浅谈钢结构在S237沿线过入海水道和苏北灌溉总渠顶管工程中的应用

杜 磊 陈 韬 张德华

（1.淮安市淮安区水利建筑工程公司 淮安 223200 2.江苏省淮安市淮安区水利局 淮安 223200）

随着城市基础设施建设的不断发展，沉井施工应用在水利工程中日益普遍。沉井施工具有突出优势，主要体现在施工时对周围环境、建筑物影响较小。而且沉井可以节省用地，可根据地勘情况，灵活选择沉井方式，相比开挖基坑，其挖土量较少，防护措施好落实，所以沉井施工应用范围广泛。本文以淮安区S237 沿线过入海水道和苏北灌溉总渠顶管工程中沉井结构设计和施工为例，介绍一种钢筋混凝土与钢结构组合的沉井结构形式。

1 工程概况

淮安区S237 沿线过入海水道和苏北灌溉总渠顶管工程采用钢管顶管施工，管道采用双路DN1400 涂塑复合钢管，单管长度约1144m，管顶标高-12.20m。设两座工作井、一座接收井，工作井内尺寸均为12m×8m，接收井尺寸为8m×8m，井深均为22.85m。防洪补偿主要包括高压水泥旋喷桩约13750m，以及护坡约4039.2m2，总投资为4200 万元。

2 钢结构设计

2.1 钢筋混凝土与钢结构井壁的比较

在沉井工程设计中，要求设计者对钢筋混凝土与钢结构的区别有一个深刻的认识。下面从5 个方面进行分析。

2.1.1 材质

钢筋混凝土结构主要由钢筋和混凝土两种材料组成，整体性好、自重大、强度高、刚度大，通过选取不同类型、功能的混凝土，可以满足较高的抗侵蚀、抗渗、抗冻等级要求。钢结构主要都由钢构件拼接而成，自重相对较轻，具有一定的柔韧性，但其整体性、密封性、耐火性较差，抗外界腐蚀能力弱，强度与刚度也不及钢筋混凝土结构。

2.1.2 受力状况

钢筋混凝土结构由于包含钢筋和混凝土两种材料，受力状况比较复杂，力的传递途径不明确。即使借助模型分析软件得到的计算结果，与实际情况仍有一定的差别。钢结构主要的受力构件均为钢构件，因而受力传递简单，途径明确。通过软件进行模型计算分析，结果与实际受力情况较接近。另外，钢筋混凝土结构的超静定次数通常比钢结构要多一些，构件连接处节点的刚度也比钢结构大。

2.1.3 施工工艺

在沉井工程中，钢筋混凝土结构一般都是支模现浇。沉井较深时，往往还分二次或三次浇筑。而中大型钢结构大多都是在工厂或工地预制场预先加工好各种部件，然后运到现场吊装、拼接和焊接。

2.1.4 施工周期

在沉井工程中，对于同等体积的井壁，采用钢结构的施工速度会比钢筋混凝土结构快得多。尤其当沉井分二次或三次浇筑下沉时，若采用钢结构可节省大量混凝土养护时间。

2.1.5 造价分析

在沉井工程中，二者的造价差别与材料各自的市场价格直接相关。但钢结构的工期短，在成本控制中，缩短施工工期将直接带来可观的经济效益。而且钢结构工地相对容易清理，也不会产生较大的噪音和扬尘污染，可减少措施费的支出，在综合效益上钢结构明显更好一些。

2.2 钢结构设计过程

在设计时要综合考虑钢结构的特点和工程造价等因素，同时结合不同建筑物的特点，选择合理经济的结构形式；布置结构时，要求整体刚度和柱间抗侧支撑分布均匀。在沉井工程中，要考虑和验算沉井自重、摩擦力是否满足下沉要求，井壁强度、刚度能否承受侧向土压力等。

本工程中的工作井和接收井原为钢筋混凝土结构矩形沉井，钢筋混凝土井体强度达标养护期长。由于工程施工期正值淮河流域主汛期，为防止淮河入海水道行洪对接收井施工造成影响，应建设单位要求，对G1 工作井和J1 接收井采用下部钢筋混凝土结构、上部钢结构的组合形式，同步进行下部混凝土现浇和上部钢结构预制的施工方法，从而缩短沉井制作工期，确保如期完成顶管工程。

G1 和J1 沉井高程-16.4m 至-5.65m 段（10.75m高）按原设计钢筋混凝土沉井制作，高程-5.65m至6.45m 段（12.1m 高）为先期预制、快速安装的钢结构井壁沉井。支撑体系为HM600 钢柱，内设HM300 钢围檩，外设12mm 厚钢板封闭挡土。钢结构井壁与钢筋混凝土井壁采用预埋地脚螺栓连接。

3 钢结构制作及安装

3.1 加工制作

钢结构沉井制作流程：材料进料验收→制作图样→编制工艺卡→放样、落样→下料→组对→焊接→矫正→除锈、防腐→验收→运输。

钢结构的原材料钢材和焊材须符合国家标准，其各项指标须符合设计要求。钢构件制作须符合施工图要求，按施工详图放样。放样完成之后，须校对大样基本尺寸，检查构件设计、制作、组合及运输是否有问题等。

钢构件采用等离子切割机火焰切割法裁切，切割速度应适当。制孔主要设备为悬臂钻床，孔径、孔位及孔间距须符合图纸规定并达到质量要求。构件组合时注意先后顺序，组合点焊的焊缝长度、间距须符合相关标准。钢板对接顺序按钢板厚度确定，采用埋弧焊或CO2焊焊接，注意层间清理，最后对焊接缺陷进行改善。

钢结构检测包括：尺寸检查、焊接面检查、焊接部位检查、焊道检查、超声波内部检测等。

3.2 安装工艺

钢结构沉井安装流程：基础验收→放安装基础线→柱中心线检测→钢柱安装→垂直度、标高校正→螺栓锁紧→围檩支撑安装→钢板安装。

地脚螺栓定位沿着沉井墙中心线方向进行，按图纸尺寸及已确定的中心基准点，在木模板上装上专用的定位夹具，依次穿入地脚螺栓，并用水准仪、经纬仪复核螺栓的标高和位置，螺栓中心允许偏差为±5mm。

立柱吊装前先放好基础平面的基准线，作为安装定位线。立柱吊装准备工作就绪后，首先进行试吊。试吊成功后，开始正式吊装，当柱底距离基础40～100mm 时，调整柱底达到准确位置，并拧上全部地脚螺栓螺母。立柱垂直度与标高校正采用两部经纬仪，校正完成后，拧紧全部螺母。在立柱吊装完毕后方可进行围檩、柱间支撑及冠梁等的吊装，其吊装方式基本相同。

钢架外侧钢板预先调平、加工坡口。使用2 个鸭嘴夹做吊钩，吊起钢板缓慢靠近钢架，通过人工找正，先通过点焊焊接在骨架肋筋上，最后采用半自动气体保护焊焊接完成。

3.3 注意事项

下部沉井混凝土强度等级达到设计强度的70%后，方可进行钢柱安装；钢柱调直、调平，采用楔铁、垫铁，柱底板和基础顶面的空隙采用自流性无收缩水泥灌浆，应确保密实；为防止外围挡土钢板内凹，钢板与围檩梁空隙中设置四层支撑角钢；工程完工后，考虑安全风险，钢结构井壁不建议拆除。

4 结语

钢结构技术符合绿色环保和节约能源的政策。钢结构重量轻、抗震性好、工业化程度高、重复利用率高，在应急抢险、工期要求紧的工程中发挥着不可替代的作用。而钢结构和混凝土相互配合，取长补短的组合结构沉井，在质量、工期、造价等方面综合效益较好，值得在大中型顶管工程中应用和推广■