市政結(jié)構(gòu)頂管工程沉井結(jié)構(gòu)設(shè)計分析

張越宇

（大同市政工程設(shè)計研究有限公司， 山西 大同 037004）

在市政基礎(chǔ)設(shè)施工程建設(shè)中， 需要深入施工現(xiàn)場進(jìn)行實地勘測， 根據(jù)勘測情況得知城市路面和地下管道所處環(huán)境相當(dāng)復(fù)雜， 為了防止對其他設(shè)施造成破壞， 一般會選擇使用非開挖技術(shù)， 而頂管技術(shù)的優(yōu)點在于成本低、 施工噪音小等， 所以才會在市政工程施工建設(shè)中得到了廣泛的應(yīng)用。 市政結(jié)構(gòu)頂管工程沉井結(jié)構(gòu)設(shè)計的合理與否對整體施工質(zhì)量起到?jīng)Q定性的影響， 為了保證市政頂管工程設(shè)計施工的順利進(jìn)行， 應(yīng)當(dāng)對沉井結(jié)構(gòu)特點加以了解和掌握，為沉井結(jié)構(gòu)設(shè)計的優(yōu)化提供精準(zhǔn)可靠的數(shù)據(jù)支持，作為設(shè)計人員應(yīng)對沉井結(jié)構(gòu)設(shè)計要點加以把握， 結(jié)合實地勘察數(shù)據(jù)和工程施工質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)合理優(yōu)化沉井結(jié)構(gòu)設(shè)計， 從而有助于保證整體施工質(zhì)量。

1 市政結(jié)構(gòu)頂管工程沉井結(jié)構(gòu)特點

市政基礎(chǔ)設(shè)施工程建設(shè)的根本目的在于滿足現(xiàn)代化城市運(yùn)營和發(fā)展的實際需求， 而要想充分發(fā)揮城市各項功能， 需要對管道敷設(shè)工程施工給予重視，根據(jù)實際需求科學(xué)敷設(shè)管道。 頂管井屬于一種臨時性設(shè)施， 其優(yōu)點在于: 施工周期短、 成本低和噪音小等， 正因為這些優(yōu)勢才會在市政工程中得到極其廣泛的應(yīng)用。 沉井是市政工程建設(shè)中比較常見的一種頂管井結(jié)構(gòu)類型， 通過以往的研究和記錄信息來看， 沉井結(jié)構(gòu)具有一定的深度， 加上其剛度與深度具備一定的整體性， 但是考慮到其深度較大， 極有可能會出現(xiàn)沉井壁厚大等現(xiàn)象， 若是對這些現(xiàn)象放任不理， 勢必會影響到市政結(jié)構(gòu)頂管工程整體質(zhì)量。因此作為一名合格的設(shè)計人員要對市政結(jié)構(gòu)頂管工程實際情況加以充分的了解， 結(jié)合所掌握的各項數(shù)據(jù)和信息， 并嚴(yán)格遵循相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)準(zhǔn)則提出合理、 科學(xué)的優(yōu)化措施， 進(jìn)而有望實現(xiàn)對市政結(jié)構(gòu)頂管工程沉井結(jié)構(gòu)設(shè)計的有效優(yōu)化， 為市政結(jié)構(gòu)頂管工程施工的高效進(jìn)行和保證整體施工質(zhì)量打好扎實基礎(chǔ)。

2 市政結(jié)構(gòu)頂管工程沉井結(jié)構(gòu)設(shè)計要點

2.1 沉井壁厚

在市政結(jié)構(gòu)頂管工程施工中， 曾經(jīng)的基本原理在于利用井壁自重進(jìn)行下沉， 若是沉井井水壁厚度沒有達(dá)到相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)， 就會出現(xiàn)井壁自身重量過輕的情況， 這樣就很難高效率地完成下沉作業(yè)， 若是沉井井壁過厚容易造成資源過分浪費(fèi)， 還會增加額外成本。 因此對沉井井壁進(jìn)行設(shè)計的時候， 必須對其下沉穩(wěn)定性和抗浮性能加以考慮， 一熱相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求和規(guī)定對其穩(wěn)定系數(shù)進(jìn)行精準(zhǔn)控制， 一般情況下，沉井下沉系數(shù)標(biāo)準(zhǔn)范圍為0.8 ～0.9， 在對沉井下沉系數(shù)進(jìn)行控制時還得對沉井結(jié)構(gòu)水位進(jìn)行嚴(yán)格檢測，在水位較高的情況下， 必須將沉井井體抗浮系數(shù)控制在1 左右。 總之， 在對沉井井壁進(jìn)行設(shè)計時必須提前對工程實際情況多加了解， 為了提升市政結(jié)構(gòu)頂管工程施工質(zhì)量和效率， 應(yīng)對全方面情況和施工需求進(jìn)行綜合考量， 選擇最佳的設(shè)計方案。

在確保設(shè)計方案合理性和可行性之后， 需要做好技術(shù)交底工作， 組織施工操作人員圍繞設(shè)計方案進(jìn)行核實和確認(rèn)， 在確保無誤后就可以開展取土施工活動， 在實施取土作業(yè)前需要完成排水下沉作業(yè)，在無水的狀態(tài)下才能順利進(jìn)行取土作業(yè)。 科學(xué)利用相關(guān)計算公式對沉井下沉穩(wěn)定系數(shù)進(jìn)行計算， 確保計算數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性， 具體如下。

其中: Kst-沉井下沉系數(shù)； Kst，s-沉井下沉穩(wěn)定系數(shù)。

2.2 標(biāo)高設(shè)計

相關(guān)工作人員需要對市政結(jié)構(gòu)頂管工程沉井結(jié)構(gòu)特點加強(qiáng)分析， 并結(jié)合實地勘察數(shù)據(jù)資料、 工程施工質(zhì)量要求和多方影響因素對下井壁沉標(biāo)高進(jìn)行精心設(shè)計， 從而保證沉井結(jié)構(gòu)設(shè)計施工的安全性和穩(wěn)定性。 具體應(yīng)做到如下幾點。

2.2.1 刃腳踏面標(biāo)高

首先依據(jù)相關(guān)計算公式和規(guī)范程序?qū)Τ辆Y(jié)構(gòu)抗沖刷強(qiáng)度值進(jìn)行計算， 根據(jù)計算結(jié)果合理設(shè)計沉井刃腳踏面標(biāo)高， 尤其需要根據(jù)計算結(jié)果對沉井結(jié)構(gòu)其他部位尺寸位置進(jìn)行明確， 同時還得對沉井結(jié)構(gòu)抗傾覆性能等加以掌握， 這樣才能切實保證沉井結(jié)構(gòu)刃腳踏面標(biāo)高值預(yù)估的合理性和可靠性。 根據(jù)國家和相關(guān)規(guī)定要求將刃腳踏面標(biāo)高誤差控制在允許范圍內(nèi)， 還需要適當(dāng)預(yù)留足夠的誤差空間， 這樣在進(jìn)行實際施工時便于相關(guān)工作人員依照實際情況適當(dāng)調(diào)整刃腳踏面標(biāo)高， 從而有效提升沉井施工質(zhì)量，使其安全性能與使用性能均與規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)要求相符。

2.2.2 沉井井頂標(biāo)高設(shè)計

在充分掌握市政結(jié)構(gòu)頂管工程沉井結(jié)構(gòu)特點的基礎(chǔ)上， 積極推進(jìn)沉井井頂標(biāo)高設(shè)計工作， 其中需要充分考慮到沉井結(jié)構(gòu)的安全性和穩(wěn)定性， 通常沉井井頂標(biāo)高應(yīng)高于市政頂管工程施工現(xiàn)場周邊水位，高于0.5m即可， 這樣做的目的是為了防止雨季來臨時大量的降雨會形成積水并流入沉井。 設(shè)計人員對井頂標(biāo)高進(jìn)行設(shè)計前必須深入施工現(xiàn)場對地質(zhì)、 地下水文和施工質(zhì)量要求等加強(qiáng)了解， 根據(jù)所了解的各項情況對地面與沉井井頂之間的距離進(jìn)行合理規(guī)劃， 一般控制在0.3m左右就行， 進(jìn)而確保沉井結(jié)構(gòu)排水下沉作業(yè)的安全性。

2.3 平面尺寸設(shè)計

平面尺寸設(shè)計是市政結(jié)構(gòu)頂管工程沉井結(jié)構(gòu)設(shè)計的重要組成部分， 其質(zhì)量的好壞直接關(guān)系到沉井結(jié)構(gòu)抗壓性能和頂管工程整體質(zhì)量等， 因此作為工程管理人員和設(shè)計人員應(yīng)對沉井結(jié)構(gòu)平面尺寸設(shè)計工作給予高度重視， 根據(jù)國家和行業(yè)相關(guān)規(guī)定要求對沉井結(jié)構(gòu)平面尺寸進(jìn)行合理設(shè)計， 在這個過程中需要對沉井結(jié)構(gòu)的下沉深度和水平位移加以把控，前者必須低于10m， 后者則需要低于100mm， 同時沉井結(jié)構(gòu)的下沉深度必須高于水平位移值， 一般高于1%左右， 這樣是為了有效保障沉井結(jié)構(gòu)的安全穩(wěn)定性[1]。

3 市政結(jié)構(gòu)頂管工程沉井結(jié)構(gòu)方案

首先在進(jìn)行市政結(jié)構(gòu)頂管工程施工之前需要推進(jìn)專業(yè)施工隊伍建設(shè)， 畢竟施工作業(yè)人員自身的能力水平和綜合素質(zhì)也是影響整體工程質(zhì)量的關(guān)鍵因素。 要求施工隊伍按照相關(guān)規(guī)定和設(shè)計圖紙?zhí)崆伴_展頂管井設(shè)施建設(shè)項目， 為后續(xù)頂管工程施工項目開展奠定良好的基礎(chǔ)。 為了提升頂管井設(shè)施建設(shè)質(zhì)量， 必須對其設(shè)計工作予以重視和關(guān)注， 并結(jié)合工程實際采取相應(yīng)措施提升頂管井設(shè)施施工工作的有效性和完整性。 其次， 設(shè)計人員應(yīng)及時摒棄傳統(tǒng)、落后的工作思維， 對頂管井設(shè)施施工設(shè)計環(huán)節(jié)的重要性和迫切性有個清晰的認(rèn)知， 接著堅持到施工現(xiàn)場對地質(zhì)、 水文和周邊構(gòu)筑物等情況進(jìn)行詳細(xì)考察，將整個過程都記錄下來， 結(jié)合考察結(jié)果、 施工條件和所掌握的其他資料對市政頂管工程沉井結(jié)構(gòu)方案進(jìn)行科學(xué)設(shè)計， 在最大程度上發(fā)揮出工程結(jié)構(gòu)設(shè)計具有的作用。 總體而言， 在市政結(jié)構(gòu)頂管工程項目建設(shè)中較為常見的頂管井結(jié)構(gòu)類型分別為以下幾種。

3.1 沉井結(jié)構(gòu)

選擇使用沉井結(jié)構(gòu)時， 需要考慮到整體結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度需求， 在實際施工中， 由于沉井結(jié)構(gòu)比較深，為了有效保證頂管工程施工的安全性和穩(wěn)定性， 需要采取相關(guān)措施適當(dāng)降低沉井結(jié)構(gòu)內(nèi)部應(yīng)力影響，這就需要相關(guān)技術(shù)人員對沉井壁厚設(shè)計加以優(yōu)化，適當(dāng)減少部分壁厚， 這樣做的目的是為了給沉井結(jié)構(gòu)提供內(nèi)部支撐和防護(hù)， 其中作為設(shè)計人員還得對流沙、 水位等因素對施工作業(yè)造成的影響進(jìn)行綜合考量， 并制定切實可行的緊急預(yù)案， 以此防范突發(fā)問題。

3.2 地下連續(xù)墻結(jié)構(gòu)

選擇采用地下連續(xù)墻結(jié)構(gòu)開展頂管施工工作時，發(fā)現(xiàn)沉井形態(tài)呈平面結(jié)構(gòu)， 整體占地面積會小一點，這樣可以降低發(fā)生滲漏問題的可能性。 但是這種類型的沉井結(jié)構(gòu)也存在著一定的缺點， 如地下連續(xù)墻結(jié)構(gòu)的剛性太差， 在實際施工中極有可能會發(fā)生變形等現(xiàn)象。 因此為了提升地下連續(xù)墻結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和牢固性， 必須對其進(jìn)行加強(qiáng)防護(hù)， 一般這種類型的結(jié)構(gòu)多半應(yīng)用于深度較大的市政結(jié)構(gòu)頂管工程施工中。

3.3 排樁結(jié)構(gòu)

在對頂管井進(jìn)行設(shè)計時， 需要考慮到施工深度大等問題， 為了能夠在真實發(fā)生這些問題時能夠及時進(jìn)行補(bǔ)救， 必須對排樁結(jié)構(gòu)設(shè)計給予重視。 同時在開展排樁結(jié)構(gòu)設(shè)計工作的過程中， 根據(jù)實地勘測數(shù)據(jù)和工程實際情況制定止水設(shè)施設(shè)置方案， 這樣是為了防止地下水對頂管井工程施工作業(yè)造成影響，從而有助于推進(jìn)頂管井工程施工進(jìn)度， 以及保證其施工質(zhì)量[2]。

3.4 鋼板樁結(jié)構(gòu)

根據(jù)相關(guān)調(diào)查和實踐情況可知， 鋼板樁結(jié)構(gòu)的最大優(yōu)點分別為: 操作便捷、 成本較低和強(qiáng)度高，所以在市政結(jié)構(gòu)頂管工程施工中有著廣泛的應(yīng)用。但是在對這類結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計時需要對地下水位等因素的影響進(jìn)行綜合考量， 使用專業(yè)機(jī)械設(shè)備和工具將鋼板打進(jìn)不透水層， 為工程施工質(zhì)量提供有力保障。 同時， 為了防止地下水位對工程施工造成嚴(yán)重的阻礙影響， 根據(jù)工程實際和遵循因地制宜的原則精心設(shè)置止水設(shè)施， 以此降低地下水位對實際施工質(zhì)量帶來的不利影響。

4 市政結(jié)構(gòu)頂管工程沉井結(jié)構(gòu)設(shè)計思路

4.1 加強(qiáng)參數(shù)控制

在對市政結(jié)構(gòu)頂管工程沉井結(jié)構(gòu)設(shè)計進(jìn)行優(yōu)化時， 必須對其參數(shù)進(jìn)行精心規(guī)劃和核實。 作為相關(guān)工作人員應(yīng)當(dāng)不斷增強(qiáng)自身的責(zé)任意識， 嚴(yán)格依照相關(guān)規(guī)定和程序?qū)Τ辆┕ず拖鲁吝@兩個步驟加大分析力度。 在對頂管工程沉井結(jié)構(gòu)設(shè)計參數(shù)進(jìn)行控制的過程中， 必須將完成施工作業(yè)后的尺寸與標(biāo)準(zhǔn)尺寸之間存在的偏差控制在合理范圍內(nèi)， 一般要低于20mm， 而沉井經(jīng)閉厚度的偏差則不能超過8mm，其設(shè)計防護(hù)層與實際施工順利建立的防護(hù)層之間的偏差低于5mm。 著重分析市政結(jié)構(gòu)頂管工程沉井結(jié)構(gòu)設(shè)計參數(shù)控制工作的重難點部分， 如沉井位置，其結(jié)構(gòu)位移量與下沉深度之間的比例應(yīng)控制在1%之內(nèi)， 刃腳踏面設(shè)計標(biāo)高和相關(guān)規(guī)范標(biāo)高之間的偏差要低于5mm。 在沒有特殊狀況的情況下， 市政結(jié)構(gòu)頂管工程沉井結(jié)構(gòu)設(shè)計參數(shù)必須與相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求相符。

4.2 嚴(yán)格遵循因地制宜的原則

地質(zhì)、 水文等是影響市政結(jié)構(gòu)頂管工程施工質(zhì)量的重要因素， 畢竟我國地區(qū)分布較廣， 不同地區(qū)的施工環(huán)境、 地下結(jié)構(gòu)和地下水位等方面存在著較大的差異，， 若是頂管施工工作所處環(huán)境比較復(fù)雜惡劣， 相關(guān)工作人員不僅需要對頂管工程沉井結(jié)構(gòu)設(shè)計參數(shù)進(jìn)行精準(zhǔn)管控， 還得根據(jù)所掌握的勘測數(shù)據(jù)和設(shè)計圖紙等資料對各項影響因素進(jìn)行綜合考量。例如， 若是城市市內(nèi)區(qū)域開展頂管施工工作， 在對沉井結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計時就要對地下管道敷設(shè)路線和分布狀況加強(qiáng)檢測， 尤其要格外注意地下供暖、 供氣和供水等管道， 畢竟市區(qū)地下管線分布較為密集且復(fù)雜， 為了避免對地下管道的正常運(yùn)行造成影響，必須對沉井結(jié)構(gòu)制作和下沉參數(shù)控制力度加強(qiáng)把控，以及將建設(shè)偏差切實控制在合理范圍內(nèi)， 確保頂管工程施工的精準(zhǔn)度和可靠性， 進(jìn)而有效提升頂管施工工作整體水平。 若是工程所在區(qū)域頻繁降雨， 為了保障沉井施工的安全進(jìn)行， 要從設(shè)計的角度上對力學(xué)參數(shù)進(jìn)行重點分析和研究， 并對實際施工中可能會出現(xiàn)的土體形變等問題加以考慮， 嚴(yán)格遵循因地制宜的基本原則， 以及結(jié)合現(xiàn)有基礎(chǔ)制定完善的安全防護(hù)措施[3]。

5 市政結(jié)構(gòu)頂管工程沉井結(jié)構(gòu)設(shè)計重點

5.1 做好第一手資料收集工作

要想保證市政結(jié)構(gòu)頂管工程沉井結(jié)構(gòu)建設(shè)質(zhì)量，必須對實際施工建設(shè)所涉及到的各環(huán)節(jié)加大管理力度， 尤其需要將前期信息收集工作落實到位， 為頂管工程沉井結(jié)構(gòu)設(shè)計提供精準(zhǔn)可靠的數(shù)據(jù)支持。 引進(jìn)現(xiàn)代信息化管理手段， 建立數(shù)據(jù)庫， 將大量的原始數(shù)據(jù)信息實時傳輸?shù)綌?shù)據(jù)庫中并加以儲存， 這樣能為沉井力學(xué)結(jié)構(gòu)設(shè)計等活動提供精準(zhǔn)的經(jīng)驗參考和數(shù)據(jù)支持， 從而有助于促進(jìn)沉井力學(xué)結(jié)構(gòu)設(shè)計工作的有序開展。 在頂管施工工作進(jìn)行時， 應(yīng)對施工全過程中每一環(huán)節(jié)產(chǎn)生的信息進(jìn)行實時收集和整合，利用相關(guān)軟件對其進(jìn)行分析和處理， 在確保各相關(guān)數(shù)據(jù)信息準(zhǔn)確性和真實性的前提下， 為施工技術(shù)方案的制定和施工設(shè)計決策提供有力支持， 還能提升施工技術(shù)方案評估工作水平和效率， 以及合理調(diào)整細(xì)微的不足之處， 確保施工技術(shù)方案的科學(xué)性和可行性， 進(jìn)而有助于保證頂管工程沉井結(jié)構(gòu)設(shè)計質(zhì)量[4]。

5.2 提升力學(xué)結(jié)構(gòu)設(shè)計合理性

為了保證頂管井工程的安全性， 相關(guān)工作人員要結(jié)合工程實際和各項數(shù)據(jù)信息對沉井施工的力學(xué)架結(jié)構(gòu)進(jìn)行綜合考量， 以及對其進(jìn)行精準(zhǔn)分析和判斷， 力學(xué)結(jié)構(gòu)內(nèi)容主要包括了: 沉井自重、 沉井下沉產(chǎn)生的摩擦力， 等等。 針對影響沉井施工質(zhì)量的各種因素加強(qiáng)調(diào)查， 并對其影響程度進(jìn)行科學(xué)規(guī)劃，首先需要充分考慮到頂進(jìn)力量對頂管施工造成的影響， 接著對地下水位等因素進(jìn)行重點分析。 通過實地勘測發(fā)現(xiàn)施工區(qū)域存在受壓不均等問題時， 需要結(jié)合勘測數(shù)據(jù)和工程實際制定針對性較強(qiáng)的設(shè)計方案， 并對其可行性加強(qiáng)檢測檢驗。

6 結(jié)語

綜上所述， 各類市政基礎(chǔ)設(shè)施工程建設(shè)對促進(jìn)城市發(fā)展、 維護(hù)社會和諧穩(wěn)定和滿足人們多元化需求有著積極的意義。 而沉井結(jié)構(gòu)設(shè)計是市政工程頂管工程建設(shè)中的核心部分， 只有切實保障設(shè)計的合理性和可行性， 才能更好地促進(jìn)頂管施工的有序進(jìn)行， 以及確保其質(zhì)量與相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求相符， 因此必須結(jié)合工程實際和各項數(shù)據(jù)信息制定完善的沉井結(jié)構(gòu)設(shè)計方案。