市政結構頂管工程沉井結構設計分析

張越宇

（大同市政工程設計研究有限公司， 山西 大同 037004）

在市政基礎設施工程建設中， 需要深入施工現場進行實地勘測， 根據勘測情況得知城市路面和地下管道所處環境相當復雜， 為了防止對其他設施造成破壞， 一般會選擇使用非開挖技術， 而頂管技術的優點在于成本低、 施工噪音小等， 所以才會在市政工程施工建設中得到了廣泛的應用。 市政結構頂管工程沉井結構設計的合理與否對整體施工質量起到決定性的影響， 為了保證市政頂管工程設計施工的順利進行， 應當對沉井結構特點加以了解和掌握，為沉井結構設計的優化提供精準可靠的數據支持，作為設計人員應對沉井結構設計要點加以把握， 結合實地勘察數據和工程施工質量標準合理優化沉井結構設計， 從而有助于保證整體施工質量。

1 市政結構頂管工程沉井結構特點

市政基礎設施工程建設的根本目的在于滿足現代化城市運營和發展的實際需求， 而要想充分發揮城市各項功能， 需要對管道敷設工程施工給予重視，根據實際需求科學敷設管道。 頂管井屬于一種臨時性設施， 其優點在于: 施工周期短、 成本低和噪音小等， 正因為這些優勢才會在市政工程中得到極其廣泛的應用。 沉井是市政工程建設中比較常見的一種頂管井結構類型， 通過以往的研究和記錄信息來看， 沉井結構具有一定的深度， 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， 極有可能會出現沉井壁厚大等現象， 若是對這些現象放任不理， 勢必會影響到市政結構頂管工程整體質量。因此作為一名合格的設計人員要對市政結構頂管工程實際情況加以充分的了解， 結合所掌握的各項數據和信息， 并嚴格遵循相關標準和行業準則提出合理、 科學的優化措施， 進而有望實現對市政結構頂管工程沉井結構設計的有效優化， 為市政結構頂管工程施工的高效進行和保證整體施工質量打好扎實基礎。

2 市政結構頂管工程沉井結構設計要點

2.1 沉井壁厚

在市政結構頂管工程施工中， 曾經的基本原理在于利用井壁自重進行下沉， 若是沉井井水壁厚度沒有達到相關標準， 就會出現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， 若是沉井井壁過厚容易造成資源過分浪費， 還會增加額外成本。 因此對沉井井壁進行設計的時候， 必須對其下沉穩定性和抗浮性能加以考慮， 一熱相關標準要求和規定對其穩定系數進行精準控制， 一般情況下，沉井下沉系數標準范圍為0.8 ～0.9， 在對沉井下沉系數進行控制時還得對沉井結構水位進行嚴格檢測，在水位較高的情況下， 必須將沉井井體抗浮系數控制在1 左右。 總之， 在對沉井井壁進行設計時必須提前對工程實際情況多加了解， 為了提升市政結構頂管工程施工質量和效率， 應對全方面情況和施工需求進行綜合考量， 選擇最佳的設計方案。

在確保設計方案合理性和可行性之后， 需要做好技術交底工作， 組織施工操作人員圍繞設計方案進行核實和確認， 在確保無誤后就可以開展取土施工活動， 在實施取土作業前需要完成排水下沉作業，在無水的狀態下才能順利進行取土作業。 科學利用相關計算公式對沉井下沉穩定系數進行計算， 確保計算數據的準確性， 具體如下。

其中: Kst-沉井下沉系數； Kst，s-沉井下沉穩定系數。

2.2 標高設計

相關工作人員需要對市政結構頂管工程沉井結構特點加強分析， 并結合實地勘察數據資料、 工程施工質量要求和多方影響因素對下井壁沉標高進行精心設計， 從而保證沉井結構設計施工的安全性和穩定性。 具體應做到如下幾點。

2.2.1 刃腳踏面標高

首先依據相關計算公式和規范程序對沉井結構抗沖刷強度值進行計算， 根據計算結果合理設計沉井刃腳踏面標高， 尤其需要根據計算結果對沉井結構其他部位尺寸位置進行明確， 同時還得對沉井結構抗傾覆性能等加以掌握， 這樣才能切實保證沉井結構刃腳踏面標高值預估的合理性和可靠性。 根據國家和相關規定要求將刃腳踏面標高誤差控制在允許范圍內， 還需要適當預留足夠的誤差空間， 這樣在進行實際施工時便于相關工作人員依照實際情況適當調整刃腳踏面標高， 從而有效提升沉井施工質量，使其安全性能與使用性能均與規定標準要求相符。

2.2.2 沉井井頂標高設計

在充分掌握市政結構頂管工程沉井結構特點的基礎上， 積極推進沉井井頂標高設計工作， 其中需要充分考慮到沉井結構的安全性和穩定性， 通常沉井井頂標高應高于市政頂管工程施工現場周邊水位，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。 設計人員對井頂標高進行設計前必須深入施工現場對地質、 地下水文和施工質量要求等加強了解， 根據所了解的各項情況對地面與沉井井頂之間的距離進行合理規劃， 一般控制在0.3m左右就行， 進而確保沉井結構排水下沉作業的安全性。

2.3 平面尺寸設計

平面尺寸設計是市政結構頂管工程沉井結構設計的重要組成部分， 其質量的好壞直接關系到沉井結構抗壓性能和頂管工程整體質量等， 因此作為工程管理人員和設計人員應對沉井結構平面尺寸設計工作給予高度重視， 根據國家和行業相關規定要求對沉井結構平面尺寸進行合理設計， 在這個過程中需要對沉井結構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， 同時沉井結構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構的安全穩定性[1]。

3 市政結構頂管工程沉井結構方案

首先在進行市政結構頂管工程施工之前需要推進專業施工隊伍建設， 畢竟施工作業人員自身的能力水平和綜合素質也是影響整體工程質量的關鍵因素。 要求施工隊伍按照相關規定和設計圖紙提前開展頂管井設施建設項目， 為后續頂管工程施工項目開展奠定良好的基礎。 為了提升頂管井設施建設質量， 必須對其設計工作予以重視和關注， 并結合工程實際采取相應措施提升頂管井設施施工工作的有效性和完整性。 其次， 設計人員應及時摒棄傳統、落后的工作思維， 對頂管井設施施工設計環節的重要性和迫切性有個清晰的認知， 接著堅持到施工現場對地質、 水文和周邊構筑物等情況進行詳細考察，將整個過程都記錄下來， 結合考察結果、 施工條件和所掌握的其他資料對市政頂管工程沉井結構方案進行科學設計， 在最大程度上發揮出工程結構設計具有的作用。 總體而言， 在市政結構頂管工程項目建設中較為常見的頂管井結構類型分別為以下幾種。

3.1 沉井結構

選擇使用沉井結構時， 需要考慮到整體結構的強度需求， 在實際施工中， 由于沉井結構比較深，為了有效保證頂管工程施工的安全性和穩定性， 需要采取相關措施適當降低沉井結構內部應力影響，這就需要相關技術人員對沉井壁厚設計加以優化，適當減少部分壁厚， 這樣做的目的是為了給沉井結構提供內部支撐和防護， 其中作為設計人員還得對流沙、 水位等因素對施工作業造成的影響進行綜合考量， 并制定切實可行的緊急預案， 以此防范突發問題。

3.2 地下連續墻結構

選擇采用地下連續墻結構開展頂管施工工作時，發現沉井形態呈平面結構， 整體占地面積會小一點，這樣可以降低發生滲漏問題的可能性。 但是這種類型的沉井結構也存在著一定的缺點， 如地下連續墻結構的剛性太差， 在實際施工中極有可能會發生變形等現象。 因此為了提升地下連續墻結構的穩定性和牢固性， 必須對其進行加強防護， 一般這種類型的結構多半應用于深度較大的市政結構頂管工程施工中。

3.3 排樁結構

在對頂管井進行設計時， 需要考慮到施工深度大等問題， 為了能夠在真實發生這些問題時能夠及時進行補救， 必須對排樁結構設計給予重視。 同時在開展排樁結構設計工作的過程中， 根據實地勘測數據和工程實際情況制定止水設施設置方案， 這樣是為了防止地下水對頂管井工程施工作業造成影響，從而有助于推進頂管井工程施工進度， 以及保證其施工質量[2]。

3.4 鋼板樁結構

根據相關調查和實踐情況可知， 鋼板樁結構的最大優點分別為: 操作便捷、 成本較低和強度高，所以在市政結構頂管工程施工中有著廣泛的應用。但是在對這類結構進行設計時需要對地下水位等因素的影響進行綜合考量， 使用專業機械設備和工具將鋼板打進不透水層， 為工程施工質量提供有力保障。 同時， 為了防止地下水位對工程施工造成嚴重的阻礙影響， 根據工程實際和遵循因地制宜的原則精心設置止水設施， 以此降低地下水位對實際施工質量帶來的不利影響。

4 市政結構頂管工程沉井結構設計思路

4.1 加強參數控制

在對市政結構頂管工程沉井結構設計進行優化時， 必須對其參數進行精心規劃和核實。 作為相關工作人員應當不斷增強自身的責任意識， 嚴格依照相關規定和程序對沉井施工和下沉這兩個步驟加大分析力度。 在對頂管工程沉井結構設計參數進行控制的過程中， 必須將完成施工作業后的尺寸與標準尺寸之間存在的偏差控制在合理范圍內， 一般要低于20mm， 而沉井經閉厚度的偏差則不能超過8mm，其設計防護層與實際施工順利建立的防護層之間的偏差低于5mm。 著重分析市政結構頂管工程沉井結構設計參數控制工作的重難點部分， 如沉井位置，其結構位移量與下沉深度之間的比例應控制在1%之內， 刃腳踏面設計標高和相關規范標高之間的偏差要低于5mm。 在沒有特殊狀況的情況下， 市政結構頂管工程沉井結構設計參數必須與相關標準要求相符。

4.2 嚴格遵循因地制宜的原則

地質、 水文等是影響市政結構頂管工程施工質量的重要因素， 畢竟我國地區分布較廣， 不同地區的施工環境、 地下結構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境比較復雜惡劣， 相關工作人員不僅需要對頂管工程沉井結構設計參數進行精準管控， 還得根據所掌握的勘測數據和設計圖紙等資料對各項影響因素進行綜合考量。例如， 若是城市市內區域開展頂管施工工作， 在對沉井結構進行設計時就要對地下管道敷設路線和分布狀況加強檢測， 尤其要格外注意地下供暖、 供氣和供水等管道， 畢竟市區地下管線分布較為密集且復雜， 為了避免對地下管道的正常運行造成影響，必須對沉井結構制作和下沉參數控制力度加強把控，以及將建設偏差切實控制在合理范圍內， 確保頂管工程施工的精準度和可靠性， 進而有效提升頂管施工工作整體水平。 若是工程所在區域頻繁降雨， 為了保障沉井施工的安全進行， 要從設計的角度上對力學參數進行重點分析和研究， 并對實際施工中可能會出現的土體形變等問題加以考慮， 嚴格遵循因地制宜的基本原則， 以及結合現有基礎制定完善的安全防護措施[3]。

5 市政結構頂管工程沉井結構設計重點

5.1 做好第一手資料收集工作

要想保證市政結構頂管工程沉井結構建設質量，必須對實際施工建設所涉及到的各環節加大管理力度， 尤其需要將前期信息收集工作落實到位， 為頂管工程沉井結構設計提供精準可靠的數據支持。 引進現代信息化管理手段， 建立數據庫， 將大量的原始數據信息實時傳輸到數據庫中并加以儲存， 這樣能為沉井力學結構設計等活動提供精準的經驗參考和數據支持， 從而有助于促進沉井力學結構設計工作的有序開展。 在頂管施工工作進行時， 應對施工全過程中每一環節產生的信息進行實時收集和整合，利用相關軟件對其進行分析和處理， 在確保各相關數據信息準確性和真實性的前提下， 為施工技術方案的制定和施工設計決策提供有力支持， 還能提升施工技術方案評估工作水平和效率， 以及合理調整細微的不足之處， 確保施工技術方案的科學性和可行性， 進而有助于保證頂管工程沉井結構設計質量[4]。

5.2 提升力學結構設計合理性

為了保證頂管井工程的安全性， 相關工作人員要結合工程實際和各項數據信息對沉井施工的力學架結構進行綜合考量， 以及對其進行精準分析和判斷， 力學結構內容主要包括了: 沉井自重、 沉井下沉產生的摩擦力， 等等。 針對影響沉井施工質量的各種因素加強調查， 并對其影響程度進行科學規劃，首先需要充分考慮到頂進力量對頂管施工造成的影響， 接著對地下水位等因素進行重點分析。 通過實地勘測發現施工區域存在受壓不均等問題時， 需要結合勘測數據和工程實際制定針對性較強的設計方案， 并對其可行性加強檢測檢驗。

6 結語

綜上所述， 各類市政基礎設施工程建設對促進城市發展、 維護社會和諧穩定和滿足人們多元化需求有著積極的意義。 而沉井結構設計是市政工程頂管工程建設中的核心部分， 只有切實保障設計的合理性和可行性， 才能更好地促進頂管施工的有序進行， 以及確保其質量與相關標準要求相符， 因此必須結合工程實際和各項數據信息制定完善的沉井結構設計方案。