m,可开挖从刃脚向中央约5 m范围内的土体。②水下挖掘支援机。以150 t履带式起重机为基础,配备了用于控制水下挖掘机和电力缆线的电缆盘。其作用是将水下挖掘机吊放至地面或水下,并输送电缆管道等设备,控制张拉力。③扬土起重机。在200 t履带式起重机上配备多种传感器,然后通过挖掘取土辅助系统进行综合管理。起重机自身具有位置坐标,结合传感器获得的旋转起伏角度、钢丝绳伸长量、载荷等各项数据,可计算起重臂和电动液压抓斗的位置,并实时显示在起重机操控席以及下沉管理室的监视画面上。

本工程中开挖平面面积达到957 m2,水下挖掘机、水下挖掘支援机、扬土起重机各配置了2台,因此作业空间紧凑,需要通过挖掘取土辅助系统防止设备碰撞。

2)下沉管理系统。沉井压入采用了液压千斤顶下压,并整合了从沉井测量到压入的流程,基于倾斜量和下沉量等数据进行高效率、高精度的沉井姿态控制。本工程中使用了20台3 000 kN液压千斤顶,总压力为60 000 kN。为了不影响后续的盾构施工,分别在沉井北侧配置9台、南侧配置11台压入设备和提供压入荷载反力的PC钢绞线锚杆。

施工情况

原计划中,该工程的沉井分成18节,每节段长为6.0 m。为了缩短工期,自第8节起每节段长度改为7.2 m,共计16节。每节段的主体结构混凝土需浇筑2 000 m3左右。为了防止初沉以及混凝土浇筑过程中发生下沉不均,对于地表至深度16 m内的刃脚下方土体进行钻孔砂置换(φ2 000 mm、110根),确保地基承载力。

施工过程中,在沉井周围配置了2台水下挖掘支援机和2台扬土起重机,利用挖掘取土辅助系统配合起重机摄像头、无线通信等进行紧凑作业管理。主体结构施工时,将扬土起重机的电动液压抓斗改为吊钩用于吊装钢筋、模板等。2023年8月,沉井完成了第10节下沉,刃脚深度约GL-56 m,沉井倾斜量约4 mm,平均下沉速率约23 cm/d。