顶管工作井结构的优化设计与分析

摘 要 本文以中青路为例，对常规做法的工作井逆作法进行优化设计，并对其与常规做法进行比较分析。并得出结论与工程适用范围。

关键词 顶管工作井;优化设计;逆作法;工程案例

概述

现在城市的迅速发展，道路和建筑的大量新建，已经使城市上空经越来越紧凑，其地下空间也已经根据时代的快速发展而加速利用。而新建过后的维护、保养和重建，也已经日趋排上日程。在城市等地面空间有限的情况下，一种适用于地下施工的工作井工艺也被广泛应用于现在的工程中。因其井室结构可减少开挖范围，结构的仅护壁部分，用地面积较小，单个结构的造价相对放坡开挖施工较低。主体部分采用钢筋混凝土，施工质量容易保证，对周边的影响小，由于其结构受力好，刚度大，是目前常用的支护结构形式。其施工方法一般有沉井法和逆作法。

工作井逆作法是指对基坑从上而下依次或分段开挖并施工构筑物的方法，其施工方法已经日趋成熟，应用于城市开挖限制要求较高的地区，使用最为普遍。

沉井法又名沉箱凿井法，施工时先制作好井筒，利用井筒下的刃脚，在其自重或施加的竖向外力下，使其下沉后，再挖除井中土体，仅适用于特殊土质情况。本次不做过多讨论。

本次以中青路为例，对常规做法的工作井逆作法进行优化设计，并对其与常规做法进行比较分析。并得出结论与工程适用范围。

中青路排水设计顶管工作井2座，接收井3座，检查井9座。工作井、接收井和检查井均采用钢筋混凝土结构，由于管道埋深较深，井室开挖均采用钢筋混凝土护壁开挖后再实施井室结构。其中工作井直径8m（内径），接收井直径5m，检查井直径2m。井室护壁内径尺寸均根据相应井室外径确定，分为直径8.8m、直径5.8m和直径2.6m。井室结构和井室护壁均为临时构筑物[1]。

1常规做法与病害分析

常规做法施工步骤：步骤一：单侧或对侧每延米开挖后施工护壁;步骤二：砼达到设计龄期后开挖并施工剩余侧护壁;步骤三：重复上述步骤施工至基坑底后施做底板等;步骤四：待砼达到设计龄期后进行顶管作业施工。

根据以往工程经验，施工中很难控制施工质量保证上下层护壁的密实连接，井室防水效果很差，且一旦稍有地下水或降雨后，井室内必须持续排水才能保证进内作业。排水效率不易保证，一旦出错，会造成施工停工等。

因护壁需参与全部施工过程中结构受力，以方井为主，结构需承受大量弯矩，故结构尺寸大，且需根据深度调整结构尺寸，单次支护砼方量大，双层钢筋需在开挖时一并绑扎，单次支模浇筑时间稍长，施工安全风险较大。且结构壁厚分段变化，施工较繁杂[2]。

2本次优化设计与优缺点分析

优化后做法步骤：步骤一：每延米开挖后施做简单圆形护壁;步骤二：砼达到设计龄期重复上述步骤继续开挖往下作业至基坑底;步骤三：一次浇筑井室结构和底板;步骤四：待砼达到设计龄期后进行顶管作业施工。

优化后的方案优点为：

（1）井室和护壁分开设计和施工，井室和护壁均为圆形结构，受力较好，对有工程管道有三通、多通、转角等节点适应性较强;井室护壁采用较薄尺寸和单层钢筋，可方便施工过程中各种操作，易于控制，施工简便快捷，安全隐患较小。

（2）以护壁为工作井外模可以施工工作井，护壁可与工作井较好衔接，共同参与顶管作业受力，既提高了结构安全系数，又可以保证施工安全。

（3）井内防水较好，施工作业环境好，可确保进内人员安全和机械正常作业。

缺点：护壁和井室分开施工，工期稍长[3]。

3结构设计

由于工程顶管埋深大，尽量减少对周边环境以及现有道路的破坏。同时考虑经济环保，避免后续建设施工影响，在场地整平至道路标高以下2m后再开挖施工井室护壁结构，护壁采用钢筋砼护壁，壁厚15～25cm，采用单排布筋以方便施工。护壁施工完成后再施工工作井、接收井或检查井，均采用C30钢筋砼结构。

工作井直径8m（内径），接收井直径5m，检查井直径2m。井室护壁内径尺寸均根据相应井室外径确定，分为直径8.8m、直径5.8m和直径2.6m。分别以粗砂、粉质黏土和全风化板岩为结构持力层。

由于部分井室在道路边坡上，故开挖需对道路边坡进行支护，根据地勘资料，边坡土质0～1m为人工填土，2～5m为全风化板岩，对周边无构筑物影响的边坡按1∶1放坡，有构筑物影响及现有道路影响的边坡按实际情况放坡，尽量避免破坏重建。边坡表面采用喷砼保护。井室施工完以后，应回填土以恢复原状。

井室护壁采用C30混凝土，钢筋采用HRB400钢筋，护壁结构每节高度1m，上下护壁之间采用钢筋连接过渡。顶部需设置井圈一道，井圈宽1m，高出整平地面线0.3m以防止雨水倒灌以及落石，保证井内工作人员安全。

井室施工完以后，井内应按排水要求设置检查井，检查井与井室之间空隙采用可采用粉质黏土填充，对沉降要求较高的路段，也可采用级配砂砾石或素砼填充[4]。

4结束语

（1）优化后的做法更环保，符合国家环保节能的要求，在城市中更能体现其实用价值。

（2）全部改用圆形井室，结构受力更合理，施工更快捷方便，止水效果更好，在施工过程中能更好地适应天气变化或地下水位的骤变。在工期相对较长的工程中，更能突出其使用效果。

（3）结构一体化以后，施工作业环境进一步得到优化，工人作业更安全可靠，施工作业效率进一步提升，响应国家以人为本的政策。

（4）钢筋直径与数量进一步优化，间距相对富裕，对施工作业更方便快捷简单，化繁为简。

（5）优化后的设计在地下水位较高或变化频繁的地区，以及城市中对环保要求较高的中心城区，起到了更好的质量保障。

（6）优化后由于对止水效果的提升，能更好地控制周边土体因水土流失造成的地面沉降，对周边沉降要求较高的地区起到了控制作用。

参考文献

[1] GB50069-2002.给水排水工程构筑物结构设计规范[S].北京：中国标准出版社，2002.

[2] DB42/159-2012.基坑工程支护技术规程[S].北京：中国标准出版社，2012.

[3] JGJ120-2012.建筑基坑支护技术规程[S].北京：中国标准出版社，2012.

[4] CECS246-2008.给水排水工程顶管技术规程[S].北京：中国标准出版社，2008.

作者簡介

李仁武（1986-），男，湖南长沙人;学历：硕士，研究方向：公路与市政桥梁结构设计。