市政结构顶管工程沉井结构设计研究

罗鹏

摘要：近些年中国的城市化进程迅速推进，需要高质量的市政项目作基体支撑。为了满足顶管工程管道施工的需要，以提高施工效率和精度，并避免在隧道出入口周围水土流失，从而破坏周围的人行道和管道在附近，采用顶管沉井施工技术对隧道入口处的土壤进行加固，并根据实际效果调整加固范围，以防止在沉降过程中堵塞井壁。研究结果表明，顶管施工技术在管道施工中的成功应用，可以有效解决现有建筑物的管道铺设设施损坏和交通拥堵的问题，值得广泛应用。

关键词：顶管工程;沉井结构;交通堵塞

传统的排水水管安装方式需要开挖施工路面，在一些交通拥堵的大城市，这会对道路施工造成地面区域的影响，同时会加剧交通拥堵的几率。此外，涉及到人行道的施工破坏了道路周围的绿色区域，对城市环境造成了二次污染。在此基础上，地方政府需要引入顶管施工方法，这不仅维护了城市外观，而且可以降低施工成本。

1顶管施工技术简介

为了充分实现城市地下供水管网的功能，通常须安装许多管道。顶管沉井是临时性设施，由于施工周期短，成本低廉，在城市工程中得到了广泛的应用。沉井是城市工程中较为常见的顶管类型，在一般的城市结构顶管中，沉井结构具有较高的刚度和深度，并具有良好的整体性。但是，由于结构较深，沉井可能会出现过大的结构内力和过大的壁厚，直接影响城市结构顶管工程的施工质量。因此，设计人员必须充分结合实际项目，严格遵守国家有关标准，以优化城市结构顶管工程中沉井结构的设计。城市给排水工程中的顶管技术使用液压钻孔在工作坑的承窝表面钻孔，然后按压管道以在管道后面创建管道，而无需在地下挖坑。这是因为研究人员根据建筑计划的设计要求，在管道上安装了作业井和接受井，并建立了坚实的基础，例如作业井以及接收井后的管道，照明和接地管相连的井。埋入式管道可使集成到灌浆系统中的管道周围形成的管道滑入地面覆盖层。另外，进行顶升操作时，有必要科学地控制管道中的振动方向，切开并清除土壤，并确保预先安装的磁盘正确安装在接收器中。顶管施工技术的施工面是线对点的，且面积较小。管道施工技术既不影响地面的基本活动，也不影响正常的交通运输。同时，管道冲击技术降低了建筑物的噪声，因此建筑物的振动幅度并不大，因此不影响居民的生活。此外，顶管施工技术可以渗透到深层的地下和水下管道中，从而可以安全穿越陆地，铁路和河流。

2顶管施工技术的应用范围

顶管施工技术不受施工位置和环境因素的干扰和限制，非常适合某些大城市的排水施工。此外，在诸如历史文化古都城市，许多文物被埋在地下的情况下，顶管施工技术也非常适合。以西安市为例，该城市为传统的广场城市结构组成，在其下方挖掘出许多埋葬的陵墓。这些墓具有很高的历史价值，使用传统的水管安装技术很难保护地下文物，一旦开挖无法估算其破坏程度。考虑到这一点，政府采用顶管法在钟楼，五路和大明宫等地区安装顶管设施，并采取点对点安装的方式减少道路开挖，以保护地下文物古迹免遭破坏。

3顶管工程中沉井施工技术的应用

3.1顶管施工准备工作

在进行任何顶管工作之前，必须进行充分的准备工作，以确保顶管工作平稳有序地进行。在准备顶管施工时，应从以下几个方面进行准备：应进行详细的调查和勘测工作。为了在顶管工程范围内进行准确的测量和检测，并合理地计划顶管工程，有必要熟悉地下管线和地下水线路的具体条件。在顶管施工过程中，注意准备必要的建筑材料和机械设备。在准备建筑材料的过程中，必须严格遵守施工工作的设计要求，以确保建筑材料的质量满足施工要求。同时，有必要根据管道顶进施工过程中必须使用的机械设备放置在适当的位置，以便可以在施工作业中及时调取机械设备，以确保施工进度流畅和施工质量。同时，必须对机械设备进行严格的检查，以免因操作不当而影响施工过程安全。最后，有必要审查和评估顶管施工设计计划。根据自来水厂施工的具体情况，检查顶管施工技术的设计方案，以确保设计方案符合实际施工范围和施工要求，以确保后续的顶管建设工作的秩序。

3.2顶管设计要点与工艺参数

在市政结构顶管工程中，沉井原理是利用自重来实现下沉。因此，如果沉井壁薄，则沉井自重将太轻。目前，仅依靠沉井的重量显然是不可能有效地完成下沉操作。如果沉井的壁太厚，则可以承受沉井的自重，但会增加工程成本并浪费资源。因此，设计者必须科学设计沉井的壁厚，以使沉井具有较高的沉降稳定性和漂浮性能。根据有关规定，沉井的沉降稳定系数应在0.85至0.95之间。在该项目中，设计专家根据经验结合了现实世界并进行了排水和下沉工作，选择了中心直径为28米，深度为20 米，壁厚为0.8 米的圆形沉井。但是，为了确保沉井壁厚的设计值合理，需要根据当地土质情况和气候因素准确地计算沉井的沉降和稳定系数。

井顶高程设计：根据沉井结构的实际特点设计沉井上表面的标高时，沉井上表面的设计高度应高于当地平均地表高度。在沉井结构最终沉降之后，它可以有效地防止大量地表水进入沉井。在城市顶管工程中，设计人员根据实际工程和水文地质条件了解工程周围的水位，因此沉井结构的最高高度最终确定。另外，在设计过程中，一般地面比沉井上部低0.2米，有必要有效地确保沉井结构下沉作业的安全性和可靠性。由于该项目采用圆形沉井排水下沉方法，因此在土地借用過程中井中没有积水。在沉井过程中，直接受到井外水和土壤负荷的影响。设计好标高后，可以将后盖干燥，设计地脚表面的高度根据沉井结构的重量计算，确保所有沉井结构的地脚埋得足够深。首先，在设计过程中，必须考虑污水处理厂的处理能力和沉井结构其他部分的大小。为了通过分析沉井结构的稳定性（例如防滑和防侧翻阻力）与沉井结构边缘的高度之间的关系来大致确定地脚高度值，必须严格计算公差，以便在沉井结构的整体设计中保留地脚面的仰角误差。

顶管技术在城市工程建设中的应用要求对所用顶管过程参数的精确控制，主要包括以下几个方面：当在城市工程建设中工作时，适当的管道直径对总体工程质量和建设成本具有非常重要的影响。根据施工作业的实际需要，科学合理地确定顶管直径，一般在土建工程中，顶管直径不小于半米;在顶管工程施工期间，确定顶管长度，顶管长度越长，顶管操作所需的次数越少，工程效率和质量就越高。但是，如果顶管过长，则会增加施工量和工程成本。因此，必须选择顶管的长度以匹配直径。

3.3糾正顶管施工过程中的偏差

在顶管技术的应用过程中，由于偏心力和顶管阻力的影响，顶管的实际路径与设计路径之间会发生偏移问题。在这种情况下，应采取纠正措施来校正顶管的实际路径，控制到合理的偏差范围不会影响顶管结构的质量。在顶管偏差的校正过程中，应按照强度小，多次校正的原则进行偏差校正工作。校正偏差时，严禁快速，大力地进行校正。

3.4顶管施工减阻技术

城市排水管道的安装是一个非常大的项目，管道的长度与城市面积和用水量成正比。考虑到这一点，在一些大城市，当管道堵塞物填充在水管中时，混合泥浆可以用作建筑润滑剂，以有效降低管道的阻力。例如，在上海的特定地区建造排水管时，大面积以及陈旧复杂的管道工程给排水系统的安装带来了极大的不便。随着顶管不断加深，排水管的表面张力逐渐增大，承受阻力增大，施工难度逐渐增大。基于此，施工人员在推进顶管头以形成具有适当厚度的泥套时，可以将泥浆注入到管道的外层中。其具有很强的润滑功能，可以减少排水管外部与土壤层之间的摩擦，降低排水管的表面张力，并为顶管机的可靠运行创造了有利条件。另外，注入管道外层的泥浆也有一定的支撑作用，可以大大减少粘土在管道施工中的塌陷。然而，值得注意的是，用于顶管施工技术的泥浆的需求量非常高，并且用于一般的顶管施工的泥浆的量约为传统建筑泥浆的三倍。另外，在施工过程中，必须同时进行顶管机末端的注浆，以确保及时补充泥浆。在顶管施工过程中很容易遇到意外情况，以西安某特定地区的施工为例，施工队在顶管过程中面临风化岩石处理困难的局面，岩石的强阻力导致管道移动。考虑到这一点，施工单位首先要采集一些岩石样本，并将研究结果提交给当地的地质勘探实验室，然后结合地质勘探机构的专家的意见来处理风化的岩石，即使在岩石障碍被打破后也继续进行顶升工作。当出现更困难的施工问题时，施工负责人应向主管人员报告情况，并咨询专家和领导以适时调整施工计划。

4评价结语

综上所述，在市政顶管工程中采用沉井结构时，设计人员必须严格按照有关标准要求和设计规定，充分结合实际情况，合理设计结构壁厚。另外，通过精确地计算例如顶升力值和沉降系数这些可以影响沉井结构的安全性，可靠性和稳定性的各种计算指标，来设计优化最佳顶管工程中的沉井结构。

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