浅谈市政结构顶管工程沉井结构设计

浅谈市政结构顶管工程沉井结构设计

范玉1   戎伟2

身份证号码：130634198810022781

身份证号码：152801198506015017

摘要：随着城市建设的快速发展，市场工程建设规模也在不断扩大。为了更好地满足城市各系统的运行需要，需要设置大量的管道。然而，由于城市道路条件相对复杂，市政工程管道建设中引用的非开挖技术通常是非开挖技术，希望避免对管道建设产生不利影响。本文对市政结构顶管工程沉井结构设计进行了深入研究。

关键词：市政结构；顶管工程；沉井结构设计

前言：沉井结构设计广泛应用于现代市政结构顶管工程中。该结构设计策略不仅满足市政工程地下半部地下施工的要求，而且施工方便性高，使用周期相对较短。同时，对周边环境和周边居民的影响相对较小，具有较高的实用价值。在这方面，在具体的施工施工中，工作人员应充分重视这种结构设计，不仅要增加更多的应用，而且要根据实际情况，不断优化应用，从而总结出更完善、更科学的设计方案。

一、市政结构顶管工程顶管井结构设计类型

在市政结构建设设计中，顶管井属于临时辅助设施。因此，在具体方案设计过程中，应充分考虑市政工程的整体施工需求。同时，应充分适应施工现场的水文和地质条件。还应注意的是，顶管井的结构设计方案在不同的施工环境中也存在一定的差异。主要涉及以下类型：

首先，沉井结构类型。这类顶管井在结构刚度方面具有突出的优势，结构完整性理想，稳定性高。在引用管井的设计类型时，应注意沉井结构的设置一般较深，因此结构内力相对较大。因此，有必要合理调整结构壁的厚度，然后引用内部支撑，以促进结构抗压能力的进一步提高。同时，设计人员应准确掌握顶管施工区域的地下水及周围土壤条件。如果水文地质条件不理想，应进一步加强结构刚度。

二是地下连续墙结构类型。这种顶管井属于平面构件，刚度大，土压大，基坑变形小，安全性高。但由于工程经济性低，使用频率相对较低，一般广泛应用于深度较大的顶管井设计工程中。同时，应合理设置内部支撑，以保证结构的稳定性。

三是排桩结构类型。这种顶管井在不规则形状的设计方案中具有明显的优势，结构适应性相对较强。但需要注意的是，不规则顶管井在施工过程中很难控制地下水。因此，在设计排桩结构的过程中，设计人员应联系实际情况，更科学合理地规划止水设施。例如，设置摆喷和旋喷止水措施，为后期施工中有效应对地下水的影响提供便利，保证各工序的顺利实施。

第四，钢板桩结构类型。该结构施工方便，钢板桩本身具有止水功能，工程经济性好，广泛应用于市政结构工程中。但需要注意的是，设计方案的限制不容忽视。一般来说，钢板桩的开挖深度不大于7米。此外，如果遇到风化岩层或硬砂层，钢板桩应采取额外的引孔措施。在引用结构方案时，设计师应根据顶管井的深度和所在地的实际地质条件进行比较。

二、市政结构顶管工程沉井结构设计的要点

(一)重量及壁厚设计要点

沉井结构下沉施工主要依靠井体结构本身的重力，但结合以往的施工经验，在实际下沉过程中，往往存在自重力作用无法达到预期效果的情况。所以，在方案设计中，设计者应充分重视外力作用，为各工序的顺利实施提供一定的保障。同时，要充分考虑沉井结构的抗浮性和抗渗性，通过合理调整井壁厚度，进一步优化沉井结构的整体应用质量。

(二)平面尺寸设计要点

平面尺寸设计水平作为市政工程沉井结构设计的关键组成部分，将直接影响沉井结构的强度、刚度和抗压能力。在沉井平面结构设计中，下沉深度应合理控制在10m以下，水平位移应控制在100mm，水平位移应小于下沉深度1%。在市政顶管工程沉井结构设计过程中，应根据顶管设备的需要确定沉井的平面尺寸。尽量使用圆形沉井，并谨慎使用矩形沉井。在计算初始值的过程中，必须确保试验工作的到位实施。

(三)分析标高设计要点

在设计沉井顶部标高的过程中，应充分考虑顶管沉井结构的使用要求，结合市政顶管工程沉井的结构特点，明确可能影响结构安全的因素。同时，对工程周围水位进行分析，确保井顶设计标高比周围水位高0.5m，尽量避免沉井结构沉没后地面水流入。因此，在设计沉井结构井顶标高的过程中，应确保标高比地面高0.3m，但在分析工程实际情况后，应确定最终的具体值。

（四）环向设计要点分析

针对一些特殊的市政顶管井结构，如，圆形沉井井壁为筒壳的顶管井，周围水土压力会给其带来一定影响，再加上沉井截面处于受压状态，相对来讲，拉应力较小。同时，因为砖砌体、素混凝土的受压性一般都比较好，所以，若市政结构顶管工程引用的圆形沉井规模并不是很大，可以尝试引用砖砌体沉井，或者是素混凝土的圆形沉井。但若工程需要引用大型的圆形沉井，不仅会受到外荷载作用带来的诸多影响，沉井截面也容易出现受压不均匀的情况。还有就是在具体开展沉井下沉作业中，若负责的工作人员操作不合规，又或是其他因素给作业带来了一些影响，都容易导致沉井下沉倾斜等现象的产生，圆形沉井倾斜两侧会出现主动土、被动土压力。通常情况下，若倾斜角度比较大，土压力差值也会较大。所以，在市政结构顶管工程中，设计人员在计算圆形沉井环向过程中，一般都是假设垂直方向上沉井井壁二点土内摩擦角差值在5°到10°之间来计算土压力差值。

（五）刃脚踏面标高设计要点

计算沉井结构抗冲刷强度，确保沉井结构的刃脚埋设要足够深。一方面，在具体设计中，要对管道的实际埋深和地质条件作出充分考虑，实现对沉井结构尺寸的准确把握。对沉井结构抗滑移、抗倾覆等稳定性能和沉井结构刃脚踏面标高之间存在怎样的关系作出深入分析与准确把握，以此来确定好刃脚踏面标高数值；另一方面，刃脚踏面标高计算允许误差时，一定要严格按照《给排水工程钢筋混凝土沉井结构设计规程》中的相关规定来进行，以此来确保整体沉井结构实际设计中，刃脚踏面标高误差能够得到合理预留。

（六）顶力计算要点分析

市政结构顶管工程中的工作人员，在管道顶进操作中，通常都是引用专业的工作井顶管设备来完成的，所以，在实际操作中，工作人员要结合具体情况，实现对工程顶力的合理控制。同时，还有可能给顶管顶力值带来的影响因素，主要有管径大小、顶管顶力，还有顶进长度与顶进阻力等参数。在沉井结构设计中，若顶管顶力比规定的工作井顶力理论值较大，其工作人员则要结合具体情况，合理的减小管道顶进阻力。

结语：综上所述，沉井结构具有的优势特点非常显著，应用效果也比较好，所以，在各市政顶管工程中的应用较为广泛。因此，为了确保这一结构的优势可以得到充分发挥，在沉井结构设计中，应对施工现状作出详细勘察，实现对工程特性的熟练掌握。在此基础上，围绕施工条件、地质及水文条件、设计标准、要点等诸多因素来完成科学的工程设计。这样既可以为沉井结构的安全性、稳定性提供保证，也能够全面适应市政顶管工程建设提出的各项要求。

参考文献：

[1]刘丹. 市政结构顶管工程沉井结构设计分析[J]. 智能建筑与工程机械,2019,1(5):31-33.

[2]范娜. 市政结构顶管工程沉井结构设计研究[J]. 价值工程,2019,38(31):178-180.

[3]郝臣君,杜帅. 市政结构顶管工程沉井结构设计及工程实例分析[J]. 城市建筑,2017(2):249.