市政结构顶管工程沉井结构设计分析

张越宇

（大同市政工程设计研究有限公司， 山西 大同 037004）

在市政基础设施工程建设中， 需要深入施工现场进行实地勘测， 根据勘测情况得知城市路面和地下管道所处环境相当复杂， 为了防止对其他设施造成破坏， 一般会选择使用非开挖技术， 而顶管技术的优点在于成本低、 施工噪音小等， 所以才会在市政工程施工建设中得到了广泛的应用。 市政结构顶管工程沉井结构设计的合理与否对整体施工质量起到决定性的影响， 为了保证市政顶管工程设计施工的顺利进行， 应当对沉井结构特点加以了解和掌握，为沉井结构设计的优化提供精准可靠的数据支持，作为设计人员应对沉井结构设计要点加以把握， 结合实地勘察数据和工程施工质量标准合理优化沉井结构设计， 从而有助于保证整体施工质量。

1 市政结构顶管工程沉井结构特点

市政基础设施工程建设的根本目的在于满足现代化城市运营和发展的实际需求， 而要想充分发挥城市各项功能， 需要对管道敷设工程施工给予重视，根据实际需求科学敷设管道。 顶管井属于一种临时性设施， 其优点在于: 施工周期短、 成本低和噪音小等， 正因为这些优势才会在市政工程中得到极其广泛的应用。 沉井是市政工程建设中比较常见的一种顶管井结构类型， 通过以往的研究和记录信息来看， 沉井结构具有一定的深度， 加上其刚度与深度具备一定的整体性， 但是考虑到其深度较大， 极有可能会出现沉井壁厚大等现象， 若是对这些现象放任不理， 势必会影响到市政结构顶管工程整体质量。因此作为一名合格的设计人员要对市政结构顶管工程实际情况加以充分的了解， 结合所掌握的各项数据和信息， 并严格遵循相关标准和行业准则提出合理、 科学的优化措施， 进而有望实现对市政结构顶管工程沉井结构设计的有效优化， 为市政结构顶管工程施工的高效进行和保证整体施工质量打好扎实基础。

2 市政结构顶管工程沉井结构设计要点

2.1 沉井壁厚

在市政结构顶管工程施工中， 曾经的基本原理在于利用井壁自重进行下沉， 若是沉井井水壁厚度没有达到相关标准， 就会出现井壁自身重量过轻的情况， 这样就很难高效率地完成下沉作业， 若是沉井井壁过厚容易造成资源过分浪费， 还会增加额外成本。 因此对沉井井壁进行设计的时候， 必须对其下沉稳定性和抗浮性能加以考虑， 一热相关标准要求和规定对其稳定系数进行精准控制， 一般情况下，沉井下沉系数标准范围为0.8 ～0.9， 在对沉井下沉系数进行控制时还得对沉井结构水位进行严格检测，在水位较高的情况下， 必须将沉井井体抗浮系数控制在1 左右。 总之， 在对沉井井壁进行设计时必须提前对工程实际情况多加了解， 为了提升市政结构顶管工程施工质量和效率， 应对全方面情况和施工需求进行综合考量， 选择最佳的设计方案。

在确保设计方案合理性和可行性之后， 需要做好技术交底工作， 组织施工操作人员围绕设计方案进行核实和确认， 在确保无误后就可以开展取土施工活动， 在实施取土作业前需要完成排水下沉作业，在无水的状态下才能顺利进行取土作业。 科学利用相关计算公式对沉井下沉稳定系数进行计算， 确保计算数据的准确性， 具体如下。

其中: Kst-沉井下沉系数； Kst，s-沉井下沉稳定系数。

2.2 标高设计

相关工作人员需要对市政结构顶管工程沉井结构特点加强分析， 并结合实地勘察数据资料、 工程施工质量要求和多方影响因素对下井壁沉标高进行精心设计， 从而保证沉井结构设计施工的安全性和稳定性。 具体应做到如下几点。

2.2.1 刃脚踏面标高

首先依据相关计算公式和规范程序对沉井结构抗冲刷强度值进行计算， 根据计算结果合理设计沉井刃脚踏面标高， 尤其需要根据计算结果对沉井结构其他部位尺寸位置进行明确， 同时还得对沉井结构抗倾覆性能等加以掌握， 这样才能切实保证沉井结构刃脚踏面标高值预估的合理性和可靠性。 根据国家和相关规定要求将刃脚踏面标高误差控制在允许范围内， 还需要适当预留足够的误差空间， 这样在进行实际施工时便于相关工作人员依照实际情况适当调整刃脚踏面标高， 从而有效提升沉井施工质量，使其安全性能与使用性能均与规定标准要求相符。

2.2.2 沉井井顶标高设计

在充分掌握市政结构顶管工程沉井结构特点的基础上， 积极推进沉井井顶标高设计工作， 其中需要充分考虑到沉井结构的安全性和稳定性， 通常沉井井顶标高应高于市政顶管工程施工现场周边水位，高于0.5m即可， 这样做的目的是为了防止雨季来临时大量的降雨会形成积水并流入沉井。 设计人员对井顶标高进行设计前必须深入施工现场对地质、 地下水文和施工质量要求等加强了解， 根据所了解的各项情况对地面与沉井井顶之间的距离进行合理规划， 一般控制在0.3m左右就行， 进而确保沉井结构排水下沉作业的安全性。

2.3 平面尺寸设计

平面尺寸设计是市政结构顶管工程沉井结构设计的重要组成部分， 其质量的好坏直接关系到沉井结构抗压性能和顶管工程整体质量等， 因此作为工程管理人员和设计人员应对沉井结构平面尺寸设计工作给予高度重视， 根据国家和行业相关规定要求对沉井结构平面尺寸进行合理设计， 在这个过程中需要对沉井结构的下沉深度和水平位移加以把控，前者必须低于10m， 后者则需要低于100mm， 同时沉井结构的下沉深度必须高于水平位移值， 一般高于1%左右， 这样是为了有效保障沉井结构的安全稳定性[1]。

3 市政结构顶管工程沉井结构方案

首先在进行市政结构顶管工程施工之前需要推进专业施工队伍建设， 毕竟施工作业人员自身的能力水平和综合素质也是影响整体工程质量的关键因素。 要求施工队伍按照相关规定和设计图纸提前开展顶管井设施建设项目， 为后续顶管工程施工项目开展奠定良好的基础。 为了提升顶管井设施建设质量， 必须对其设计工作予以重视和关注， 并结合工程实际采取相应措施提升顶管井设施施工工作的有效性和完整性。 其次， 设计人员应及时摒弃传统、落后的工作思维， 对顶管井设施施工设计环节的重要性和迫切性有个清晰的认知， 接着坚持到施工现场对地质、 水文和周边构筑物等情况进行详细考察，将整个过程都记录下来， 结合考察结果、 施工条件和所掌握的其他资料对市政顶管工程沉井结构方案进行科学设计， 在最大程度上发挥出工程结构设计具有的作用。 总体而言， 在市政结构顶管工程项目建设中较为常见的顶管井结构类型分别为以下几种。

3.1 沉井结构

选择使用沉井结构时， 需要考虑到整体结构的强度需求， 在实际施工中， 由于沉井结构比较深，为了有效保证顶管工程施工的安全性和稳定性， 需要采取相关措施适当降低沉井结构内部应力影响，这就需要相关技术人员对沉井壁厚设计加以优化，适当减少部分壁厚， 这样做的目的是为了给沉井结构提供内部支撑和防护， 其中作为设计人员还得对流沙、 水位等因素对施工作业造成的影响进行综合考量， 并制定切实可行的紧急预案， 以此防范突发问题。

3.2 地下连续墙结构

选择采用地下连续墙结构开展顶管施工工作时，发现沉井形态呈平面结构， 整体占地面积会小一点，这样可以降低发生渗漏问题的可能性。 但是这种类型的沉井结构也存在着一定的缺点， 如地下连续墙结构的刚性太差， 在实际施工中极有可能会发生变形等现象。 因此为了提升地下连续墙结构的稳定性和牢固性， 必须对其进行加强防护， 一般这种类型的结构多半应用于深度较大的市政结构顶管工程施工中。

3.3 排桩结构

在对顶管井进行设计时， 需要考虑到施工深度大等问题， 为了能够在真实发生这些问题时能够及时进行补救， 必须对排桩结构设计给予重视。 同时在开展排桩结构设计工作的过程中， 根据实地勘测数据和工程实际情况制定止水设施设置方案， 这样是为了防止地下水对顶管井工程施工作业造成影响，从而有助于推进顶管井工程施工进度， 以及保证其施工质量[2]。

3.4 钢板桩结构

根据相关调查和实践情况可知， 钢板桩结构的最大优点分别为: 操作便捷、 成本较低和强度高，所以在市政结构顶管工程施工中有着广泛的应用。但是在对这类结构进行设计时需要对地下水位等因素的影响进行综合考量， 使用专业机械设备和工具将钢板打进不透水层， 为工程施工质量提供有力保障。 同时， 为了防止地下水位对工程施工造成严重的阻碍影响， 根据工程实际和遵循因地制宜的原则精心设置止水设施， 以此降低地下水位对实际施工质量带来的不利影响。

4 市政结构顶管工程沉井结构设计思路

4.1 加强参数控制

在对市政结构顶管工程沉井结构设计进行优化时， 必须对其参数进行精心规划和核实。 作为相关工作人员应当不断增强自身的责任意识， 严格依照相关规定和程序对沉井施工和下沉这两个步骤加大分析力度。 在对顶管工程沉井结构设计参数进行控制的过程中， 必须将完成施工作业后的尺寸与标准尺寸之间存在的偏差控制在合理范围内， 一般要低于20mm， 而沉井经闭厚度的偏差则不能超过8mm，其设计防护层与实际施工顺利建立的防护层之间的偏差低于5mm。 着重分析市政结构顶管工程沉井结构设计参数控制工作的重难点部分， 如沉井位置，其结构位移量与下沉深度之间的比例应控制在1%之内， 刃脚踏面设计标高和相关规范标高之间的偏差要低于5mm。 在没有特殊状况的情况下， 市政结构顶管工程沉井结构设计参数必须与相关标准要求相符。

4.2 严格遵循因地制宜的原则

地质、 水文等是影响市政结构顶管工程施工质量的重要因素， 毕竟我国地区分布较广， 不同地区的施工环境、 地下结构和地下水位等方面存在着较大的差异，， 若是顶管施工工作所处环境比较复杂恶劣， 相关工作人员不仅需要对顶管工程沉井结构设计参数进行精准管控， 还得根据所掌握的勘测数据和设计图纸等资料对各项影响因素进行综合考量。例如， 若是城市市内区域开展顶管施工工作， 在对沉井结构进行设计时就要对地下管道敷设路线和分布状况加强检测， 尤其要格外注意地下供暖、 供气和供水等管道， 毕竟市区地下管线分布较为密集且复杂， 为了避免对地下管道的正常运行造成影响，必须对沉井结构制作和下沉参数控制力度加强把控，以及将建设偏差切实控制在合理范围内， 确保顶管工程施工的精准度和可靠性， 进而有效提升顶管施工工作整体水平。 若是工程所在区域频繁降雨， 为了保障沉井施工的安全进行， 要从设计的角度上对力学参数进行重点分析和研究， 并对实际施工中可能会出现的土体形变等问题加以考虑， 严格遵循因地制宜的基本原则， 以及结合现有基础制定完善的安全防护措施[3]。

5 市政结构顶管工程沉井结构设计重点

5.1 做好第一手资料收集工作

要想保证市政结构顶管工程沉井结构建设质量，必须对实际施工建设所涉及到的各环节加大管理力度， 尤其需要将前期信息收集工作落实到位， 为顶管工程沉井结构设计提供精准可靠的数据支持。 引进现代信息化管理手段， 建立数据库， 将大量的原始数据信息实时传输到数据库中并加以储存， 这样能为沉井力学结构设计等活动提供精准的经验参考和数据支持， 从而有助于促进沉井力学结构设计工作的有序开展。 在顶管施工工作进行时， 应对施工全过程中每一环节产生的信息进行实时收集和整合，利用相关软件对其进行分析和处理， 在确保各相关数据信息准确性和真实性的前提下， 为施工技术方案的制定和施工设计决策提供有力支持， 还能提升施工技术方案评估工作水平和效率， 以及合理调整细微的不足之处， 确保施工技术方案的科学性和可行性， 进而有助于保证顶管工程沉井结构设计质量[4]。

5.2 提升力学结构设计合理性

为了保证顶管井工程的安全性， 相关工作人员要结合工程实际和各项数据信息对沉井施工的力学架结构进行综合考量， 以及对其进行精准分析和判断， 力学结构内容主要包括了: 沉井自重、 沉井下沉产生的摩擦力， 等等。 针对影响沉井施工质量的各种因素加强调查， 并对其影响程度进行科学规划，首先需要充分考虑到顶进力量对顶管施工造成的影响， 接着对地下水位等因素进行重点分析。 通过实地勘测发现施工区域存在受压不均等问题时， 需要结合勘测数据和工程实际制定针对性较强的设计方案， 并对其可行性加强检测检验。

6 结语

综上所述， 各类市政基础设施工程建设对促进城市发展、 维护社会和谐稳定和满足人们多元化需求有着积极的意义。 而沉井结构设计是市政工程顶管工程建设中的核心部分， 只有切实保障设计的合理性和可行性， 才能更好地促进顶管施工的有序进行， 以及确保其质量与相关标准要求相符， 因此必须结合工程实际和各项数据信息制定完善的沉井结构设计方案。