市政結構頂管工程沉井結構設計研究

羅鵬

摘要：近些年中國的城市化進程迅速推進，需要高質量的市政項目作基體支撐。為了滿足頂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圍水土流失，從而破壞周圍的人行道和管道在附近，采用頂管沉井施工技術對隧道入口處的土壤進行加固，并根據(jù)實際效果調(diào)整加固范圍，以防止在沉降過程中堵塞井壁。研究結果表明，頂管施工技術在管道施工中的成功應用，可以有效解決現(xiàn)有建筑物的管道鋪設設施損壞和交通擁堵的問題，值得廣泛應用。

關鍵詞：頂管工程;沉井結構;交通堵塞

傳統(tǒng)的排水水管安裝方式需要開挖施工路面，在一些交通擁堵的大城市，這會對道路施工造成地面區(qū)域的影響，同時會加劇交通擁堵的幾率。此外，涉及到人行道的施工破壞了道路周圍的綠色區(qū)域，對城市環(huán)境造成了二次污染。在此基礎上，地方政府需要引入頂管施工方法，這不僅維護了城市外觀，而且可以降低施工成本。

1頂管施工技術簡介

為了充分實現(xiàn)城市地下供水管網(wǎng)的功能，通常須安裝許多管道。頂管沉井是臨時性設施，由于施工周期短，成本低廉，在城市工程中得到了廣泛的應用。沉井是城市工程中較為常見的頂管類型，在一般的城市結構頂管中，沉井結構具有較高的剛度和深度，并具有良好的整體性。但是，由于結構較深，沉井可能會出現(xiàn)過大的結構內(nèi)力和過大的壁厚，直接影響城市結構頂管工程的施工質量。因此，設計人員必須充分結合實際項目，嚴格遵守國家有關標準，以優(yōu)化城市結構頂管工程中沉井結構的設計。城市給排水工程中的頂管技術使用液壓鉆孔在工作坑的承窩表面鉆孔，然后按壓管道以在管道后面創(chuàng)建管道，而無需在地下挖坑。這是因為研究人員根據(jù)建筑計劃的設計要求，在管道上安裝了作業(yè)井和接受井，并建立了堅實的基礎，例如作業(yè)井以及接收井后的管道，照明和接地管相連的井。埋入式管道可使集成到灌漿系統(tǒng)中的管道周圍形成的管道滑入地面覆蓋層。另外，進行頂升操作時，有必要科學地控制管道中的振動方向，切開并清除土壤，并確保預先安裝的磁盤正確安裝在接收器中。頂管施工技術的施工面是線對點的，且面積較小。管道施工技術既不影響地面的基本活動，也不影響正常的交通運輸。同時，管道沖擊技術降低了建筑物的噪聲，因此建筑物的振動幅度并不大，因此不影響居民的生活。此外，頂管施工技術可以滲透到深層的地下和水下管道中，從而可以安全穿越陸地，鐵路和河流。

2頂管施工技術的應用范圍

頂管施工技術不受施工位置和環(huán)境因素的干擾和限制，非常適合某些大城市的排水施工。此外，在諸如歷史文化古都城市，許多文物被埋在地下的情況下，頂管施工技術也非常適合。以西安市為例，該城市為傳統(tǒng)的廣場城市結構組成，在其下方挖掘出許多埋葬的陵墓。這些墓具有很高的歷史價值，使用傳統(tǒng)的水管安裝技術很難保護地下文物，一旦開挖無法估算其破壞程度?？紤]到這一點，政府采用頂管法在鐘樓，五路和大明宮等地區(qū)安裝頂管設施，并采取點對點安裝的方式減少道路開挖，以保護地下文物古跡免遭破壞。

3頂管工程中沉井施工技術的應用

3.1頂管施工準備工作

在進行任何頂管工作之前，必須進行充分的準備工作，以確保頂管工作平穩(wěn)有序地進行。在準備頂管施工時，應從以下幾個方面進行準備：應進行詳細的調(diào)查和勘測工作。為了在頂管工程范圍內(nèi)進行準確的測量和檢測，并合理地計劃頂管工程，有必要熟悉地下管線和地下水線路的具體條件。在頂管施工過程中，注意準備必要的建筑材料和機械設備。在準備建筑材料的過程中，必須嚴格遵守施工工作的設計要求，以確保建筑材料的質量滿足施工要求。同時，有必要根據(jù)管道頂進施工過程中必須使用的機械設備放置在適當?shù)奈恢?，以便可以在施工作業(yè)中及時調(diào)取機械設備，以確保施工進度流暢和施工質量。同時，必須對機械設備進行嚴格的檢查，以免因操作不當而影響施工過程安全。最后，有必要審查和評估頂管施工設計計劃。根據(jù)自來水廠施工的具體情況，檢查頂管施工技術的設計方案，以確保設計方案符合實際施工范圍和施工要求，以確保后續(xù)的頂管建設工作的秩序。

3.2頂管設計要點與工藝參數(shù)

在市政結構頂管工程中，沉井原理是利用自重來實現(xiàn)下沉。因此，如果沉井壁薄，則沉井自重將太輕。目前，僅依靠沉井的重量顯然是不可能有效地完成下沉操作。如果沉井的壁太厚，則可以承受沉井的自重，但會增加工程成本并浪費資源。因此，設計者必須科學設計沉井的壁厚，以使沉井具有較高的沉降穩(wěn)定性和漂浮性能。根據(jù)有關規(guī)定，沉井的沉降穩(wěn)定系數(shù)應在0.85至0.95之間。在該項目中，設計專家根據(jù)經(jīng)驗結合了現(xiàn)實世界并進行了排水和下沉工作，選擇了中心直徑為28米，深度為20 米，壁厚為0.8 米的圓形沉井。但是，為了確保沉井壁厚的設計值合理，需要根據(jù)當?shù)赝临|情況和氣候因素準確地計算沉井的沉降和穩(wěn)定系數(shù)。

井頂高程設計：根據(jù)沉井結構的實際特點設計沉井上表面的標高時，沉井上表面的設計高度應高于當?shù)仄骄乇砀叨取Ｔ诔辆Y構最終沉降之后，它可以有效地防止大量地表水進入沉井。在城市頂管工程中，設計人員根據(jù)實際工程和水文地質條件了解工程周圍的水位，因此沉井結構的最高高度最終確定。另外，在設計過程中，一般地面比沉井上部低0.2米，有必要有效地確保沉井結構下沉作業(yè)的安全性和可靠性。由于該項目采用圓形沉井排水下沉方法，因此在土地借用過程中井中沒有積水。在沉井過程中，直接受到井外水和土壤負荷的影響。設計好標高后，可以將后蓋干燥，設計地腳表面的高度根據(jù)沉井結構的重量計算，確保所有沉井結構的地腳埋得足夠深。首先，在設計過程中，必須考慮污水處理廠的處理能力和沉井結構其他部分的大小。為了通過分析沉井結構的穩(wěn)定性（例如防滑和防側翻阻力）與沉井結構邊緣的高度之間的關系來大致確定地腳高度值，必須嚴格計算公差，以便在沉井結構的整體設計中保留地腳面的仰角誤差。

頂管技術在城市工程建設中的應用要求對所用頂管過程參數(shù)的精確控制，主要包括以下幾個方面：當在城市工程建設中工作時，適當?shù)墓艿乐睆綄傮w工程質量和建設成本具有非常重要的影響。根據(jù)施工作業(yè)的實際需要，科學合理地確定頂管直徑，一般在土建工程中，頂管直徑不小于半米;在頂管工程施工期間，確定頂管長度，頂管長度越長，頂管操作所需的次數(shù)越少，工程效率和質量就越高。但是，如果頂管過長，則會增加施工量和工程成本。因此，必須選擇頂管的長度以匹配直徑。

3.3糾正頂管施工過程中的偏差

在頂管技術的應用過程中，由于偏心力和頂管阻力的影響，頂管的實際路徑與設計路徑之間會發(fā)生偏移問題。在這種情況下，應采取糾正措施來校正頂管的實際路徑，控制到合理的偏差范圍不會影響頂管結構的質量。在頂管偏差的校正過程中，應按照強度小，多次校正的原則進行偏差校正工作。校正偏差時，嚴禁快速，大力地進行校正。

3.4頂管施工減阻技術

城市排水管道的安裝是一個非常大的項目，管道的長度與城市面積和用水量成正比?？紤]到這一點，在一些大城市，當管道堵塞物填充在水管中時，混合泥漿可以用作建筑潤滑劑，以有效降低管道的阻力。例如，在上海的特定地區(qū)建造排水管時，大面積以及陳舊復雜的管道工程給排水系統(tǒng)的安裝帶來了極大的不便。隨著頂管不斷加深，排水管的表面張力逐漸增大，承受阻力增大，施工難度逐漸增大?；诖耍┕と藛T在推進頂管頭以形成具有適當厚度的泥套時，可以將泥漿注入到管道的外層中。其具有很強的潤滑功能，可以減少排水管外部與土壤層之間的摩擦，降低排水管的表面張力，并為頂管機的可靠運行創(chuàng)造了有利條件。另外，注入管道外層的泥漿也有一定的支撐作用，可以大大減少粘土在管道施工中的塌陷。然而，值得注意的是，用于頂管施工技術的泥漿的需求量非常高，并且用于一般的頂管施工的泥漿的量約為傳統(tǒng)建筑泥漿的三倍。另外，在施工過程中，必須同時進行頂管機末端的注漿，以確保及時補充泥漿。在頂管施工過程中很容易遇到意外情況，以西安某特定地區(qū)的施工為例，施工隊在頂管過程中面臨風化巖石處理困難的局面，巖石的強阻力導致管道移動?？紤]到這一點，施工單位首先要采集一些巖石樣本，并將研究結果提交給當?shù)氐牡刭|勘探實驗室，然后結合地質勘探機構的專家的意見來處理風化的巖石，即使在巖石障礙被打破后也繼續(xù)進行頂升工作。當出現(xiàn)更困難的施工問題時，施工負責人應向主管人員報告情況，并咨詢專家和領導以適時調(diào)整施工計劃。

4評價結語

綜上所述，在市政頂管工程中采用沉井結構時，設計人員必須嚴格按照有關標準要求和設計規(guī)定，充分結合實際情況，合理設計結構壁厚。另外，通過精確地計算例如頂升力值和沉降系數(shù)這些可以影響沉井結構的安全性，可靠性和穩(wěn)定性的各種計算指標，來設計優(yōu)化最佳頂管工程中的沉井結構。

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