本發(fā)明涉及一種地下結(jié)構(gòu)修筑的氣壓沉箱裝置，尤其是一種可控制氣壓沉箱下沉階段姿態(tài)的裝置及施工方法。

背景技術(shù)：

氣壓沉箱技術(shù)是修筑地下結(jié)構(gòu)和深基礎(chǔ)的工法，通過氣壓平衡水土壓力進(jìn)行下沉施工，與常規(guī)的施工方法相比，對周邊環(huán)境影響小。1841年法國首次在煤礦豎井中應(yīng)用了氣壓沉箱工法，我國于1894年在橋梁基礎(chǔ)施工中引入了該技術(shù)。在20世紀(jì)50~60年代，上海市基礎(chǔ)工程公司將其推廣應(yīng)用于橋梁工程、給排水工程、隧道工程中。隨著十二五規(guī)劃的提出和城市地下空間開發(fā)的迅速崛起，城市建筑越來越密集，周圍環(huán)境也越來越復(fù)雜，同時(shí)城市底下空間發(fā)展越來越成為城市發(fā)展的趨勢。基坑技術(shù)不斷向“深度更深”，面臨的“環(huán)境更復(fù)雜”方向發(fā)展。

在城市中心建筑物密集區(qū)開挖建設(shè)大深度地下空間，往往面臨施工場地狹小、周圍重要設(shè)施眾多的情況；同時(shí)，地下施工在開挖時(shí)往往會引起地下水位的降低，進(jìn)而導(dǎo)致周圍地基的沉陷，嚴(yán)重時(shí)可能會引起周圍地基的塌陷，給鄰近建(構(gòu))筑物和地下市政設(shè)施帶來嚴(yán)重的影響；另外，市區(qū)地鐵隧道、地下高速道路、共同溝以及豎井風(fēng)井系統(tǒng)工程的施工往往受到各方面的限制。相比之下，氣壓沉箱工法在許多情況下能適應(yīng)上述的特殊需求，因而在工程應(yīng)用中具有不可替代的競爭力及廣泛的應(yīng)用前景。

氣壓沉箱施工過程中，下沉控制是氣壓沉箱控制的要點(diǎn)。沉箱下沉挖掘過程中常不穩(wěn)定，容易發(fā)生承載力不足、突沉、傾斜、滑動過大變形等。隨著深度的增加，下沉控制難度也越大。如何確保沉箱下沉施工階段的穩(wěn)定，防突沉與傾斜是氣壓沉箱施工中的一大難題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明是要解決氣壓沉箱下沉挖掘過程中不穩(wěn)定，容易發(fā)生承載力不足、突沉、傾斜、滑動過大變形等技術(shù)問題，而提供一種氣壓沉箱下沉階段可調(diào)節(jié)氣囊配套裝置及施工方法。

為解決上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種氣壓沉箱下沉階段可調(diào)節(jié)氣囊配套裝置，包括氣囊、充氣孔、套管、氣壓控制閥、充氣控制系統(tǒng)，沉箱底板內(nèi)預(yù)埋若干個(gè)套管，每個(gè)套管插入充氣孔，沉箱底板下部與基底之間設(shè)有氣囊，氣囊與沉箱底板下方充氣孔相連，沉箱底板上方的充氣孔通過氣壓控制閥與充氣系統(tǒng)相連，由充氣系統(tǒng)及氣壓控制閥給氣囊充氣，使氣囊上部頂升沉箱底板，下部由基底支撐，通過氣囊的壓力提升與降低沉箱底板標(biāo)高，自主控制沉箱底板下沉速度，確保沉箱底板下沉工況安全。

所述套管與沉箱底板上下界面連接處設(shè)置密封圈；套管周邊焊接止水環(huán)。

所述氣囊采用橫躺或豎立支撐方式，用于不同規(guī)模及工作室高度要求的沉箱。

一種采用氣壓沉箱下沉階段可調(diào)節(jié)氣囊配套裝置的施工方法，其特征在于，其步驟為：

1）計(jì)算氣囊布置的個(gè)數(shù)

單個(gè)氣囊支撐力T=氣壓p×接觸面積S；

則需要?dú)饽业膫€(gè)數(shù)N=（G-f）÷T，其中：G為沉箱自重，f為側(cè)摩阻力；

2）沉箱底板施工時(shí)結(jié)合沉箱結(jié)構(gòu)按需預(yù)埋套管，套管安裝注意周邊焊接止水環(huán)；

3）在套管內(nèi)插入充氣孔，為確保氣密性，在與沉箱底板上下界面處設(shè)置密封圈；

4）充氣孔底板下方通過充氣孔與可充放氣的氣囊相連，上端和充氣系統(tǒng)相連，中間設(shè)置氣壓控制閥，氣囊上部頂升沉箱底板，下部由基底支撐；

5）氣囊可結(jié)合不同沉箱結(jié)構(gòu)空間要求，可采取橫躺或豎立兩種不同支撐方式；

6）當(dāng)沉箱加高及下沉階段可通過充氣系統(tǒng)、氣壓控制閥對氣囊進(jìn)行充放氣，調(diào)節(jié)氣囊內(nèi)壓力及高度，以提供反力防止沉箱突沉、傾斜現(xiàn)象。

當(dāng)無需使用氣囊時(shí)，可釋放里面氣體，氣囊可隨及縮起，不占用工作室空間，操作靈活。

所述氣體為高壓惰性氣體。

本發(fā)明的有益效果是：

（1）通過調(diào)節(jié)氣囊氣壓自主控制沉箱下沉速度，適應(yīng)防突沉等工況，并且能對沉箱實(shí)時(shí)進(jìn)行自主糾偏，精確調(diào)整控制沉箱下沉姿態(tài)。在下沉施工過程中，對周圍土體擾動小，有利于近距離環(huán)境條件的施工。采用氣囊裝置可調(diào)節(jié)沉箱姿態(tài)，不走不必要的糾偏彎路，工期短工期短；同時(shí)沉箱箱壁可做薄，不需考慮加大自重來克服下沉困難。

（2）結(jié)合沉箱結(jié)構(gòu)大小，自主設(shè)置氣囊大小和位置，布置靈活。

（3）氣囊和基底接觸面積大，對地基承載力要求低，氣囊自主調(diào)節(jié)控制，有效的解決了軟土地基支撐承載力不足等問題。

（4）在沉箱結(jié)構(gòu)下沉?xí)r，可釋放里面氣體，氣囊可隨及縮起，不占用工作室空間。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的氣壓沉箱下沉階段可調(diào)節(jié)氣囊配套裝置橫躺結(jié)構(gòu)剖視圖；

圖2是本發(fā)明的氣壓沉箱下沉階段可調(diào)節(jié)氣囊配套裝置豎立結(jié)構(gòu)剖視圖；

圖3是本發(fā)明的氣壓沉箱下沉階段可調(diào)節(jié)氣囊配套裝置橫躺使用狀態(tài)剖視圖；

圖4是本發(fā)明的氣壓沉箱下沉階段可調(diào)節(jié)氣囊配套裝置豎立使用狀態(tài)剖視圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖與具體實(shí)施，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。

如圖1，2所示，一種氣壓沉箱下沉階段可調(diào)節(jié)氣囊裝置，包括氣囊1、充氣孔2、套管3、密封圈4、止水環(huán)5、氣壓控制閥6、充氣控制系統(tǒng)7。

在沉箱底板8施工時(shí)，結(jié)合沉箱底板8結(jié)構(gòu)大小及計(jì)算預(yù)埋適時(shí)數(shù)量的套管3，每個(gè)套管3內(nèi)插入充氣孔2，沉箱底板8下部與基底之間設(shè)置氣囊1，氣囊1與沉箱底板下方充氣孔2相連，沉箱底板8上方的充氣孔2通過氣壓控制閥6與充氣系統(tǒng)7相連，由充氣系統(tǒng)7及氣壓控制閥6給氣囊1充氣，使氣囊1上部頂升沉箱底板8，下部由基底支撐，通過氣囊1的壓力提升與降低沉箱底板8標(biāo)高，自主控制沉箱底板8下沉速度，確保沉箱底板8下沉工況安全。套管3與沉箱底板8上下界面連接處設(shè)置密封圈4；套管3周邊焊接止水環(huán)5。

氣囊1布置及個(gè)數(shù)的計(jì)算方法：

單個(gè)氣囊1支撐力T=氣壓p×接觸面積S；

則需要?dú)饽?的個(gè)數(shù)N=G-f÷T，其中：G為沉箱自重，f為側(cè)摩阻力；

同時(shí)針對不同規(guī)模及工作室高度要求的沉箱，結(jié)合實(shí)際情況，氣囊1支撐可采取橫躺和豎立兩種不同支撐方式。

具體安裝及實(shí)施方法：

①、沉箱底板8施工時(shí)結(jié)合沉箱結(jié)構(gòu)按需預(yù)埋套管3，套管3安裝注意周邊焊接止水環(huán)5；

②、在套管3內(nèi)插入充氣孔2，為確保氣密性，在與沉箱底板8上下界面處設(shè)置密封圈4。

③充氣孔3與沉箱底板8下方通過充氣孔2與可充放氣的氣囊1相連。上端和充氣系統(tǒng)7相連，中間設(shè)置氣壓控制閥6，氣囊1上部頂升沉箱底板8，下部由基底支撐。

④氣囊1可結(jié)合不同沉箱底板8結(jié)構(gòu)空間要求，可采取橫躺（圖3）和豎立（圖4）兩種不同支撐方式。

⑤當(dāng)沉箱底板8加高及下沉階段可通過充氣系統(tǒng)7、氣壓控制閥6對氣囊1進(jìn)行充放氣，調(diào)節(jié)氣囊1內(nèi)壓力及高度，以提供反力防止沉箱底板8突沉、傾斜等現(xiàn)象。

⑥ 當(dāng)無需使用氣囊1時(shí)，可釋放里面氣體，氣囊可隨及縮起，不占用工作室空間，操作靈活。

⑦ 為確保氣囊1能提供足夠的反力支撐，其材料可選用延展性小，強(qiáng)度高材料，充裝氣體通常采用高壓惰性氣體。