市政結構頂管工程沉井結構設計研究

夏海

摘要：隨著我國經濟的持續增長，城市建設也獲得了高速度發展，尤其在"五水共治"的大背景下，全國各地水處理工作開展的如火如荼，使得市政工程的建設總量也在逐步增加，為保障城市建設正常的運行和對功能效益的合理利用，對各類具有特殊功能的水治理管道需求量也在日益增加。而因為每個都市在建設之初道路設計都相對繁瑣，為提高施工進度建設單元通常都會引入非施工技術人員幫助完成相應的施工目標。而身為當中的重要技術種類，頂管施工技術一直以來都是施工單位關注，并在實踐操作中被多次使用過的重要技術類型，此科技在加快了施工進度的同時，也取得了對應的施工效果。

關鍵詞：市政結構;頂管工程;沉井結構;設計研究

沉井結構設計方法在現代市政結構頂管工程中的應用頻率非常高，該種結構設計策略不僅能夠充分滿足市政工程地下半地下施工需求，施工便捷度高、成本投入低、占地空間小，而且可以實現不開挖施工操作，施工噪音低，周期短，對周圍環境的破壞以及對周邊居民的影響都比較小，具有很強的實際應用價值。所以相關行業工作人員應當對該種結構設計方法給予足夠的重視，在實際設計過程中多加應用，并在不斷優化過程中探索更為科學的設計方式。

一、市政結構頂管工程中的沉井結構特點

城市為全面完成其各種職能，往往必須鋪設許多管線。其中頂管井作為一項臨時基礎設施，由于其安裝期限相對較短且具有成本低廉等諸多優越性特點，因而被普遍使用于市政工程中[1]。沉井則是一個比較普遍的市政工程頂部供水管井構造形式，在一般的城市公共建筑結構頂管建設工程中，沉井構造的剛性和縱深都相應很大，具備了較好的構造穩定性。但又由于沉井構造較深，使得其較為易產生結構設計內力過大、沉井壁厚過大等狀況，因而直接影響到巿政建筑結構頂管建設工程。所以要求工程設計技術人員充分地根據實際工程實踐，并嚴格地按照我國的有關規范規定對我國市政建筑構件頂管施工中的沉井構造做出了最佳優化工程設計。

二、頂管井結構方案

（一）沉井結構

該類構件在實際施工使用中有著許多優點，如剛性大、穩定性好等，所以也是廣泛采用的構件型式[2]。但必須注意的是，因為各個建筑的特性有所不同，使用此類構件若是要求的深度很大，相對的應該盡可能減小其內力，采用內撐方法以保證整體建筑的穩定性。這樣既可以降低建設厚度，又可以很大程度的改善工程品質。在結構設計和實際建造作業時，工程設計人員要充分對建筑結構所在地段的各種因素加以考慮，包括流沙或是涌水等特殊的地質情況都必須將數據匯總后，加以詳細分析。

（二）地下連續墻

因為地下連續墻體屬于平面結構，所以在實際使用的過程中常常會發生各種問題，比如穩定性不好或者墻體在實際應用時會出現變形或裂縫等問題。所以，有關工程技術人員在確定使用這種構造時應設計適當的內支撐結構或增添平面環向加勁梁，有助于保證整個構造的使用穩定性。在一般情況下，這個構造的使用范圍都是在較深的頂管井中，因此有關這一構造的特點和周圍地質狀況分析，需要特別重視。

（三）排樁結構

一般情況下，工程單元若是在進行頂管井作業設計任務時，當發覺頂管井平面上存在不規律且深度大特征的時間，最先思考的便是排樁架構設計[3]。而想要更進一步提高結構穩定性并實現預先設定的施工效果，就應該更加完善相應的止水設施比如擺噴或旋噴等，因為這種設置方式可以有效減少了地下水影響施工結構的問題。也減少了在施工時許多不必要的困難。

（四）鋼板樁

鋼板樁結構設計具備多種優點，具有總體費用少、建筑速度快和強度高等優點，是一個廣泛與各個建筑工程中的一種構件型式。但同樣的，由于這些構件在現實使用時也極為易遭受外界條件環境影響，包含地質條件和地下水位等。所以，在現實建筑設計建造時要重視鋼板樁鋼管的設置情況，并必須將其輸入到不透水層中以提高建筑品質。

三、市政結構頂管工程沉井結構設計要點分析

（一）重量和壁厚設計要點

沉井結構下沉施工的實現原理主要是依靠井體結構的自身重力，但是根據以往施工經驗，在下沉過程中經常會出現自重力作用達不到預期效果的問題[4]。基于此，設計人員需要在設計方案中重視對外力的應用，以確保施工進度可以順利進行。

（二）標高設計要點

針對市政頂管工程建設沉井構造的屬性特征，在對沉井頂高度加以設置時，應當根據頂管工程建設沉井構造的實際應用要求，充分考慮到影響構造安全性的各種因素，并對建筑周邊水位加以分析，確定井頂設置深度高于建筑周邊水位的0.5m以上，以防止工程建設沉井構造在終沉后地層中洪水的滲入。所以，在沉井結構井頂的高度設計時，應當保證高度超過地面0.3m，而具體數字則要根據工地的實際需要制定。

（三）平面尺寸設計要點

建筑平面尺度是市政項目沉井結構設計中的關鍵性組成部分，其設計水準的好壞影響著沉井構造的整體強度、剛性和耐壓技術能力[5]。在建筑沉井平面結構設計中，其下沉沉降深度宜限制在10m以內，最大水平位移限制在100mm，同時保證最大水平位移低于總沉降深的1%。此外，在市政頂管等建筑沉井架構設計過程中，還需要根據其終沉深度對建筑沉井平面尺寸加以確定，因此在前期數據測算時，還必須進行測試工作。

（四）刃腳踏面標高設計要點

根據對沉井構造抗沖擊剛度的估算，可以確認所有的沉井構造刃腳必須埋設在足夠深度。首先，在工程設計中應充分考慮到城市污水處理廠的能力和沉井構造各部位尺度要求，并經過研究沉井構造抗滑動、防傾覆等的穩定性能和沉井構造刃腳踏面高度相互之間的關系，以便于大體規定刃腳踏面高度數據;然后，工程設計要嚴密地根據《給排水施工混凝土沉井結構設計標準》中對刃腳踏面高度的規范計算并允許偏差，確保在所執行的整個沉井架構設計過程中，均保留出刃腳踏面高度的偏差。

（五）頂力計算要點

因為在市政結構頂管施工中，施工人員通常通過專門的工作井頂管設備進行管線頂進作業，所以施工人員必須嚴格控制工程頂力，而影響頂管頂力值的因素主要有管徑尺寸、頂進直徑、頂管頂力及其頂進阻力等幾項參數，若在沉井架構設計中，頂管機頂力比所規范的工作井頂理論精度大，則要求有關設計人員根據實際狀況，相應地降低管線頂進阻力[6]。

（六）環向計算要點

針對于某些特定的城市公共頂管井構件，例如以圓環沉井井壁為簡殼結構的頂部供水管井，受周圍土壤受壓作用影響，在沉井斷面的受力狀況下，拉應力相對較小。充分考慮到磚砌體結構和素水泥構造通常擁有較優異的承壓能力，所以假如在城市公共建筑結構頂管設計中采用的圓環沉井規模并不大，則提議采用磚砌體結構沉井或者素水泥的圓環沉井構造。

結束語

綜上所述，頂管井結構施工時必須針對各種狀況選用不同的構造與應用型式，包括沉水井、地下連續墻、排樁、鋼板樁和型鋼混凝土樁。對市政結構而言，最關鍵的就是要確保整體建筑的使用效益和整個空間結構的穩定性，如此就可以提高效益的發揮、凸顯出結構材料在對應特點區域中的使用優勢

參考文獻

[1]魏冬冬.淺析頂管工程中沉井結構設計[J].山東化工，2021，50（12）：183-184+186.

[2]肖蕾.市政工程中沉井的構造及其施工工藝分析[J].四川建材，2019，45（12）：139-140.

[3]范娜.市政結構頂管工程沉井結構設計研究[J].價值工程，2019，38（31）：178-180.

[4]王婷.沉井施工技術在頂管工程中的應用研究[J].邢臺職業技術學院學報，2019，36（05）：84-87.

[5]宋翔.市政結構頂管工程沉井結構設計研究[J].產業科技創新，2019，1（29）：63-64.

[6]潘迎，陳宇.市政頂管工程沉井結構設計要點及應用探究[J].工程技術研究，2019，4（09）：189-190.