市政工程顶管施工中的沉井结构优化设计

某市政工程位于某市区繁华地带，为典型的污水排放管道施工项目。经研究决定，项目使用长度为252m，半径为DN1500mm的生活污水排放管道，并预留了1.5%的坡度。其中，上游管道和下游管道全部通过沉井连接在一起，并根据规范和标准要求预留了DN400mm的污水管。但是，由于本项目位于河岸边，土体中的含水量较大，土体的稳定性和安全性无法得到根本保证，需要采取针对性的措施予以解决。

为深入探讨市政工程顶管施工中的沉井结构优化设计，本文结合案例围绕顶管施工沉井结构整体设计思路、沉井壁厚设计、标高设计、顶力计算、环向计算、竖向抗拉计算6个方面进行深人分析与探讨。

1整体设计思路

本项目沉井结构设计需要从以下两个方面进行：

（1）参数控制。从设计角度来看，需要将现有标准作为沉井设计结构参数依据，注重沉井结构设计及下沉稳定性验算，并保证施工完成的尺寸与标准尺寸之间的偏差控制在20mm以内。同时，井壁壁厚不大于-5mm、+8mm的偏差，实际施工完成的保护层与设计保护层的偏差应控制在5mm。沉井下沉位置控制是参数控制的关键，下沉后位移值与下沉深度之间的比值应小于0.01。

（2）因地制宜。在本项目中，受施工条件的影响，在严格控制参数的同时，还要根据工程项目的实际情况综合考虑其他因素。比如，项目所在地为市区繁华地带，顶管施工需要根据地下管道的分布情况、周边管线组织和开展施工，并合理控制下沉参数，对沉井制作方法进行优化，为保证作业精度，还要加强参数的偏差控制，由于考虑到降水可能带来的水土流失问题，具体设计过程中要做好力学参数分析，综合考虑位移可能性、周围土体变形等情况，确保沉井结构优化设计的可行性。

2沉井壁厚设计

市政工程顶管施工中沉井结构的应用原理是利用沉井的自重实现下沉，如果沉井井壁厚度不能满足设计要求，会出现沉井自重不足，无法实现下沉；如果沉井井壁过厚，虽然可以实现下沉作业，却在一定程度上增加了工程项目的建设成本，造成不必要的资源浪费。因此，在工程项目建设工程中，要对沉井管壁的厚度进行科学合理的设计，从而保证沉井下沉过程的稳定性。而在本工程项目的建设过程中，技术人员通过对工程项目实际情况进行分析，决定选择壁厚为0.55m、内径为9m的圆形沉井。同时，为了在污水中顺利完成取土作业，还要完成对井壁内的排水作业，并科学合理地计算沉井下沉系数及稳定系数，以判断沉井井壁厚度是否合理。

3标高设计

3.1沉井井顶标高设计

在沉井井顶标高设计中，应当根据工程项目的实际情况，保证沉井井顶设计标高比市政地下水位高出0.5m，防止和减少沉井在终沉过程中渗入大量地下水。在具体的顶管作业中，设计人员应深入施工现场，认真、仔细地勘察工程项目所在区域的地质、地形条件以及水文情况等。与此同时，在具体的设计过程中，地面标高应当比沉井井顶标高出0.3m，这样可以充分保证沉井在下沉作业中施工人员的人身安全。但需要特别注意的是，由于本工程项目在沉井下沉作业中采用的是排水下沉法，尽管取土时施工人员发现井内没有水，但是沉井下沉时依然会受井外水土荷载的影响，因此，当其下沉至设计标高后应立即对其进行干封底。

3.2刃脚设计

沉井刃脚尺寸应根据沉井的封底、刃脚竖向弯曲受力以及地基承载能力等情况予以综合考虑，既要满足混凝土厚度要求，又要综合考虑沉井刃脚厚度和配筋可以承受的弯矩，还要保证刃脚底部的压力不超过地基承载能力。为此，在刃脚设计过程中，需要设计人员对刃脚踏面标高和沉井的抗冲刷强度进行准确计算，充分结合沉井其他部位的尺寸，在保证沉井结构抗倾覆和可滑性的基础上对刃脚踏面标高值进行准确预估。此外，设计人员在具体的设计工作中，还要严格遵循相关标准的要求，保证预留的刃脚踏面标高偏差控制在规定范围内，方便后续施工人员在施工中根据工程项目要求调整刃脚标高。

4环向计算

素混凝土和砖砌体是沉井的常用施工材料。如果沉井的规模不大，可以采用素混凝土圆形井或者砖体沉井。在沉井使用过程中，会受外界荷载的影响导致其截面出现不均匀受压，究其原因，是素混凝土圆形井或者砖体的沉井直径较大，容易受周围地形和地质条件的影响。在沉井下沉作业中，通常还会因为施工人员的失误以及其他方面客观因素的影响造成沉井出现下沉倾斜，其两侧出现被动和主动土压力，所产生的倾斜角度越大，土压力的差值也就越大。对此，在市政结构顶管工程项目建设工程中，还要对沉井进行准确的环向计算。

5竖向抗拉计算

在顶管施工作业中，对沉井竖向抗拉强度的准确计算是优化沉井结构设计的一个重要环节，特别是在本工程项目施工过程中，由于本项目位于河岸边，土层含水量较大，土层的稳定性和安全性无法得到保证。为此，应根据沉井结构的设计标准明确沉井结构的竖向抗拉强度。

6顶力计算

经计算得出实际顶力值小于设计顶力值，符合相关标准和要求。

结语

综上所述，本文结合实际案例，分析市政工程顶管施工中的沉井结构优化设计方法，为今后沉井结构设计提供更好的设计思路及方案。同时设计过程中需重视结合实际地质、周边环境等情况，确保沉井设计能在该区域切实可行。

 

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