市政结构顶管工程沉井结构设计研究

市政结构顶管工程沉井结构设计研究

刘金鹏 

武汉市政工程设计研究院有限责任公司   湖北武汉 430023

摘要：随着我国社会经济发展对实际管道工程技术要求的不断提高，在管道工程施工过程中，传统的施工方法主要是封闭施工道路，不仅严重影响施工道路的正常交通运输，而且可能对管道施工周围的交通环境产生不利影响。基于此，以下对市政结构顶管工程沉井结构设计策略进行了探讨，以供参考。

关键词：市政结构顶管工程；沉井结构设计；研究

引言

在市政建设中，要根据不同功能需要，设置不同管线，但由于目前我国城市道路实际情况比较复杂，在市政管线施工中，往往需要采用非开挖技术。顶管施工有噪声低、施工进度快、节约施工成本等诸多优点，正逐步受到市政建设的关注和推广。在城市顶管工程中，沉井设计是一个非常关键的环节，由于其刚度大、整体性好，因此在市政工程顶管施工中快速地推广和使用。

1顶管（沉井）概念顶管

（沉井）施工技术本质属于不开挖施工技术，是指在管道顶进过程中，借助施工机械推力完成施工。借助该施工技术可以保证施工效率与质量，控制开挖土层数量，降低管道与土壤之间的摩擦力。与传统顶管施工所不同的是，顶管（沉井）施工可以降低管道偏差问题发生概率，降低工作人员后期维修难度，控制施工成本，提高施工单位经济效益。

2顶管工程沉井结构方案

①沉井结构。采用沉井结构进行顶管施工，整体强度较高。在进行顶管工程后，由于沉井具有较大的地表深度，因此有关工作人员需要减小部分沉井结构的厚度，以减轻其内部的应力，在顶管施工中，对其进行了内支保护，使其质量和稳定性得到了极大的改善。同时，还应考虑到流沙、涌流等地质条件对工程的不利影响。②地下连续墙结构。从形式上讲，采用地下连续墙进行顶管施工时，其沉井的形状将维持在平面上，且总的占地面积不大，能够有效防止连续的水泄漏。但是，由于地下连续墙的刚度较低，在进行顶管工程时，会产生墙体变形、空间不足等问题。因此，有必要对其进行支撑，以改善其整体稳定性。在大型顶管工程中，常采用地下连续墙沉井结构。③排桩结构。在沉井结构设计实践中，若技术人员发现沉井结构布置不合理，沉井深度较大，应采用排桩结构进行顶管。在进行排桩结构设计与使用时，应根据施工人员的要求，对其防水性能进行优化，以防止地下水对沉井结构的负面影响，进而对工程建设的质量产生不良影响。

3市政结构顶管工程沉井结构设计研究

3.1设计模拟

鉴于顶管施工中复杂性较强问题，采用先进施工技术，获得与实际环境和工作要求相吻合的模型，并为以后的工作提供支撑。在进行地基干扰分析时，由于各种参数的固定、力的综合效应很难用常规的方法来评价，可以将各种不同的参数作为预设参数，代入BIM模型进行力学仿真，且能够对该方案的可行性及不足进行分析。静态仿真方法不能达到预期的结果，可以通过引入时间参数和操作参数等方法来实现对顶管工作中各种参数的改变。各种虚拟现实技术可以为以上工作提供一定支持。

3.2模板架立

模板采用高质量覆膜板，覆膜板厚度18mm，覆膜厚度0.6～0.7mm，尺寸为1220mm×2440mm。模板接缝表面粘贴包箱纸，立模前所有模板需要涂刷脱模剂。内外模板采取竖向和横向分节支设，竖向围令用方木，横向围令用48.3钢管。覆膜板后部用80×80mm枋木檩条用铁钉固定，枋木檩条中心间距为350mm，横向围令用48.3钢管，中心间距为600mm，布置12螺纹套筒拉筋张拉固定，拉筋排间距为750mm，层间距为1000mm。外侧钢筋处安装预制砂浆垫块，确保钢筋保护厚度与井壁厚度。封模前，各种预埋件和预留孔洞位置用电焊固定在主筋或箍筋上。预留套管或预留洞孔的模板拉杆与钢筋焊接牢固，刃脚预留钢筋部位用免拆模板立模浇筑。

3.3泥水平衡式顶管施工

泥水平衡式顶管施工应充分运用掘进机等设备，使其能够在主顶油缸等机械作用下，有序推进，在转动切削刀盘的同时，进行土层切削。包含在土层内部的石块等材料将被破坏粉碎后进入泥水舱，并与泥浆混合。石块材料粉碎体和泥浆混合体等可通过排泥管等设备在泵体压力下排送至地面。为有效保持泥水平衡式顶管施工的顺利进行，技术人员可配置土压平衡装置等，以合理处理顶管施工实际效果与目标效果之间的关系，防止与控制地面沉降或隆起等。合理掌握泥水平衡式顶管操作流程，当掘进机完全进入土层后，方可拆除尾管等附属装置，并按照往复循环的施工方法，直至管道被完全顶入土层内部，形成具有封闭特征的地下管道。运用激光导向控制系统等现代化工具，做好泥水平衡式顶管施工观测，及时纠正标高及方向位置偏差，通过激光光束捕捉顶管施工影像信息，并将影像信号传输至计算机之中，实现半可视化的施工操作过程，并运用远程控制方式对内置式油缸进行伸缩处理。在该环节施工操作完成后，应对管道水平度和垂直度等技术指标进行核定，将相应的偏离精度控制在有效范围内。

3.4沉井下沉的观测

对沉井下沉施工过程需在井外设置4个观察井，每边1个，施工时每天观察井内的变化。沉井下沉过程中，井内水位保持高出井外水位1～2m，使用经纬仪测量器，对水平、竖直方向的下沉进行勘察测量。如果发现在下沉过程有故障出现，需要第一时间通知相关的技术人员对下沉进行纠偏，始终要保持先纠偏再下沉的施工顺序，纠偏范围根据设计要求进行。对沉井下沉要时刻保持观测，可以有效控制好沉降过程出现的沉降差值，使沉井下沉过程中不过度出现倾斜和超沉的不良现象，为沉井正常下沉提供安全保障。

3.5沉井封底

按照设计标准完成基坑土方开挖作业后需将其封底处理，运用“不排水灌注水下混凝土”的技术工艺进行施工。沉井封底施工技术要点具体如下。（1）沉井下沉至指定位置后回填碎石整平超挖部分，准备30cm碎石材料，将其设置在井底位置，同时整平基底面，去除浮泥，以此避免沉井基底与封底混凝土之间混入有害杂质。（2）将沉井封底时所应用的混凝土坍落度控制在18~22cm，此时应注意，初步灌注混凝土时，需优先选用低坍落度混凝土材料。（3）混凝土灌注封底期间，需以封底面积、导管作用半径为依据确定导管根数及间隔，并将导管间距控制在2.5~4m。若同时灌注多个导管，则需按照“先低后高、先四周后中间”的顺序进行灌注施工。（3）混凝土灌注施工期间，随着混凝土面的升高，导管同样随之提升的，此时需依据导管内混凝土下落高度控制导管埋深，并要求相邻导管内的混凝土高差对于1/15~1/20的管距。（4）采用泵送方式灌注混凝土时，应注意控制泵送输送力，要求泵送输送力与导管直径相匹配。混凝土应及时灌注，需将灌注施工与导管拆除施工之间的工序间隔控制在30min以内，待混凝土灌注作业即将结束时，则需适当增加导管埋深及混凝土坍落度。

结束语

从顶管工作井及接收井、深井井点降水、沉井下沉施工、泥水平衡式顶管、后座墙施工、进出洞口施工、操作控制系统应用、顶管施工测量和方向控制等几个方面，对沉井施工过程进行有效控制，确保了沉井施工质量。但当前沉井顶管施工中依旧存在诸多短板，不利于实现最优化的技术预防措施。对此，技术人员应创新方法，结合项目实际，全面提升沉井顶管施工质量。

参考文献

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