过刊浏览
摘 要： 市政工程建设中通常要按照差异性的功能需要设置不同管线，但由于我国城市环境情况较为复杂，在管线施工作业中应用非开挖技术的
频率较高。顶管工程属于具有诸多优势项目，而沉井设计则是顶管工程中的一项关键环节，为了切实提高顶管工程的整体质量，要从优化设计的
角度出发，为后续施工作业的进行奠定基础。本文围绕市政工程结构的实际情况，概述了顶管工程沉井结构，阐述了顶管工程沉井结构的七方面
设计要点，提出了四条顶管工程沉井结构设计的优化措施。
关键词： 市政结构；顶管工程；沉井结构；设计要点；优化措施
引言
在 城 市 现 代 化 发 展 的 环 境 中 ， 各 类 市 政 基 础 工 程 的 规 模 和 数 量 逐 年 递 增 ， 使 市 政 工 程 建 设 的 水 平 受 到 了 各 个 行 业 领 域 的 广 泛
关 注 。 为 了 防 止 对 地 面 交 通 情 况 带 来 负 面 影 响 ， 顶 管 工 程 模 式 应 运 而 生 ， 而 促 进 顶 管 工 程 顺 利 竣 工 的 保 障 ， 则 在 于 沉 井 结 构 设 计
工 作 的 开 展 。 因 此 ， 工 程 单 位 要 密 切 关 注 沉 井 结 构 设 计 ， 按 照 市 政 工 程 所 在 地 区 的 实 际 情 况 ， 选 择 相 应 的 结 构 形 式 ， 完 成 沉 井 科
学 设 计 的 任 务 。
1 市政结构顶管工程沉井结构的概述
市 政 基 础 设 施 工 程 建 设 的 最 终 归 宿 在 于 满 足 城 市 现 代 化 运 营 与 发 展 的 现 实 需 要 ， 若 想 真 正 发 挥 出 城 市 的 多 重 功 能 ， 相 关 部 门
便 要 加 大 对 管 道 敷 设 工 程 的 重 视 力 度 ， 提 高 管 道 敷 设 施 工 的 合 理 性 。 顶 管 井 本 身 便 是 一 类 具 有 临 时 性 的 设 施 ， 应 用 优 势 在 于 成 本
投 入 较 低 、 施 工 周 期 较 短 、 噪 音 量 较 小 等 ， 使 顶 管 井 在 市 政 工 程 项 目 中 的 应 用 频 率 较 高 。 而 沉 井 则 是 市 政 工 程 中 较 为 常 见 的 顶 管
井 结 构 种 类 ， 沉 井 结 构 具 有 一 定 的 深 度 与 刚 度 ， 但 容 易 伴 随 深 度 的 增 加 ， 发 生 井 壁 厚 大 的 问 题 ， 若 未 能 加 强 对 该 问 题 的 解 决 ， 将
容 易 对 市 政 结 构 顶 管 工 程 品 质 产 生 不 良 影 响 。 设 计 人 员 要 对 市 政 结 构 顶 管 工 程 的 现 实 状 况 加 以 了 解 和 掌 握 ， 尤 其 是 综 合 分 析 市 政
工 程 所 在 位 置 地 形 、 地 质 、 地 下 水 情 况 ， 根 据 所 得 的 各 项 数 据 信 息 ， 严 格 按 照 行 业 规 范 和 标 准 ， 采 取 科 学 的 施 工 方 案 ， 展 开 沉 井
结 构 的 设 计 工 作 。 若 沉 井 结 构 深 度 设 计 过 大 ， 可 以 在 内 设 置 隔 墙 、 支 撑 等 ， 让 构 件 厚 度 适 当 减 小 ， 若 井 筒 下 沉 区 域 超 过 了 预 期 的
设 计 标 高 ， 则 要 着 手 和 强 化 对 沉 井 结 构 下 沉 速 度 的 管 控 ， 利 用 注 浆 法 降 低 阻 力 ， 使 沉 井 结 构 标 高 同 设 计 标 高 的 误 差 处 于 可 控 的 范
围 内 ， 确 保 对 沉 井 结 构 设 计 达 到 高 效 完 善 的 目 的 ， 为 市 政 工 程 项 目 的 顺 利 竣 工 夯 实 根 基 [ 1 ]。
2 市政结构顶管工程沉井结构的设计要点
2.1 精度控制
在 市 政 结 构 顶 管 工 程 沉 井 结 构 设 计 工 作 开 展 中 ， 设 计 人 员 的 首 要 任 务 便 是 完 成 精 度 控 制 的 任 务 ， 以 沉 井 结 构 加 工 制 作 、 下 沉
处 理 等 方 面 为 切 入 点 ， 实 现 优 化 设 计 的 目 标 。 在 精 度 控 制 工 作 实 践 中 ， 设 计 人 员 需 要 将 最 终 沉 井 尺 寸 同 标 准 尺 寸 之 间 的 偏 差 控 制
在 2 c m 以 内 ， 沉 井 结 构 壁 厚 的 偏 差 控 制 范 围 则 为 0 . 5 ~ 0 . 8 c m ， 保 证 沉 井 结 构 保 护 层 的 偏 差 为 5 m m 以 内 ， 而 设 计 的 防 护 层 同 已
经 建 成 的 防 护 层 之 间 偏 差 则 不 得 超 过 5 m m 。 在 下 沉 精 度 控 制 方 面 ， 沉 降 后 的 位 移 同 沉 井 深 度 间 的 比 值 不 得 超 过 1 % ， 还 需 要 在 沉 井
下 沉 中 ， 始 终 留 意 监 测 沉 井 的 实 时 标 高 ， 让 下 沉 到 既 定 位 置 的 沉 井 刃 脚 标 高 的 偏 差 值 同 样 控 制 在 5 m m 以 内 [ 2 ]。
2.2 壁厚设计
以 往 在 市 政 结 构 顶 管 工 程 施 工 中 ， 通 常 运 用 井 壁 自 重 下 沉 的 原 理 ， 但 沉 井 壁 厚 若 未 能 达 到 相 关 规 范 ， 则 容 易 发 生 井 壁 自 重 较
轻 的 现 象 ， 导 致 刚 度 和 承 载 力 较 小 ， 沉 井 将 存 在 侧 向 水 土 压 力 作 用 下 变 形 过 大 的 可 能 性 ， 难 以 保 证 下 沉 作 业 的 高 效 完 成 ， 但 井 壁
过 厚 则 将 带 来 资 源 浪 费 的 问 题 ， 增 加 了 不 必 要 的 成 本 投 入 。 决 定 了 在 设 计 人 员 设 计 沉 井 井 壁 之 时 ， 应 该 考 虑 到 沉 降 量 、 稳 定 下 降
需 求 、 抗 浮 性 能 等 。 其 中 ， 沉 降 量 是 指 沉 井 可 以 克 服 摩 擦 、 下 沉 至 正 常 位 置 的 量 ； 稳 定 下 降 需 求 是 指 在 沉 降 因 子 可 控 范 围 内 ， 不
发 生 突 然 下 降 或 下 降 无 法 进 行 的 需 求 情 况 ； 抗 浮 性 能 则 是 在 受 到 水 资 源 影 响 的 条 件 下 ， 沉 井 内 的 井 壁 能 够 凭 借 自 身 重 量 维 持 位 置
的 稳 定 性 能 。 下 沉 要 求 属 于 沉 井 结 构 设 计 要 求 的 重 点 ， 沉 井 的 重 量 和 沉 井 下 沉 时 的 动 力 承 载 力 之 差 同 沉 井 下 沉 时 平 均 阻 力 的 比 ，
即 为 下 沉 系 数 。 沉 井 下 沉 系 数 通 常 要 控 制 在 标 准 范 围 0 . 8 ~ 0 . 9 以 内 ， 同 时 对 沉 井 结 构 的 水 位 情 况 严 格 监 测 ， 在 水 位 相 对 较 高 的 状
态 下 ， 设 计 人 员 要 将 沉 井 井 体 抗 浮 系 数 控 制 在 1 附 近 。 下 沉 系 数 过 小 则 说 明 工 作 能 效 较 低 ， 下 沉 系 数 过 大 则 说 明 土 壤 环 境 不 佳 ，
对 于 浮 力 的 要 求 较 低 ， 更 容 易 引 发 快 速 沉 降 的 问 题 。 为 了 在 地 下 水 位 较 为 理 想 的 状 态 下 进 行 取 土 操 作 ， 设 计 人 员 应 该 计 算 和 把 握
沉 井 结 构 的 下 沉 与 稳 定 系 数 ， 以 此 为 根 据 ， 分 析 沉 井 结 构 的 壁 厚 、 刃 脚 尺 寸 设 计 等 能 够 契 合 于 顶 管 工 程 的 各 项 要 求 [ 3 ]。
2.3 强度设计
强 度 设 计 工 作 开 展 的 核 心 ， 在 于 把 握 持 续 施 工 作 业 与 机 械 扰 动 造 成 的 影 响 ， 使 应 用 的 技 术 措 施 具 有 提 高 设 计 可 行 性 的 作 用 ，
用 于 保 证 井 内 外 部 土 体 的 外 力 对 于 顶 管 工 程 沉 井 施 工 作 业 产 生 较 小 的 负 面 影 响 ， 对 周 围 土 体 和 组 织 带 来 的 破 坏 同 样 较 小 。 强 度 设
计 中 要 求 设 计 人 员 考 虑 到 三 个 方 面 ， 即 纵 向 力 、 环 向 力 、 底 板 力 。 环 向 力 属 于 设 计 的 重 点 内 容 。 沉 井 结 构 施 工 中 常 用 材 料 为 钢 筋
混 凝 土 ， 在 沉 井 结 构 规 模 较 小 的 情 况 下 ， 可 以 使 用 钢 管 或 预 制 混 凝 土 管 ， 应 用 沉 井 结 构 时 ， 当 受 到 外 界 荷 载 的 影 响 后 ， 截 面 位 置
容 易 出 现 受 压 不 均 匀 的 现 象 ， 原 因 在 于 沉 井 结 构 的 直 径 较 大 ， 更 容 易 受 到 地 质 、 地 形 等 客 观 条 件 的 影 响 。 一 旦 沉 井 结 构 下 沉 处 理
时 发 生 施 工 人 员 失 误 操 作 或 其 他 客 观 问 题 ， 便 可 能 造 成 沉 井 结 构 的 下 沉 、 倾 斜 等 现 象 ， 倾 斜 后 的 沉 井 可 在 两 侧 形 成 被 动 、 主 动 土
压 力 ， 致 使 沉 井 两 侧 受 力 不 均 ， 在 倾 斜 角 度 增 加 的 条 件 下 ， 土 压 力 的 差 值 将 随 之 上 升 。 设 计 人 员 应 该 在 工 作 实 践 中 ， 结 合 实 际 情
市政结构顶管工程沉井结构设计研究
闫辉峰 张 琳 / 中水北方勘测设计研究有限责任公司 天津 300200
摘 要： 市政工程建设中通常要按照差异性的功能需要设置不同管线，但由于我国城市环境情况较为复杂，在管线施工作业中应用非开挖技术的
频率较高。顶管工程属于具有诸多优势项目，而沉井设计则是顶管工程中的一项关键环节，为了切实提高顶管工程的整体质量，要从优化设计的
角度出发，为后续施工作业的进行奠定基础。本文围绕市政工程结构的实际情况，概述了顶管工程沉井结构，阐述了顶管工程沉井结构的七方面
设计要点，提出了四条顶管工程沉井结构设计的优化措施。
关键词： 市政结构；顶管工程；沉井结构；设计要点；优化措施
8 | CHINA HOUSING FACILITIES
建筑设计
况 确 定 和 优 化 沉 井 结 构 的 环 向 力 计 算 公 式 。 按 照 市 政 工 程 规 范 标 准 ， 设 计 人 员 对 于 封 闭 环 形 表 面 展 开 应 力 分 析 之 时 ， 可 采 用 降 维
方 法 ， 确 保 沉 井 井 壁 可 以 在 承 受 外 力 之 时 具 备 统 一 的 能 力 。 在 对 井 壁 剖 面 分 析 上 ， 可 获 得 相 应 的 计 算 公 式 ：
P 1 = （ 1 + 0 . 7 8 5 4 m ） n
P 2 = （ 1 + 0 . 5 m ） n
P 3 = 0 . 1 4 8 8 m · n
P 4 = - 0 . 1 3 6 6 m · n
其 中 ，P 1 至 P 4 均 为 相 同 沉 井 井 壁 断 面 位 置 上 的 轴 向 应 力 ，m 和 n 则 是 相 同 井 壁 断 面 外 侧 的 水 平 压 强 ，半 径 参 数 0 . 7 8 5 4 、0 . 5 、
0 . 1 4 8 8 、 - 0 . 1 3 6 6 均 为 固 定 的 影 响 因 子 。
在 施 工 作 业 中 ， 便 可 以 将 具 体 的 工 程 测 量 参 数 按 照 工 程 项 目 要 求 带 入 至 公 式 中 ， 经 由 配 比 分 析 得 到 强 度 计 算 结 果 ， 配 合 对 纵
向 、 底 板 应 力 的 深 入 分 析 ， 确 定 出 顶 管 沉 井 结 构 强 度 参 数 的 计 算 公 式 。 除 此 之 外 ， 考 虑 到 部 分 特 定 类 型 的 顶 管 沉 井 构 件 ， 如 圆 环
沉 井 井 壁 为 简 壳 结 构 的 供 水 管 井 ，由 于 该 类 沉 井 更 容 易 受 到 周 围 土 壤 受 压 作 用 的 影 响 ，导 致 在 沉 井 断 面 受 力 作 用 下 的 拉 应 力 较 小 。
说 明 设 计 人 员 此 时 要 顾 及 砖 砌 体 结 构 、 素 水 泥 构 造 具 备 的 优 良 承 压 性 能 ， 在 顶 管 设 计 中 若 圆 环 沉 井 的 使 用 规 模 较 小 的 情 况 下 ， 便
可 以 投 用 砖 砌 体 结 构 或 素 水 泥 圆 环 的 沉 井 结 构 。
2.4 井顶标高设计
井 顶 标 高 设 计 工 作 的 开 展 ， 应 当 结 合 市 政 结 构 顶 管 工 程 的 实 地 勘 察 数 据 资 料 ， 以 及 施 工 质 量 要 求 和 多 种 影 响 因 素 ， 确 保 沉 井
结 构 设 计 与 后 期 施 工 作 业 的 稳 定 性 、 安 全 性 。 在 井 顶 标 高 设 计 上 ， 设 计 人 员 通 常 要 让 井 顶 标 高 超 过 顶 管 工 程 施 工 现 场 的 周 围 水 位
至 少 5 0 c m ， 目 的 在 于 避 免 雨 季 来 临 之 时 ， 大 量 降 水 汇 聚 为 积 水 流 入 至 沉 井 中 ， 以 及 沉 井 结 构 在 终 沉 环 节 中 渗 入 地 下 水 。 在 设 计
井 顶 标 高 之 前 ， 应 当 做 到 深 入 施 工 现 场 ， 对 地 质 和 地 下 水 文 等 信 息 加 以 重 点 掌 握 ， 按 照 了 解 的 各 项 信 息 ， 对 于 地 面 和 沉 井 井 顶 间
的 距 离 进 行 科 学 规 划 ， 保 证 距 离 维 持 在 大 约 3 0 c m 。 设 计 人 员 还 要 按 照 沉 井 周 围 土 体 的 侧 向 摩 擦 阻 力 ， 计 算 出 沉 井 的 下 沉 系 数 ，
在 下 沉 系 数 较 小 、 沉 井 下 沉 难 度 较 大 的 情 况 下 ， 可 选 择 阶 梯 式 井 壁 模 式 ， 或 运 用 空 气 幕 、 触 变 泥 浆 减 阻 等 方 法 辅 助 下 沉 作 业 。 待
到 沉 井 下 沉 至 设 计 标 高 位 置 后 ，此 时 便 可 以 开 展 封 底 作 业 ，而 封 底 混 凝 土 的 厚 度 在 计 算 上 ，要 求 设 计 人 员 参 考 基 底 净 反 力 的 参 数 ，
满 足 板 跨 内 最 大 抗 剪 、 弯 矩 、 冲 切 等 的 要 求 。 在 优 化 设 计 沉 井 结 构 标 高 中 ， 设 计 人 员 还 应 该 顾 及 差 异 性 型 号 沉 井 结 构 的 强 度 、 抗
冲 刷 能 力 等 ， 尽 可 能 选 择 抗 滑 移 能 力 、 抗 倾 覆 能 力 较 强 的 沉 井 结 构 ， 使 沉 井 结 构 排 水 下 沉 施 工 作 业 得 到 充 分 的 安 全 保 障 [ 4 ]。
2.5 刃脚设计
在 刃 脚 踏 面 标 高 设 计 环 节 中 ， 设 计 人 员 应 当 参 考 计 算 公 式 与 标 准 规 范 ， 完 成 沉 井 结 构 抗 冲 刷 强 度 的 计 算 ， 按 照 计 算 结 果 设 计
刃 脚 踏 面 标 高 ， 同 时 明 确 沉 井 结 构 其 他 位 置 的 尺 寸 ， 掌 握 抗 倾 覆 性 等 ， 用 于 维 持 刃 脚 踏 面 标 高 值 预 估 的 可 靠 性 。 考 虑 到 沉 井 结 构
的 刃 脚 竖 向 弯 曲 受 力 、 地 基 承 载 力 的 实 际 情 况 ， 结 合 沉 井 结 构 封 底 厚 度 、 刃 脚 尺 寸 ， 确 定 出 刃 脚 的 厚 度 和 配 筋 的 抗 弯 能 力 系 数 ，
使 刃 脚 压 力 始 终 小 于 地 基 承 载 力 的 特 征 值 。 按 照 国 标 将 刃 脚 踏 面 标 高 控 制 在 可 控 范 围 内 之 后 ， 则 要 适 当 预 留 出 一 定 的 误 差 空 间 ，
便 于 在 后 期 施 工 作 业 中 能 够 根 据 顶 管 工 程 适 当 调 整 标 高 值 ， 让 沉 井 结 构 的 使 用 与 安 全 性 能 均 符 合 规 定 标 准 的 要 求 [ 5 ]。
2.6 平面尺寸设计
平 面 尺 寸 设 计 属 于 市 政 结 构 顶 管 工 程 沉 井 结 构 设 计 工 作 中 的 重 要 组 成 ， 该 项 设 计 的 品 质 与 沉 井 结 构 抗 压 性 能 的 发 挥 ， 以 及 顶
管 工 程 整 体 品 质 密 切 相 关 。 为 此 ， 设 计 人 员 要 做 到 合 理 管 控 沉 井 结 构 的 下 沉 深 度 与 水 平 位 移 ， 让 下 沉 深 度 始 终 低 于 1 0 m ， 而 水 平
位 移 则 要 控 制 在 1 0 c m 以 内 。 沉 井 结 构 的 下 沉 深 度 必 须 要 超 过 水 平 位 移 值 ， 通 常 要 高 出 大 约 1 % ， 有 利 于 提 高 沉 井 结 构 的 平 稳 性
和 安 全 性 。
2.7 竖向抗拉设计
当 市 政 结 构 顶 管 工 程 施 工 区 域 内 的 土 层 中 存 在 较 多 软 土 ， 且 沉 井 结 构 的 下 沉 系 数 超 过 1 . 5 时 ， 设 计 人 员 可 以 不 必 开 展 竖 向 抗
拉 设 计 工 作 。 但 在 顶 管 工 程 施 工 区 域 土 质 优 良 ， 侧 向 摩 擦 阻 力 较 大 、 下 沉 系 数 较 小 的 情 况 下 ， 由 于 沉 井 下 沉 中 容 易 发 生 被 土 层 卡
住 而 造 成 沉 井 刃 脚 位 于 悬 空 状 态 的 问 题 ， 井 壁 此 时 将 存 在 较 大 数 值 的 竖 向 拉 力 。 设 计 人 员 的 任 务 则 在 于 提 前 预 测 和 判 断 施 工 作 业
中 最 不 利 情 况 的 发 生 ， 完 成 沉 井 结 构 竖 向 抗 拉 参 数 的 计 算 ， 实 现 竖 向 抗 拉 优 化 设 计 的 目 标 。
3 市政结构顶管工程沉井结构设计的优化措施
3.1 遵守因地制宜原则
水 文 、 地 质 等 均 为 影 响 市 政 结 构 顶 管 工 程 品 质 的 关 键 因 素 ， 原 因 在 于 我 国 国 土 广 阔 ， 不 同 地 区 的 环 境 、 地 下 结 构 和 水 位 等 差
异 较 为 显 著 。在 顶 管 工 程 施 工 现 场 环 境 较 为 复 杂 、恶 劣 的 情 况 下 ，设 计 人 员 除 了 要 对 沉 井 结 构 设 计 参 数 予 以 精 确 计 算 和 管 控 以 外 ，
还 要 做 到 按 照 获 得 的 勘 测 数 据 和 信 息 以 及 设 计 图 纸 、 施 工 方 案 等 资 料 ， 综 合 考 虑 各 种 影 响 因 素 。 比 如 ， 在 城 市 市 区 内 实 施 顶 管 工
程 项 目 时 ，在 设 计 沉 井 结 构 中 便 要 加 大 力 度 监 测 地 下 管 道 的 路 线 分 布 和 敷 设 情 况 ，尤 其 是 管 线 分 布 较 为 复 杂 和 密 集 的 供 水 、供 气 、
供 暖 等 类 型 的 管 道 。 为 了 防 止 对 地 下 管 道 正 常 运 行 带 来 负 面 影 响 ， 设 计 人 员 需 要 强 化 对 沉 井 结 构 选 择 与 下 沉 参 数 的 控 制 ， 让 施 工
偏 差 被 控 制 在 科 学 的 范 围 内 ， 使 顶 管 施 工 作 业 的 精 准 性 有 所 保 障 。 而 在 降 水 天 气 较 多 的 施 工 现 场 内 ， 设 计 人 员 则 要 重 点 分 析 与 研
究 力 学 参 数 ， 对 于 施 工 作 业 中 更 容 易 发 生 的 土 体 形 变 等 问 题 综 合 考 虑 ， 结 合 当 前 现 有 的 材 料 ， 制 定 出 更 加 完 备 的 安 全 防 护 方 案 ，
从 根 本 上 提 高 顶 管 工 程 施 工 的 安 全 等 级 [ 6 ]。
3.2 重视原始信息收集
维 持 市 政 结 构 顶 管 工 程 沉 井 结 构 施 工 品 质 的 前 提 在 于 设 计 环 节 ， 而 沉 井 设 计 的 关 键 则 在 于 前 期 准 备 工 作 的 落 实 ， 需 要 设 计 人
员 更 加 重 视 前 期 原 始 信 息 相 关 资 料 的 收 集 。 比 如 在 设 计 工 作 初 期 ， 设 计 人 员 要 侧 重 于 收 集 土 体 密 度 、 管 壁 内 外 直 径 、 抗 屈 服 强 度
等 参 数 ， 而 在 施 工 阶 段 ， 则 要 进 一 步 收 集 降 水 量 、 地 基 位 移 量 等 动 态 化 数 据 ， 能 够 为 沉 井 结 构 设 计 提 供 精 确 、 可 信 度 较 高 的 数 据
信 息 支 持 。 较 为 常 用 的 方 法 是 引 入 具 有 现 代 科 技 色 彩 的 信 息 化 管 理 技 术 ， 通 过 数 据 库 的 建 立 ， 将 大 量 原 始 数 据 即 时 传 输 至 数 据 库
中 和 进 行 保 存 ， 在 今 后 可 以 为 沉 井 结 构 设 计 各 项 工 作 的 开 展 提 供 宝 贵 的 信 息 支 持 和 经 验 参 考 。 在 顶 管 工 程 施 工 作 业 中 ， 工 程 单 位
2023.12 | 9
建筑设计
同 样 要 做 好 对 施 工 全 生 命 周 期 内 每 个 环 节 产 生 信 息 的 实 时 收 集 与 整 合 ， 利 用 专 业 化 的 工 程 、 统 计 相 关 软 件 ， 对 数 据 信 息 加 以 精 细
化 分 析 和 处 理 ， 同 步 开 展 对 现 有 技 术 方 案 可 行 性 的 评 价 ， 在 维 持 信 息 真 实 性 、 准 确 度 的 基 础 上 ， 为 施 工 方 案 、 技 术 工 艺 等 的 设 计
和 决 策 提 供 支 撑 ， 还 具 有 科 学 弥 补 不 足 之 处 的 功 效 ， 让 施 工 方 案 具 备 更 强 的 可 行 性 ， 有 利 于 提 升 顶 管 工 程 沉 井 结 构 的 设 计 品 质 。
3.3 关注力学结构设计
在 顶 管 工 程 施 工 作 业 之 前 ， 设 计 人 员 应 当 事 先 对 沉 井 结 构 进 行 科 学 的 力 学 结 构 分 析 ， 重 点 判 断 周 围 土 体 的 情 况 对 沉 井 井 壁 压
力 、 自 重 、 下 沉 摩 擦 力 对 顶 管 施 工 带 来 的 影 响 ， 同 时 要 对 沉 井 结 构 的 顶 进 力 强 化 分 析 ， 再 对 其 他 影 响 因 素 展 开 剖 析 工 作 。 若 在 施
工 中 发 现 施 工 位 置 存 在 土 体 、 受 压 不 均 匀 的 问 题 ， 则 要 按 照 顶 管 工 程 的 具 体 要 求 ， 使 沉 井 结 构 的 设 计 方 案 得 到 健 全 和 完 善 ， 对 沉
井 的 受 力 性 能 做 出 正 确 的 评 价 。 由 于 沉 井 结 构 设 计 是 一 项 较 为 复 杂 的 工 作 ， 在 力 学 结 构 优 化 设 计 中 ， 设 计 人 员 可 以 考 虑 加 入 信 息
技 术 ， 创 建 出 满 足 施 工 环 境 要 求 、 作 业 需 要 的 三 维 立 体 模 型 ， 为 后 续 其 他 工 作 提 供 可 靠 的 基 础 性 支 持 。 比 如 ， 在 分 析 土 体 扰 动 工
作 进 行 之 时 ， 设 计 人 员 可 借 助 B I M 技 术 的 力 量 ， 在 B I M 软 件 中 输 入 各 种 参 数 和 信 息 后 ， 完 成 模 型 建 立 的 工 作 ， 使 模 型 更 加 贴 近 顶
管 工 程 的 实 际 情 况 ， 同 时 认 真 分 析 沉 井 结 构 设 计 方 案 的 实 施 可 行 性 。 尤 其 针 对 静 态 模 拟 情 况 下 获 得 难 度 较 高 的 模 型 ， 设 计 人 员 可
开 展 动 态 模 拟 分 析 工 作 ， 及 时 调 整 相 关 参 数 ， 重 点 思 考 顶 管 作 业 参 数 发 生 变 动 时 同 设 计 需 求 的 适 应 性 。 只 有 在 提 高 沉 井 结 构 设 计
规 范 性 ， 加 强 对 参 数 控 制 和 健 全 沉 井 结 构 方 案 设 计 工 作 的 基 础 上 ， 才 能 为 后 期 顶 管 工 程 施 工 作 业 的 进 行 提 供 保 障 。
3.4 考虑开挖施工情况
开 挖 施 工 是 市 政 结 构 顶 管 工 程 中 容 易 涉 及 的 施 工 作 业 类 型 ， 而 人 工 开 挖 作 业 更 容 易 受 到 施 工 现 场 地 质 情 况 ， 以 及 挖 井 深 度 等
方 面 的 直 接 影 响 。 因 人 工 顶 管 施 工 作 业 需 要 消 耗 较 多 人 力 资 源 的 缘 故 ， 施 工 人 员 在 对 沉 井 结 构 进 行 管 道 顶 进 操 作 之 时 ， 便 要 结 合
实 际 情 况 展 开 纠 偏 处 理 工 作 。为 了 确 保 人 工 开 挖 施 工 作 业 能 够 顺 利 完 成 ，在 编 制 沉 井 结 构 施 工 方 案 阶 段 ，设 计 人 员 便 要 认 真 理 顺 、
分 析 沉 井 结 构 部 分 的 施 工 流 程 、 时 间 安 排 、 使 用 条 件 等 ， 让 沉 井 下 沉 施 工 作 业 完 成 后 ， 使 预 留 的 顶 管 洞 口 可 以 处 于 管 道 的 设 计 标
高 位 置 ， 在 顶 管 直 径 较 大 的 情 况 下 ， 还 要 适 当 在 井 下 结 构 中 增 设 内 衬 ， 具 有 提 升 沉 井 结 构 井 壁 支 撑 性 能 的 效 果 。
结语
沉 井 设 计 工 作 的 优 化 对 于 市 政 结 构 顶 管 工 程 施 工 作 业 的 有 序 开 展 具 有 现 实 意 义 。 因 此 ， 工 程 单 位 和 设 计 人 员 要 继 续 加 强 对 沉
井 设 计 的 研 究 ， 通 过 精 准 把 握 精 度 控 制 、 壁 厚 设 计 、 强 度 设 计 、 井 顶 标 高 设 计 、 刃 脚 设 计 、 平 面 尺 寸 设 计 、 竖 向 抗 拉 设 计 等 的 设
计 要 点 ， 以 及 遵 守 因 地 制 宜 原 则 、 重 视 原 始 信 息 收 集 、 关 注 力 学 结 构 设 计 、 考 虑 开 挖 施 工 情 况 等 手 段 的 应 用 ， 带 动 我 国 市 政 工 程
事 业 的 可 持 续 发 展 。
参考文献
[1] 孙磊 , 孙凯 , 李兆吉 , 庞应科 , 司达非 , 王晓鹏 . 湿陷性黄土地区大型圆形沉井及顶管施工对周围环境的影响 [J]. 施工技术 ,[ 2023,52(4):19-23,43.
[2] 徐杰 . 吹填人工岛硬土层中超深沉井施工关键技术 [J]. 山西建筑 ,2021,47(12):77-79.
[3] 王崇 . 沉井技术施工要点以及常见问题的处理 [J]. 工程机械与维修 ,2022(5):240-242.
[4] 卫少君 . 复杂地层变压管深沉井施工技术应用 [J]. 安徽建筑 ,2022,29(8):33-34.
[5] 高振中 . 特定条件下优化沉井施工中的部分工作分析 [J]. 安徽建筑 ,2022,29(1):131,154.
[6] 罗婷尹 . 深厚粉细砂层沉井综合助沉施工技术的研究与应用 [J]. 建筑施工 ,2021,43(7):1343-1345,1356
没有PDF文件供下载
频率较高。顶管工程属于具有诸多优势项目，而沉井设计则是顶管工程中的一项关键环节，为了切实提高顶管工程的整体质量，要从优化设计的
角度出发，为后续施工作业的进行奠定基础。本文围绕市政工程结构的实际情况，概述了顶管工程沉井结构，阐述了顶管工程沉井结构的七方面
设计要点，提出了四条顶管工程沉井结构设计的优化措施。
关键词： 市政结构；顶管工程；沉井结构；设计要点；优化措施
引言
在 城 市 现 代 化 发 展 的 环 境 中 ， 各 类 市 政 基 础 工 程 的 规 模 和 数 量 逐 年 递 增 ， 使 市 政 工 程 建 设 的 水 平 受 到 了 各 个 行 业 领 域 的 广 泛
关 注 。 为 了 防 止 对 地 面 交 通 情 况 带 来 负 面 影 响 ， 顶 管 工 程 模 式 应 运 而 生 ， 而 促 进 顶 管 工 程 顺 利 竣 工 的 保 障 ， 则 在 于 沉 井 结 构 设 计
工 作 的 开 展 。 因 此 ， 工 程 单 位 要 密 切 关 注 沉 井 结 构 设 计 ， 按 照 市 政 工 程 所 在 地 区 的 实 际 情 况 ， 选 择 相 应 的 结 构 形 式 ， 完 成 沉 井 科
学 设 计 的 任 务 。
1 市政结构顶管工程沉井结构的概述
市 政 基 础 设 施 工 程 建 设 的 最 终 归 宿 在 于 满 足 城 市 现 代 化 运 营 与 发 展 的 现 实 需 要 ， 若 想 真 正 发 挥 出 城 市 的 多 重 功 能 ， 相 关 部 门
便 要 加 大 对 管 道 敷 设 工 程 的 重 视 力 度 ， 提 高 管 道 敷 设 施 工 的 合 理 性 。 顶 管 井 本 身 便 是 一 类 具 有 临 时 性 的 设 施 ， 应 用 优 势 在 于 成 本
投 入 较 低 、 施 工 周 期 较 短 、 噪 音 量 较 小 等 ， 使 顶 管 井 在 市 政 工 程 项 目 中 的 应 用 频 率 较 高 。 而 沉 井 则 是 市 政 工 程 中 较 为 常 见 的 顶 管
井 结 构 种 类 ， 沉 井 结 构 具 有 一 定 的 深 度 与 刚 度 ， 但 容 易 伴 随 深 度 的 增 加 ， 发 生 井 壁 厚 大 的 问 题 ， 若 未 能 加 强 对 该 问 题 的 解 决 ， 将
容 易 对 市 政 结 构 顶 管 工 程 品 质 产 生 不 良 影 响 。 设 计 人 员 要 对 市 政 结 构 顶 管 工 程 的 现 实 状 况 加 以 了 解 和 掌 握 ， 尤 其 是 综 合 分 析 市 政
工 程 所 在 位 置 地 形 、 地 质 、 地 下 水 情 况 ， 根 据 所 得 的 各 项 数 据 信 息 ， 严 格 按 照 行 业 规 范 和 标 准 ， 采 取 科 学 的 施 工 方 案 ， 展 开 沉 井
结 构 的 设 计 工 作 。 若 沉 井 结 构 深 度 设 计 过 大 ， 可 以 在 内 设 置 隔 墙 、 支 撑 等 ， 让 构 件 厚 度 适 当 减 小 ， 若 井 筒 下 沉 区 域 超 过 了 预 期 的
设 计 标 高 ， 则 要 着 手 和 强 化 对 沉 井 结 构 下 沉 速 度 的 管 控 ， 利 用 注 浆 法 降 低 阻 力 ， 使 沉 井 结 构 标 高 同 设 计 标 高 的 误 差 处 于 可 控 的 范
围 内 ， 确 保 对 沉 井 结 构 设 计 达 到 高 效 完 善 的 目 的 ， 为 市 政 工 程 项 目 的 顺 利 竣 工 夯 实 根 基 [ 1 ]。
2 市政结构顶管工程沉井结构的设计要点
2.1 精度控制
在 市 政 结 构 顶 管 工 程 沉 井 结 构 设 计 工 作 开 展 中 ， 设 计 人 员 的 首 要 任 务 便 是 完 成 精 度 控 制 的 任 务 ， 以 沉 井 结 构 加 工 制 作 、 下 沉
处 理 等 方 面 为 切 入 点 ， 实 现 优 化 设 计 的 目 标 。 在 精 度 控 制 工 作 实 践 中 ， 设 计 人 员 需 要 将 最 终 沉 井 尺 寸 同 标 准 尺 寸 之 间 的 偏 差 控 制
在 2 c m 以 内 ， 沉 井 结 构 壁 厚 的 偏 差 控 制 范 围 则 为 0 . 5 ~ 0 . 8 c m ， 保 证 沉 井 结 构 保 护 层 的 偏 差 为 5 m m 以 内 ， 而 设 计 的 防 护 层 同 已
经 建 成 的 防 护 层 之 间 偏 差 则 不 得 超 过 5 m m 。 在 下 沉 精 度 控 制 方 面 ， 沉 降 后 的 位 移 同 沉 井 深 度 间 的 比 值 不 得 超 过 1 % ， 还 需 要 在 沉 井
下 沉 中 ， 始 终 留 意 监 测 沉 井 的 实 时 标 高 ， 让 下 沉 到 既 定 位 置 的 沉 井 刃 脚 标 高 的 偏 差 值 同 样 控 制 在 5 m m 以 内 [ 2 ]。
2.2 壁厚设计
以 往 在 市 政 结 构 顶 管 工 程 施 工 中 ， 通 常 运 用 井 壁 自 重 下 沉 的 原 理 ， 但 沉 井 壁 厚 若 未 能 达 到 相 关 规 范 ， 则 容 易 发 生 井 壁 自 重 较
轻 的 现 象 ， 导 致 刚 度 和 承 载 力 较 小 ， 沉 井 将 存 在 侧 向 水 土 压 力 作 用 下 变 形 过 大 的 可 能 性 ， 难 以 保 证 下 沉 作 业 的 高 效 完 成 ， 但 井 壁
过 厚 则 将 带 来 资 源 浪 费 的 问 题 ， 增 加 了 不 必 要 的 成 本 投 入 。 决 定 了 在 设 计 人 员 设 计 沉 井 井 壁 之 时 ， 应 该 考 虑 到 沉 降 量 、 稳 定 下 降
需 求 、 抗 浮 性 能 等 。 其 中 ， 沉 降 量 是 指 沉 井 可 以 克 服 摩 擦 、 下 沉 至 正 常 位 置 的 量 ； 稳 定 下 降 需 求 是 指 在 沉 降 因 子 可 控 范 围 内 ， 不
发 生 突 然 下 降 或 下 降 无 法 进 行 的 需 求 情 况 ； 抗 浮 性 能 则 是 在 受 到 水 资 源 影 响 的 条 件 下 ， 沉 井 内 的 井 壁 能 够 凭 借 自 身 重 量 维 持 位 置
的 稳 定 性 能 。 下 沉 要 求 属 于 沉 井 结 构 设 计 要 求 的 重 点 ， 沉 井 的 重 量 和 沉 井 下 沉 时 的 动 力 承 载 力 之 差 同 沉 井 下 沉 时 平 均 阻 力 的 比 ，
即 为 下 沉 系 数 。 沉 井 下 沉 系 数 通 常 要 控 制 在 标 准 范 围 0 . 8 ~ 0 . 9 以 内 ， 同 时 对 沉 井 结 构 的 水 位 情 况 严 格 监 测 ， 在 水 位 相 对 较 高 的 状
态 下 ， 设 计 人 员 要 将 沉 井 井 体 抗 浮 系 数 控 制 在 1 附 近 。 下 沉 系 数 过 小 则 说 明 工 作 能 效 较 低 ， 下 沉 系 数 过 大 则 说 明 土 壤 环 境 不 佳 ，
对 于 浮 力 的 要 求 较 低 ， 更 容 易 引 发 快 速 沉 降 的 问 题 。 为 了 在 地 下 水 位 较 为 理 想 的 状 态 下 进 行 取 土 操 作 ， 设 计 人 员 应 该 计 算 和 把 握
沉 井 结 构 的 下 沉 与 稳 定 系 数 ， 以 此 为 根 据 ， 分 析 沉 井 结 构 的 壁 厚 、 刃 脚 尺 寸 设 计 等 能 够 契 合 于 顶 管 工 程 的 各 项 要 求 [ 3 ]。
2.3 强度设计
强 度 设 计 工 作 开 展 的 核 心 ， 在 于 把 握 持 续 施 工 作 业 与 机 械 扰 动 造 成 的 影 响 ， 使 应 用 的 技 术 措 施 具 有 提 高 设 计 可 行 性 的 作 用 ，
用 于 保 证 井 内 外 部 土 体 的 外 力 对 于 顶 管 工 程 沉 井 施 工 作 业 产 生 较 小 的 负 面 影 响 ， 对 周 围 土 体 和 组 织 带 来 的 破 坏 同 样 较 小 。 强 度 设
计 中 要 求 设 计 人 员 考 虑 到 三 个 方 面 ， 即 纵 向 力 、 环 向 力 、 底 板 力 。 环 向 力 属 于 设 计 的 重 点 内 容 。 沉 井 结 构 施 工 中 常 用 材 料 为 钢 筋
混 凝 土 ， 在 沉 井 结 构 规 模 较 小 的 情 况 下 ， 可 以 使 用 钢 管 或 预 制 混 凝 土 管 ， 应 用 沉 井 结 构 时 ， 当 受 到 外 界 荷 载 的 影 响 后 ， 截 面 位 置
容 易 出 现 受 压 不 均 匀 的 现 象 ， 原 因 在 于 沉 井 结 构 的 直 径 较 大 ， 更 容 易 受 到 地 质 、 地 形 等 客 观 条 件 的 影 响 。 一 旦 沉 井 结 构 下 沉 处 理
时 发 生 施 工 人 员 失 误 操 作 或 其 他 客 观 问 题 ， 便 可 能 造 成 沉 井 结 构 的 下 沉 、 倾 斜 等 现 象 ， 倾 斜 后 的 沉 井 可 在 两 侧 形 成 被 动 、 主 动 土
压 力 ， 致 使 沉 井 两 侧 受 力 不 均 ， 在 倾 斜 角 度 增 加 的 条 件 下 ， 土 压 力 的 差 值 将 随 之 上 升 。 设 计 人 员 应 该 在 工 作 实 践 中 ， 结 合 实 际 情
市政结构顶管工程沉井结构设计研究
闫辉峰 张 琳 / 中水北方勘测设计研究有限责任公司 天津 300200
摘 要： 市政工程建设中通常要按照差异性的功能需要设置不同管线，但由于我国城市环境情况较为复杂，在管线施工作业中应用非开挖技术的
频率较高。顶管工程属于具有诸多优势项目，而沉井设计则是顶管工程中的一项关键环节，为了切实提高顶管工程的整体质量，要从优化设计的
角度出发，为后续施工作业的进行奠定基础。本文围绕市政工程结构的实际情况，概述了顶管工程沉井结构，阐述了顶管工程沉井结构的七方面
设计要点，提出了四条顶管工程沉井结构设计的优化措施。
关键词： 市政结构；顶管工程；沉井结构；设计要点；优化措施
8 | CHINA HOUSING FACILITIES
建筑设计
况 确 定 和 优 化 沉 井 结 构 的 环 向 力 计 算 公 式 。 按 照 市 政 工 程 规 范 标 准 ， 设 计 人 员 对 于 封 闭 环 形 表 面 展 开 应 力 分 析 之 时 ， 可 采 用 降 维
方 法 ， 确 保 沉 井 井 壁 可 以 在 承 受 外 力 之 时 具 备 统 一 的 能 力 。 在 对 井 壁 剖 面 分 析 上 ， 可 获 得 相 应 的 计 算 公 式 ：
P 1 = （ 1 + 0 . 7 8 5 4 m ） n
P 2 = （ 1 + 0 . 5 m ） n
P 3 = 0 . 1 4 8 8 m · n
P 4 = - 0 . 1 3 6 6 m · n
其 中 ，P 1 至 P 4 均 为 相 同 沉 井 井 壁 断 面 位 置 上 的 轴 向 应 力 ，m 和 n 则 是 相 同 井 壁 断 面 外 侧 的 水 平 压 强 ，半 径 参 数 0 . 7 8 5 4 、0 . 5 、
0 . 1 4 8 8 、 - 0 . 1 3 6 6 均 为 固 定 的 影 响 因 子 。
在 施 工 作 业 中 ， 便 可 以 将 具 体 的 工 程 测 量 参 数 按 照 工 程 项 目 要 求 带 入 至 公 式 中 ， 经 由 配 比 分 析 得 到 强 度 计 算 结 果 ， 配 合 对 纵
向 、 底 板 应 力 的 深 入 分 析 ， 确 定 出 顶 管 沉 井 结 构 强 度 参 数 的 计 算 公 式 。 除 此 之 外 ， 考 虑 到 部 分 特 定 类 型 的 顶 管 沉 井 构 件 ， 如 圆 环
沉 井 井 壁 为 简 壳 结 构 的 供 水 管 井 ，由 于 该 类 沉 井 更 容 易 受 到 周 围 土 壤 受 压 作 用 的 影 响 ，导 致 在 沉 井 断 面 受 力 作 用 下 的 拉 应 力 较 小 。
说 明 设 计 人 员 此 时 要 顾 及 砖 砌 体 结 构 、 素 水 泥 构 造 具 备 的 优 良 承 压 性 能 ， 在 顶 管 设 计 中 若 圆 环 沉 井 的 使 用 规 模 较 小 的 情 况 下 ， 便
可 以 投 用 砖 砌 体 结 构 或 素 水 泥 圆 环 的 沉 井 结 构 。
2.4 井顶标高设计
井 顶 标 高 设 计 工 作 的 开 展 ， 应 当 结 合 市 政 结 构 顶 管 工 程 的 实 地 勘 察 数 据 资 料 ， 以 及 施 工 质 量 要 求 和 多 种 影 响 因 素 ， 确 保 沉 井
结 构 设 计 与 后 期 施 工 作 业 的 稳 定 性 、 安 全 性 。 在 井 顶 标 高 设 计 上 ， 设 计 人 员 通 常 要 让 井 顶 标 高 超 过 顶 管 工 程 施 工 现 场 的 周 围 水 位
至 少 5 0 c m ， 目 的 在 于 避 免 雨 季 来 临 之 时 ， 大 量 降 水 汇 聚 为 积 水 流 入 至 沉 井 中 ， 以 及 沉 井 结 构 在 终 沉 环 节 中 渗 入 地 下 水 。 在 设 计
井 顶 标 高 之 前 ， 应 当 做 到 深 入 施 工 现 场 ， 对 地 质 和 地 下 水 文 等 信 息 加 以 重 点 掌 握 ， 按 照 了 解 的 各 项 信 息 ， 对 于 地 面 和 沉 井 井 顶 间
的 距 离 进 行 科 学 规 划 ， 保 证 距 离 维 持 在 大 约 3 0 c m 。 设 计 人 员 还 要 按 照 沉 井 周 围 土 体 的 侧 向 摩 擦 阻 力 ， 计 算 出 沉 井 的 下 沉 系 数 ，
在 下 沉 系 数 较 小 、 沉 井 下 沉 难 度 较 大 的 情 况 下 ， 可 选 择 阶 梯 式 井 壁 模 式 ， 或 运 用 空 气 幕 、 触 变 泥 浆 减 阻 等 方 法 辅 助 下 沉 作 业 。 待
到 沉 井 下 沉 至 设 计 标 高 位 置 后 ，此 时 便 可 以 开 展 封 底 作 业 ，而 封 底 混 凝 土 的 厚 度 在 计 算 上 ，要 求 设 计 人 员 参 考 基 底 净 反 力 的 参 数 ，
满 足 板 跨 内 最 大 抗 剪 、 弯 矩 、 冲 切 等 的 要 求 。 在 优 化 设 计 沉 井 结 构 标 高 中 ， 设 计 人 员 还 应 该 顾 及 差 异 性 型 号 沉 井 结 构 的 强 度 、 抗
冲 刷 能 力 等 ， 尽 可 能 选 择 抗 滑 移 能 力 、 抗 倾 覆 能 力 较 强 的 沉 井 结 构 ， 使 沉 井 结 构 排 水 下 沉 施 工 作 业 得 到 充 分 的 安 全 保 障 [ 4 ]。
2.5 刃脚设计
在 刃 脚 踏 面 标 高 设 计 环 节 中 ， 设 计 人 员 应 当 参 考 计 算 公 式 与 标 准 规 范 ， 完 成 沉 井 结 构 抗 冲 刷 强 度 的 计 算 ， 按 照 计 算 结 果 设 计
刃 脚 踏 面 标 高 ， 同 时 明 确 沉 井 结 构 其 他 位 置 的 尺 寸 ， 掌 握 抗 倾 覆 性 等 ， 用 于 维 持 刃 脚 踏 面 标 高 值 预 估 的 可 靠 性 。 考 虑 到 沉 井 结 构
的 刃 脚 竖 向 弯 曲 受 力 、 地 基 承 载 力 的 实 际 情 况 ， 结 合 沉 井 结 构 封 底 厚 度 、 刃 脚 尺 寸 ， 确 定 出 刃 脚 的 厚 度 和 配 筋 的 抗 弯 能 力 系 数 ，
使 刃 脚 压 力 始 终 小 于 地 基 承 载 力 的 特 征 值 。 按 照 国 标 将 刃 脚 踏 面 标 高 控 制 在 可 控 范 围 内 之 后 ， 则 要 适 当 预 留 出 一 定 的 误 差 空 间 ，
便 于 在 后 期 施 工 作 业 中 能 够 根 据 顶 管 工 程 适 当 调 整 标 高 值 ， 让 沉 井 结 构 的 使 用 与 安 全 性 能 均 符 合 规 定 标 准 的 要 求 [ 5 ]。
2.6 平面尺寸设计
平 面 尺 寸 设 计 属 于 市 政 结 构 顶 管 工 程 沉 井 结 构 设 计 工 作 中 的 重 要 组 成 ， 该 项 设 计 的 品 质 与 沉 井 结 构 抗 压 性 能 的 发 挥 ， 以 及 顶
管 工 程 整 体 品 质 密 切 相 关 。 为 此 ， 设 计 人 员 要 做 到 合 理 管 控 沉 井 结 构 的 下 沉 深 度 与 水 平 位 移 ， 让 下 沉 深 度 始 终 低 于 1 0 m ， 而 水 平
位 移 则 要 控 制 在 1 0 c m 以 内 。 沉 井 结 构 的 下 沉 深 度 必 须 要 超 过 水 平 位 移 值 ， 通 常 要 高 出 大 约 1 % ， 有 利 于 提 高 沉 井 结 构 的 平 稳 性
和 安 全 性 。
2.7 竖向抗拉设计
当 市 政 结 构 顶 管 工 程 施 工 区 域 内 的 土 层 中 存 在 较 多 软 土 ， 且 沉 井 结 构 的 下 沉 系 数 超 过 1 . 5 时 ， 设 计 人 员 可 以 不 必 开 展 竖 向 抗
拉 设 计 工 作 。 但 在 顶 管 工 程 施 工 区 域 土 质 优 良 ， 侧 向 摩 擦 阻 力 较 大 、 下 沉 系 数 较 小 的 情 况 下 ， 由 于 沉 井 下 沉 中 容 易 发 生 被 土 层 卡
住 而 造 成 沉 井 刃 脚 位 于 悬 空 状 态 的 问 题 ， 井 壁 此 时 将 存 在 较 大 数 值 的 竖 向 拉 力 。 设 计 人 员 的 任 务 则 在 于 提 前 预 测 和 判 断 施 工 作 业
中 最 不 利 情 况 的 发 生 ， 完 成 沉 井 结 构 竖 向 抗 拉 参 数 的 计 算 ， 实 现 竖 向 抗 拉 优 化 设 计 的 目 标 。
3 市政结构顶管工程沉井结构设计的优化措施
3.1 遵守因地制宜原则
水 文 、 地 质 等 均 为 影 响 市 政 结 构 顶 管 工 程 品 质 的 关 键 因 素 ， 原 因 在 于 我 国 国 土 广 阔 ， 不 同 地 区 的 环 境 、 地 下 结 构 和 水 位 等 差
异 较 为 显 著 。在 顶 管 工 程 施 工 现 场 环 境 较 为 复 杂 、恶 劣 的 情 况 下 ，设 计 人 员 除 了 要 对 沉 井 结 构 设 计 参 数 予 以 精 确 计 算 和 管 控 以 外 ，
还 要 做 到 按 照 获 得 的 勘 测 数 据 和 信 息 以 及 设 计 图 纸 、 施 工 方 案 等 资 料 ， 综 合 考 虑 各 种 影 响 因 素 。 比 如 ， 在 城 市 市 区 内 实 施 顶 管 工
程 项 目 时 ，在 设 计 沉 井 结 构 中 便 要 加 大 力 度 监 测 地 下 管 道 的 路 线 分 布 和 敷 设 情 况 ，尤 其 是 管 线 分 布 较 为 复 杂 和 密 集 的 供 水 、供 气 、
供 暖 等 类 型 的 管 道 。 为 了 防 止 对 地 下 管 道 正 常 运 行 带 来 负 面 影 响 ， 设 计 人 员 需 要 强 化 对 沉 井 结 构 选 择 与 下 沉 参 数 的 控 制 ， 让 施 工
偏 差 被 控 制 在 科 学 的 范 围 内 ， 使 顶 管 施 工 作 业 的 精 准 性 有 所 保 障 。 而 在 降 水 天 气 较 多 的 施 工 现 场 内 ， 设 计 人 员 则 要 重 点 分 析 与 研
究 力 学 参 数 ， 对 于 施 工 作 业 中 更 容 易 发 生 的 土 体 形 变 等 问 题 综 合 考 虑 ， 结 合 当 前 现 有 的 材 料 ， 制 定 出 更 加 完 备 的 安 全 防 护 方 案 ，
从 根 本 上 提 高 顶 管 工 程 施 工 的 安 全 等 级 [ 6 ]。
3.2 重视原始信息收集
维 持 市 政 结 构 顶 管 工 程 沉 井 结 构 施 工 品 质 的 前 提 在 于 设 计 环 节 ， 而 沉 井 设 计 的 关 键 则 在 于 前 期 准 备 工 作 的 落 实 ， 需 要 设 计 人
员 更 加 重 视 前 期 原 始 信 息 相 关 资 料 的 收 集 。 比 如 在 设 计 工 作 初 期 ， 设 计 人 员 要 侧 重 于 收 集 土 体 密 度 、 管 壁 内 外 直 径 、 抗 屈 服 强 度
等 参 数 ， 而 在 施 工 阶 段 ， 则 要 进 一 步 收 集 降 水 量 、 地 基 位 移 量 等 动 态 化 数 据 ， 能 够 为 沉 井 结 构 设 计 提 供 精 确 、 可 信 度 较 高 的 数 据
信 息 支 持 。 较 为 常 用 的 方 法 是 引 入 具 有 现 代 科 技 色 彩 的 信 息 化 管 理 技 术 ， 通 过 数 据 库 的 建 立 ， 将 大 量 原 始 数 据 即 时 传 输 至 数 据 库
中 和 进 行 保 存 ， 在 今 后 可 以 为 沉 井 结 构 设 计 各 项 工 作 的 开 展 提 供 宝 贵 的 信 息 支 持 和 经 验 参 考 。 在 顶 管 工 程 施 工 作 业 中 ， 工 程 单 位
2023.12 | 9
建筑设计
同 样 要 做 好 对 施 工 全 生 命 周 期 内 每 个 环 节 产 生 信 息 的 实 时 收 集 与 整 合 ， 利 用 专 业 化 的 工 程 、 统 计 相 关 软 件 ， 对 数 据 信 息 加 以 精 细
化 分 析 和 处 理 ， 同 步 开 展 对 现 有 技 术 方 案 可 行 性 的 评 价 ， 在 维 持 信 息 真 实 性 、 准 确 度 的 基 础 上 ， 为 施 工 方 案 、 技 术 工 艺 等 的 设 计
和 决 策 提 供 支 撑 ， 还 具 有 科 学 弥 补 不 足 之 处 的 功 效 ， 让 施 工 方 案 具 备 更 强 的 可 行 性 ， 有 利 于 提 升 顶 管 工 程 沉 井 结 构 的 设 计 品 质 。
3.3 关注力学结构设计
在 顶 管 工 程 施 工 作 业 之 前 ， 设 计 人 员 应 当 事 先 对 沉 井 结 构 进 行 科 学 的 力 学 结 构 分 析 ， 重 点 判 断 周 围 土 体 的 情 况 对 沉 井 井 壁 压
力 、 自 重 、 下 沉 摩 擦 力 对 顶 管 施 工 带 来 的 影 响 ， 同 时 要 对 沉 井 结 构 的 顶 进 力 强 化 分 析 ， 再 对 其 他 影 响 因 素 展 开 剖 析 工 作 。 若 在 施
工 中 发 现 施 工 位 置 存 在 土 体 、 受 压 不 均 匀 的 问 题 ， 则 要 按 照 顶 管 工 程 的 具 体 要 求 ， 使 沉 井 结 构 的 设 计 方 案 得 到 健 全 和 完 善 ， 对 沉
井 的 受 力 性 能 做 出 正 确 的 评 价 。 由 于 沉 井 结 构 设 计 是 一 项 较 为 复 杂 的 工 作 ， 在 力 学 结 构 优 化 设 计 中 ， 设 计 人 员 可 以 考 虑 加 入 信 息
技 术 ， 创 建 出 满 足 施 工 环 境 要 求 、 作 业 需 要 的 三 维 立 体 模 型 ， 为 后 续 其 他 工 作 提 供 可 靠 的 基 础 性 支 持 。 比 如 ， 在 分 析 土 体 扰 动 工
作 进 行 之 时 ， 设 计 人 员 可 借 助 B I M 技 术 的 力 量 ， 在 B I M 软 件 中 输 入 各 种 参 数 和 信 息 后 ， 完 成 模 型 建 立 的 工 作 ， 使 模 型 更 加 贴 近 顶
管 工 程 的 实 际 情 况 ， 同 时 认 真 分 析 沉 井 结 构 设 计 方 案 的 实 施 可 行 性 。 尤 其 针 对 静 态 模 拟 情 况 下 获 得 难 度 较 高 的 模 型 ， 设 计 人 员 可
开 展 动 态 模 拟 分 析 工 作 ， 及 时 调 整 相 关 参 数 ， 重 点 思 考 顶 管 作 业 参 数 发 生 变 动 时 同 设 计 需 求 的 适 应 性 。 只 有 在 提 高 沉 井 结 构 设 计
规 范 性 ， 加 强 对 参 数 控 制 和 健 全 沉 井 结 构 方 案 设 计 工 作 的 基 础 上 ， 才 能 为 后 期 顶 管 工 程 施 工 作 业 的 进 行 提 供 保 障 。
3.4 考虑开挖施工情况
开 挖 施 工 是 市 政 结 构 顶 管 工 程 中 容 易 涉 及 的 施 工 作 业 类 型 ， 而 人 工 开 挖 作 业 更 容 易 受 到 施 工 现 场 地 质 情 况 ， 以 及 挖 井 深 度 等
方 面 的 直 接 影 响 。 因 人 工 顶 管 施 工 作 业 需 要 消 耗 较 多 人 力 资 源 的 缘 故 ， 施 工 人 员 在 对 沉 井 结 构 进 行 管 道 顶 进 操 作 之 时 ， 便 要 结 合
实 际 情 况 展 开 纠 偏 处 理 工 作 。为 了 确 保 人 工 开 挖 施 工 作 业 能 够 顺 利 完 成 ，在 编 制 沉 井 结 构 施 工 方 案 阶 段 ，设 计 人 员 便 要 认 真 理 顺 、
分 析 沉 井 结 构 部 分 的 施 工 流 程 、 时 间 安 排 、 使 用 条 件 等 ， 让 沉 井 下 沉 施 工 作 业 完 成 后 ， 使 预 留 的 顶 管 洞 口 可 以 处 于 管 道 的 设 计 标
高 位 置 ， 在 顶 管 直 径 较 大 的 情 况 下 ， 还 要 适 当 在 井 下 结 构 中 增 设 内 衬 ， 具 有 提 升 沉 井 结 构 井 壁 支 撑 性 能 的 效 果 。
结语
沉 井 设 计 工 作 的 优 化 对 于 市 政 结 构 顶 管 工 程 施 工 作 业 的 有 序 开 展 具 有 现 实 意 义 。 因 此 ， 工 程 单 位 和 设 计 人 员 要 继 续 加 强 对 沉
井 设 计 的 研 究 ， 通 过 精 准 把 握 精 度 控 制 、 壁 厚 设 计 、 强 度 设 计 、 井 顶 标 高 设 计 、 刃 脚 设 计 、 平 面 尺 寸 设 计 、 竖 向 抗 拉 设 计 等 的 设
计 要 点 ， 以 及 遵 守 因 地 制 宜 原 则 、 重 视 原 始 信 息 收 集 、 关 注 力 学 结 构 设 计 、 考 虑 开 挖 施 工 情 况 等 手 段 的 应 用 ， 带 动 我 国 市 政 工 程
事 业 的 可 持 续 发 展 。
参考文献
[1] 孙磊 , 孙凯 , 李兆吉 , 庞应科 , 司达非 , 王晓鹏 . 湿陷性黄土地区大型圆形沉井及顶管施工对周围环境的影响 [J]. 施工技术 ,[ 2023,52(4):19-23,43.
[2] 徐杰 . 吹填人工岛硬土层中超深沉井施工关键技术 [J]. 山西建筑 ,2021,47(12):77-79.
[3] 王崇 . 沉井技术施工要点以及常见问题的处理 [J]. 工程机械与维修 ,2022(5):240-242.
[4] 卫少君 . 复杂地层变压管深沉井施工技术应用 [J]. 安徽建筑 ,2022,29(8):33-34.
[5] 高振中 . 特定条件下优化沉井施工中的部分工作分析 [J]. 安徽建筑 ,2022,29(1):131,154.
[6] 罗婷尹 . 深厚粉细砂层沉井综合助沉施工技术的研究与应用 [J]. 建筑施工 ,2021,43(7):1343-1345,1356
没有PDF文件供下载
