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

郭童辉

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摘要：对市政结构顶管工程中的沉井结构进行深入研究，可以帮助我们更好地理解其特性，并为实际设计和优化提供有效的指导。通过这样的研究，我们可以为市政结构顶管工程的顺利施工和提高工程质量奠定坚实的基础。本文将详细阐述沉井结构在市政结构顶管工程中的特点，并针对其优化设计进行分析和探讨。

关键词：市政结构顶管工程；沉井结构；设计要点

一、市政结构顶管工程中的沉井结构特点

城市为了充分发挥其各项功能，需要铺设众多管道，其中顶管井作为一种临时设施，由于施工周期短、成本低等优点，被广泛应用于市政工程中。沉井结构是市政结构顶管工程中常见的一种井结构类型，其整体刚度和深度较大，整体性良好。但由于深度较大，容易出现内力过大、井壁过厚等问题，直接影响市政结构顶管工程的建设质量。因此，设计人员需结合工程实际情况，遵循国家相关标准进行沉井结构的优化设计。

二、市政顶管工程沉井结构方案

顶管井作为一种临时设施，在市政工程设计阶段，需根据工程地质情况和施工条件进行结构设计。目前，市政工程顶管井结构类型多样，主要包括以下几种：

（1）沉井结构。该类型的顶管井结构具有结构刚度大、整体性好的特点。在深度较大的顶管井建设中，常采用内撑方式减小内力，从而降低井壁厚度，提高工程质量。同时，设计人员需加强对流砂、涌水等地质状况的分析。

（2）地下连续墙。地下连续墙作为一种平面构件，在实际应用过程中，墙体变形、开裂渗漏、空间整体性差等问题常见。因此，设计过程中需设置内撑，确保结构稳定性。通常，地下连续墙应用于深度较大的顶管井中。

（3）排桩结构。在顶管井设计过程中，若发现顶管井面不规则或施工深度较大，宜采用排桩结构设计。为了提高工程质量及效益，设计人员应设置合理的止水设施，如旋喷、摆喷等，以避免地下水影响，确保建设进度。

（4）钢板桩。钢板桩设计凭借着强度高、施工快、造价低的特点而被广泛的运用在工程建设的过程中，但是该种结构设计在运用的过程中会受到地质条件以及地下水位影响。基于此，施工团队在借助该技术进行相关作业的过程中，往往需要将钢板应打入不透水层，防止低下水对于工程建设质量的影响。此外，在借助该结构进行相关操作的过程中，若无法避免地下水的施工环境，相关的技术人员还需要加强对于止水设施的安装，从而防止对于这一问题的解决。

（5）型钢-搅拌桩复合结构。目前，该技术由于防水性好、构造简单、施工方便、工期短、噪音低、环境污染小等特点而获得建筑单位的青睐，并广泛的运用在工程建设的过程中。该结构在运用的过程中主要是将型钢插入到水泥搅拌桩的墙体之，从而由此促进劲性复合围护结构的实现，促进工程建设的有序开展。不仅如此，作为一种为临时性支护结构，型钢-搅拌桩往往可以重复利用。此外，在工程建设的过程中，由于型钢拔出后会留下一定的空隙，易导致土体发生变形，为此，施工人员需要加强对于泥浆的注入，从而防止这一问题的出现。

三、市政结构顶管工程沉井结构设计要点

3.1沉井壁厚设计

在市政结构顶管工程中，沉井原理为利用沉井自重实现下沉，因此如果因沉井井壁较薄，将会出现沉井自重过轻的情况，此时仅仅依靠沉井自重显然无法有效完成下沉作业。而如果沉井井壁过厚，虽然可以保障沉井自重足够，但导致工程成本增加与资源浪费。

因此需要设计人员科学设计沉井壁厚，确保沉井具有较高的下沉稳定性和抗浮性能。按照相关规定要求，沉井下沉稳定系数应当在 0.8 到0.9 之间，如果沉井结构水位较高，则应保证井体抗浮系数至少为 1。该工程中，设计人员通过充分结合实际情况，选择使用深度为 21m、壁厚为0.9m 且中心直径超过 27m 的圆形沉井，并对其进行排水下沉作业。即在确保井内为无水状态下进行取土作业。但为检验沉井壁厚设计值是否合理，需要对沉井下沉及其稳定系数进行准确计算。

3.2标高设计

①井顶设计标高设计。设计人员在立足市政顶管工程沉井结构实际特点，对沉井井顶标高进行设计时，出于结构安全因素的考量，要求沉井井顶的设计标高，应当比市政顶管工程周围水位高出 0.5m，从而有效防止沉井结构在终沉之后，有大量地面水流入沉井当中。在该市政顶管工程中，设计人员立足工程实际以及水文、地质条件，可知工程周围水位为10m，因此该沉井结构井顶标高最终设定为 10.5m。另外在设计过程中，需要保障地面低于沉井井顶标高 0.3m，以此有效保障了沉井结构下沉作业的安全可靠性。值得注意的是，由于该工程采用圆形沉井排水下沉法，因此在取土作业时井内无水，在沉井过程中直接受到井外水土荷载的作用影响，工作人员将沉井下沉至设计标高后即可进行干封底。

②刃脚踏面标高设计。根据对沉井结构抗冲刷强度的计算，保证所有的沉井结构刃脚埋设足够深。首先，在设计过程中应考虑到污水处理厂处理能力以及沉井结构其他部位尺寸，通过分析沉井结构抗滑移、抗倾覆等稳定性能与沉井结构刃脚踏面标高之间的关系，从而大致确定刃脚踏面标高数值；其次，要严格按照《给排水工程钢筋混凝土沉井结构设计规程》中对刃脚踏面标高的规定计算允许误差，保证在进行整体沉井结构设计中，预留出刃脚踏面标高误差。

3.3 平面尺寸设计

平面尺寸是市政工程沉井结构设计中重点部分，其设计水平的高低直接影响到沉井结构的强度、刚度和抗压能力。在沉井平面结构设计过程中，其下沉下沉深度应控制在 10m 以下，水平位移控制在 100mm，同时确保水平位移小于下沉深度的 1%。另外，在市政顶管工程沉井结构设计过程中，还要结合终沉深度对沉井平面尺寸进行确定，在前期数值计算时，需要做好试验工作。

3.4沉井施工的方法

在进行沉井施工作业的过程中，施工人员往往需要根据工程建设的实际状况，综合对于工程场地的水文、地质状况的分析，实现对于沉井施工方法的优化选择。目前，最为常用的的沉井施工方法有两种，分别是：排水下沉法和不排水下沉法。一般情况下，排水下沉法主要运用在渗水量不大且性质较为稳定的黏性土中，或者是渗水量很大，但排水速度较快的沙砾层中。而不排水下沉法在实际的运用过程中又能根据实际的施工状况而被分为水中取土下沉以及水力机市冲土下沉两种。一般情况下，在进行沉井下沉作业的过程中，施工人员往往需要挖土 30～40 cm，并从沉井的中部向四周对称取土，从而实现沉井下沉的均匀性。此外，挖掘出来的土方需要堆放在离沉井 10 m 的地方，减少外部土层对于沉井的压力，促进工程建设质量的提高。

结语：

总而言之，由于沉井结构具有成本低，无噪音，施工方便，对环境的干扰小等优点，所以被广泛应用于市政顶管工程的结构设计中，并取得良好结果。在在市政顶管工程沉井结构设计中，设计人员需要确保沉井结构的安全性与稳定性，以满足城市居民的使用需求。

参考文献：

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[2]任磊,于娟.顶管施工技术在市政给排水施工中的应用[J].住宅与房地产,2018(02):182.

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