市政頂管工程沉井結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)及應(yīng)用分析

梁峰

（中交第二航務(wù)工程勘察設(shè)計(jì)院有限公司，湖北 武漢 430060）

1 市政頂管工程沉井結(jié)構(gòu)方案

在開(kāi)展市政頂管工程項(xiàng)目建設(shè)的過(guò)程中，相關(guān)施工團(tuán)隊(duì)必須要提前建立頂管井，以此來(lái)推進(jìn)后續(xù)的頂管施工工作順利開(kāi)展。所以，為了保障頂管井設(shè)施施工工作的完整性以及設(shè)計(jì)質(zhì)量，相關(guān)技術(shù)人員在設(shè)計(jì)階段當(dāng)中，就要結(jié)合工程項(xiàng)目建設(shè)區(qū)域的實(shí)際情況，施工調(diào)節(jié)計(jì)劃，工程項(xiàng)目建設(shè)要求，科學(xué)合理的設(shè)計(jì)工程結(jié)構(gòu)方案，以此來(lái)充分發(fā)揮工程設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的應(yīng)有作用。目前，我國(guó)較為常見(jiàn)的頂管井結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)類(lèi)型主要分為4種。（1）沉井結(jié)構(gòu)。采用沉井結(jié)構(gòu)開(kāi)展頂管施工工作，其結(jié)構(gòu)總體強(qiáng)度更高。在實(shí)際頂管施工工作開(kāi)始之后，由于沉井結(jié)構(gòu)具備較大的地面深度，所以為了降低沉井結(jié)構(gòu)內(nèi)部的應(yīng)力作用，相關(guān)工作人員要減少一部分沉井結(jié)構(gòu)的厚度，為其提供內(nèi)撐防護(hù)，從而大大提高頂管工程的質(zhì)量水平和穩(wěn)定性。除此之外，設(shè)計(jì)人員還要結(jié)合流沙涌水等地質(zhì)狀況產(chǎn)生的不利影響。（2）地下連續(xù)墻結(jié)構(gòu)。從形式上來(lái)看，采用地下連續(xù)墻開(kāi)展頂管工程，其沉井形態(tài)會(huì)保持平面結(jié)構(gòu)，總體占地面積較小，有效避免水體的持續(xù)滲漏。但相對(duì)地下連續(xù)墻結(jié)構(gòu)的剛性較差，在實(shí)際頂管施工開(kāi)展的過(guò)程中，會(huì)出現(xiàn)墻體變形或者空間不夠等問(wèn)題。為此，相關(guān)工作人員需要為地下連續(xù)墻結(jié)構(gòu)規(guī)劃支護(hù)裝置，提高地下連續(xù)墻結(jié)構(gòu)的總體穩(wěn)固性。在深度較大的頂管工程施工過(guò)程中，地下連續(xù)墻沉井結(jié)構(gòu)應(yīng)用較為頻繁。（3）排樁結(jié)構(gòu)。在實(shí)際沉井結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作的過(guò)程中，如果技術(shù)人員發(fā)現(xiàn)沉井結(jié)構(gòu)分布不夠規(guī)則或者沉井深度過(guò)大，那么工作人員就要選擇排樁結(jié)構(gòu)完成頂管施工工作。在排樁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和應(yīng)用的過(guò)程中，技術(shù)人員要對(duì)其防水性能進(jìn)行優(yōu)化，避免沉井結(jié)構(gòu)受到地下水的不利影響，從而對(duì)最終的工程項(xiàng)目施工質(zhì)量造成不利損害。（4）鋼板樁。鋼板中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)較為明顯，其自身的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度往往較大，并且施工過(guò)程極為便捷、成本支出能夠有效縮減，在各類(lèi)頂管工程當(dāng)中都具備極為良好的應(yīng)用價(jià)值。在實(shí)際鋼板樁應(yīng)用的過(guò)程中，其應(yīng)用會(huì)受到工程地質(zhì)條件和地下水等因素的影響，這就需要技術(shù)人員將鋼板樁打入到不透水層地質(zhì)環(huán)境當(dāng)中，還要為其規(guī)劃一套完整的避水設(shè)施，避免地下水位較低為工程項(xiàng)目質(zhì)量帶來(lái)較大損害。

2 頂管工程中沉井結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)思路

2.1 參數(shù)控制

在沉井結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作開(kāi)展的過(guò)程中，針對(duì)頂管工程沉井結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)參數(shù)要進(jìn)行反復(fù)的規(guī)劃以及仔細(xì)的核查。具體來(lái)說(shuō)，工作人員需要對(duì)沉井施工和下沉兩個(gè)施工步驟進(jìn)行重點(diǎn)分析。在沉井施工過(guò)程中的參數(shù)控制，工作人員必須要保障施工完畢的尺寸和標(biāo)準(zhǔn)尺寸偏差不超過(guò)20mm，沉井壁厚度的偏差要小于8mm，為其設(shè)計(jì)的保護(hù)層與實(shí)際建設(shè)完畢的保護(hù)層偏差在5mm之內(nèi)。而沉井下沉結(jié)構(gòu)當(dāng)中，參數(shù)控制重心要放在沉井位置的控制工作上，其位置水平差在下沉之后的位移量與下沉深度比例不得超過(guò)1%，井刃腳的平均標(biāo)高和設(shè)計(jì)標(biāo)高的偏差不得超出5mm。在正常狀況下，頂管工程沉井結(jié)構(gòu)的施工參數(shù)必須要滿(mǎn)足標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)范。

2.2 因地制宜把控重點(diǎn)

在我國(guó)各個(gè)地區(qū)當(dāng)中，主體條件以及地下結(jié)構(gòu)都存在較大的區(qū)別和特殊性，如果頂管施工工作選擇較為復(fù)雜的地質(zhì)區(qū)域當(dāng)中，相關(guān)工作人員不但要依照常規(guī)施工對(duì)沉井結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行有效把控，還要結(jié)合施工區(qū)域的地質(zhì)條件特點(diǎn)，將各類(lèi)影響因素融入其中。例如，市區(qū)內(nèi)部的頂管施工工作，其沉井結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作要結(jié)合地下管線的分布狀況。如果施工區(qū)域地下供水供氣管道較為密集，那么就要進(jìn)一步提高沉井結(jié)構(gòu)制作以及下沉參數(shù)的控制力度，嚴(yán)格控制期建設(shè)偏差，最大程度上提高施工精準(zhǔn)度。如果施工地區(qū)的降水較為密集，那么其沉井施工就會(huì)受到降水的巨大侵害，這就需要從設(shè)計(jì)上對(duì)力學(xué)參數(shù)進(jìn)行分析，強(qiáng)化周?chē)馏w形變或者位移問(wèn)題的考慮力度，以此來(lái)提高頂管施工工作的安全水平。

3 沉井結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)

（1）針對(duì)井壁壁厚的設(shè)計(jì)工作，在沉井下沉的階段當(dāng)中，工作人員會(huì)結(jié)合緊密的實(shí)際重量做出下沉規(guī)劃，如果井壁壁厚設(shè)計(jì)工作嚴(yán)重忽視了沉井的重量需求，那么就會(huì)誘發(fā)各類(lèi)質(zhì)量問(wèn)題的出現(xiàn)。其次，設(shè)計(jì)人員還要結(jié)合外力增加沉井的重量，使沉井能夠具備更高的運(yùn)行穩(wěn)定性。（2）對(duì)其標(biāo)高進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化。工作人員需要結(jié)合市政頂管工程沉井結(jié)構(gòu)的各方面特點(diǎn)，在其井壁下沉標(biāo)高設(shè)計(jì)的過(guò)程中，結(jié)合各方面施工需求的因素，保障沉井在整體施工過(guò)程中不會(huì)出現(xiàn)任何質(zhì)量損害。（3）平面設(shè)計(jì)工作。沉井結(jié)構(gòu)施工設(shè)計(jì)，需要對(duì)其平面尺寸進(jìn)行合理規(guī)劃，平面尺寸的設(shè)計(jì)水平將直接關(guān)乎整個(gè)項(xiàng)目是否能夠高效順利的開(kāi)展。而在頂管工程沉降結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)階段當(dāng)中，也要根據(jù)沉降結(jié)構(gòu)的最終深度，對(duì)沉井的平面尺寸作出合理規(guī)劃。

4 頂管工程中沉井結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法

4.1 井壁厚度設(shè)計(jì)

開(kāi)展頂管工程施工工作的過(guò)程中，相關(guān)設(shè)計(jì)人員首先要對(duì)沉井結(jié)構(gòu)開(kāi)展設(shè)計(jì)工作，尤其是井壁的厚度要做出全面的分析和規(guī)劃，制定出一套較為科學(xué)合理的參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)。針對(duì)井壁厚度的設(shè)計(jì)工作，需要設(shè)計(jì)人員結(jié)合三方面因素，分別是沉井的下沉需求，穩(wěn)定下沉需求以及抗浮需求。沉井在下沉的過(guò)程中需要克服巨大的摩擦力，當(dāng)沉井開(kāi)始下沉并達(dá)到指定下沉位置過(guò)程中的相應(yīng)需求。而穩(wěn)定下沉需求則是指下沉系數(shù)處于允許范圍內(nèi)，不會(huì)再次出現(xiàn)突然下沉并且下沉狀況不會(huì)再次出現(xiàn)。部分沉井結(jié)構(gòu)建設(shè)區(qū)域會(huì)受到周?chē)w的影響，在此期間就會(huì)涉及到沉井結(jié)構(gòu)的抗浮需求，當(dāng)沉井井壁能夠依靠自身重量維持位置穩(wěn)定的時(shí)刻就達(dá)到了沉井的抗浮需求。在上述三方面因素當(dāng)中，下沉需求往往是最為重要的參考內(nèi)容。設(shè)計(jì)人員可通過(guò)數(shù)學(xué)公式的方式進(jìn)行合理計(jì)算，以S來(lái)代表下沉系數(shù)，從而獲取一套極具實(shí)用性的公式：S=(A-B）/C，且S不小于1.05式中，S代表下沉系數(shù)，A代表沉井的自重，B代表下沉過(guò)程中出現(xiàn)的動(dòng)態(tài)托浮力（如水），C代表下沉的均勻阻力。正式的工程項(xiàng)目建設(shè)工作，工作人員便可將各類(lèi)信息帶入到此公式當(dāng)中，如果得出的S值小于1.05，那么工作人員便可得出，沉井結(jié)構(gòu)的下沉系數(shù)較小，作業(yè)效率會(huì)持續(xù)降低。如果s值大于1.05，那么沉井結(jié)構(gòu)在下沉的過(guò)程中就會(huì)出現(xiàn)速度過(guò)快的問(wèn)題，顯現(xiàn)出周?chē)馏w環(huán)境穩(wěn)定性較差或者抗浮需求較差的情況。

4.2 井底設(shè)計(jì)標(biāo)高

井底標(biāo)高的設(shè)計(jì)工作需要設(shè)計(jì)人員結(jié)合市政頂管工程沉井結(jié)構(gòu)的各類(lèi)特點(diǎn)以及多方面需求，讓沉井體標(biāo)高得到全方位的規(guī)劃。首先，出于安全方面因素的考慮，沉井底設(shè)計(jì)標(biāo)高要比市政頂管工程水位高出半米，這就能讓沉井結(jié)構(gòu)在到達(dá)最終沉降位置之后，地面當(dāng)中的水流不會(huì)流入到沉井內(nèi)部。例如，在我國(guó)以往的市政頂管工程建設(shè)工作過(guò)程中，相關(guān)設(shè)計(jì)人員結(jié)合了施工地區(qū)的地質(zhì)水文信息，得知施工工程周?chē)粯?biāo)高為10m，這就需要沉井結(jié)構(gòu)的井底設(shè)計(jì)標(biāo)高最終定為10.5m，這就可以避免周?chē)鬟M(jìn)入到沉井當(dāng)中。另外，在設(shè)計(jì)工作開(kāi)展的過(guò)程中，要控制地面位置低于沉井井頂標(biāo)高的0.3m，以此來(lái)保障沉井結(jié)構(gòu)下沉作業(yè)具備較高的安全性和穩(wěn)定性。如果某些工程管道標(biāo)高位置在地下水位之上，那么施工期間就要運(yùn)用科學(xué)合理的降水策略，使工程附近地下水位能夠降至底板的0.5m以下。

4.3 刃腳踏面標(biāo)高

為保障頂管施工工作的順利進(jìn)行，設(shè)計(jì)人員要結(jié)合沉井設(shè)計(jì)工作的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，優(yōu)化沉井結(jié)構(gòu)的抗傾覆性水平，大幅度提高沉井結(jié)構(gòu)應(yīng)用的整體性和穩(wěn)固性。除此之外，針對(duì)陳景外表設(shè)計(jì)工作，還要與其他部位尺寸相互匹配，這能夠讓沉井結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)更加合理更具時(shí)效性。在實(shí)際設(shè)計(jì)工作的過(guò)程中，工作人員需要對(duì)沉井刃腳踏面的標(biāo)高和角度進(jìn)行計(jì)算，這能夠讓沉井結(jié)構(gòu)的防滑性和抗傾覆性能力大幅度提高。

4.4 穩(wěn)定性設(shè)計(jì)

沉井結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作是頂管工程施工過(guò)程當(dāng)中不可或缺的重要基礎(chǔ)，相關(guān)工作人員需要考慮周邊土體受到擾動(dòng)后的具體形變狀況。當(dāng)周?chē)馏w出現(xiàn)較大形變時(shí)，頂管作業(yè)便無(wú)法有效的開(kāi)展，同時(shí)還會(huì)受到管道材料、推進(jìn)力量等多方面因素的影響，從而引發(fā)土體破壞，頂進(jìn)位移，頂進(jìn)偏移等問(wèn)題。相關(guān)工作人員必須要對(duì)其穩(wěn)定性作出深入分析，減少由于非必要因素帶來(lái)的不利干擾，大幅度提高其整體應(yīng)用效率。在設(shè)計(jì)工作開(kāi)展過(guò)程中，工作人員必須要重點(diǎn)分析頂進(jìn)力量因素。以Z來(lái)代表頂進(jìn)力量值，并可獲取一套完整的計(jì)算公式，：Z=πDLv+N，其中D代表管道外徑，L代表頂管作業(yè)過(guò)程中頂進(jìn)的長(zhǎng)度，v代表管道外壁與土體的平均摩阻力，N代表頂進(jìn)阻力。在實(shí)際工程項(xiàng)目建設(shè)的過(guò)程中，相關(guān)工作人員需要對(duì)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行測(cè)量，隨后再帶入到計(jì)算公式內(nèi)部，最終獲取相應(yīng)的數(shù)據(jù)內(nèi)容，同時(shí)也能獲取作業(yè)效率的模糊值。隨后，再借助模糊值與作業(yè)區(qū)域內(nèi)部土體強(qiáng)度值作出對(duì)比和對(duì)照，便能掌握施工工作對(duì)于土體環(huán)境的具體勞動(dòng)狀況。如果Z的計(jì)算結(jié)果小于周邊土體壓力，那么就代表施工工作對(duì)于周邊土體的擾動(dòng)較小。如果Z的結(jié)果超出周邊土體壓力，那么就代表施工工作極有可能會(huì)導(dǎo)致土體出現(xiàn)位移狀況。這就需要工作人員重新對(duì)頂管工程沉井結(jié)構(gòu)做出設(shè)計(jì)，必要時(shí)要更換沉井結(jié)構(gòu)的施工位置。

5 頂管工程中沉井結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

5.1 力學(xué)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

開(kāi)展市政工程頂管施工工作，相關(guān)工作人員需要結(jié)合沉井施工的力學(xué)結(jié)構(gòu)作出綜合化判斷，力學(xué)結(jié)構(gòu)內(nèi)容通常會(huì)涵蓋頂盡力量，周邊土體對(duì)于沉井井壁的壓力，沉井自重，以及沉井下沉過(guò)程當(dāng)中的摩擦力等信息。綜合考量的過(guò)程中，設(shè)計(jì)人員需要結(jié)合各方面影響因素的重要程度做出相應(yīng)規(guī)劃，首先就要對(duì)頂進(jìn)力量進(jìn)行考慮，隨后才可進(jìn)行其他因素的分析工作。如果建設(shè)區(qū)域菩提呈現(xiàn)出密度不均狀況，或者受壓不均狀況，那么就要根據(jù)工程的建設(shè)需求完善具體的設(shè)計(jì)方案，結(jié)合設(shè)計(jì)方案內(nèi)容對(duì)力學(xué)結(jié)構(gòu)作出分析和評(píng)估。

5.2 原始信息收集

市政工程頂管施工工作沉井結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)工作需要大量的原始數(shù)據(jù)信息進(jìn)行支持，不斷擴(kuò)充原始信息的儲(chǔ)存量，便能夠讓沉井力學(xué)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、模擬分析等活動(dòng)更加真實(shí)，貼切和精準(zhǔn)。在實(shí)際施工工作開(kāi)展期間，信息收集工作要貫穿于整個(gè)施工的各個(gè)階段當(dāng)中，同時(shí)還要不斷的對(duì)各類(lèi)關(guān)鍵數(shù)據(jù)信息進(jìn)行充分分析，最后做出匯總和計(jì)算。通過(guò)各類(lèi)數(shù)據(jù)信息的分析和把控，能夠?qū)ΜF(xiàn)有技術(shù)方案的可行性作出評(píng)估，同時(shí)也可對(duì)細(xì)微不足之處作出相應(yīng)調(diào)整，以豐富信息為參考的頂管工程沉井結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作，其可行性以及實(shí)效性能夠得到充分保障。

5.3 設(shè)計(jì)模擬

為避免沉井結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中出現(xiàn)較大偏差，在方案設(shè)計(jì)完畢之后就要應(yīng)用現(xiàn)代化計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)，開(kāi)展實(shí)時(shí)環(huán)境的模擬演練，以此來(lái)提高方案設(shè)計(jì)的適用性，保障沉井結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的精準(zhǔn)度。例如，在對(duì)施工工作土體擾動(dòng)問(wèn)題分析的過(guò)程中，其分析過(guò)程會(huì)涉及到多類(lèi)固定因素。沿用傳統(tǒng)的工作模式進(jìn)行評(píng)估其科學(xué)性會(huì)大打折扣，為此工作人員可將收集的原始信息化作默認(rèn)參數(shù)，代入到BIM數(shù)據(jù)模型系統(tǒng)當(dāng)中，實(shí)現(xiàn)力學(xué)模擬，分析該種設(shè)計(jì)策略的可行性以及薄弱環(huán)節(jié)。

6 結(jié)語(yǔ)

在市政工程頂管施工工作的過(guò)程中，沉井結(jié)構(gòu)是重中之重，其關(guān)乎著頂管施工是否能夠順利開(kāi)展和完工，同時(shí)也關(guān)乎著頂管施工以及管道鋪設(shè)的最終質(zhì)量水平。所以，相關(guān)設(shè)計(jì)人員要結(jié)合工程實(shí)況的分析，嚴(yán)格按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)規(guī)范，合理的把控沉井結(jié)構(gòu)井壁厚度，同時(shí)還要對(duì)沉井結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性、可靠性、各類(lèi)計(jì)算指標(biāo)作出精準(zhǔn)計(jì)算，從而規(guī)劃出一套適用性最強(qiáng)，精準(zhǔn)度最高的沉井結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案，為市政工程頂管施工工作的高效開(kāi)展奠定良好基礎(chǔ)。