楊松 李鐵軍

(中國(guó)市政工程中南設(shè)計(jì)研究總院有限公司， 湖北 武漢 430000）

在市政工程施工過(guò)程中， 沉井結(jié)構(gòu)本身埋深大，綜合性能較好， 再加上承載面積較大的特點(diǎn)， 可承受更多外力， 并可有效降低施工成本， 提高施工效率。由于城市道路的復(fù)雜性， 實(shí)際市政建設(shè)中不能采用開(kāi)挖技術(shù)。 頂管施工技術(shù)因其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)， 在實(shí)際施工過(guò)程中被廣泛采用， 而沉井作為頂管工程的工作井，在頂管工程中被廣泛采用。 本文主要通過(guò)對(duì)我國(guó)有關(guān)沉井工程設(shè)計(jì)實(shí)例的深入分析， 探討和深入研究我國(guó)市政主體結(jié)構(gòu)深水頂管建設(shè)工程深水沉井總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

1 市政結(jié)構(gòu)頂管工程中的沉井結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

在頂管施工過(guò)程中， 應(yīng)設(shè)置工作井的操作空間，以保證頂管工程的安全實(shí)施， 工作井本身就是一種臨時(shí)設(shè)施， 沉井因施工周期短、 成本低而被廣泛應(yīng)用于市政工程。 沉井是頂管工程中應(yīng)用比較廣泛的一種頂管施工井。 普通市政結(jié)構(gòu)頂管在設(shè)計(jì)過(guò)程中， 由于沉井本身要求剛度和深度較大， 因此在整體上具有整體埋設(shè)的前提下， 整體結(jié)構(gòu)埋的深， 因此很容易設(shè)計(jì)出結(jié)構(gòu)內(nèi)力過(guò)大從而增加井壁厚度的沉井。 為此， 設(shè)計(jì)人員應(yīng)根據(jù)國(guó)內(nèi)的實(shí)際情況， 根據(jù)國(guó)內(nèi)有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)。

2 市政頂管工程沉井結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

2.1 沉井的井壁壁厚設(shè)計(jì)

由于沉井在下沉作業(yè)過(guò)程中主要是根據(jù)閉合質(zhì)量的整體情況來(lái)進(jìn)行的， 如果在設(shè)計(jì)時(shí)其重量不足以滿足沉沒(méi)要求， 就會(huì)出現(xiàn)各種問(wèn)題。 所以設(shè)計(jì)者需要利用外力來(lái)增加重量， 以保證沉陷作業(yè)的正常進(jìn)行。

2.2 標(biāo)高設(shè)計(jì)

針對(duì)大型市政管道頂管排水工程井壁沉井基層結(jié)構(gòu)的實(shí)際應(yīng)用特點(diǎn)， 在長(zhǎng)期進(jìn)行頂管沉井結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)研究過(guò)程中， 也要綜合考慮各種施工要求， 從而保證沉井在整體施工過(guò)程中的安全性和穩(wěn)定性。

2.3 進(jìn)行平面尺寸的設(shè)計(jì)

平面尺寸的設(shè)計(jì)整個(gè)沉井工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)， 其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)平整水平直接關(guān)系影響整個(gè)沉井工程建設(shè)的施工效率、 可靠性和工程安全性。在大型市政建筑頂管建設(shè)工程中， 沉降井的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中還必須詳細(xì)確定每個(gè)沉井的總深度平面尺寸和最終進(jìn)水深度。

3 頂管井結(jié)構(gòu)方案

頂管井作為一種臨時(shí)性給水設(shè)施， 其整體構(gòu)造及技術(shù)應(yīng)用施工過(guò)程中會(huì)根據(jù)實(shí)際井下地質(zhì)條件情況、地下固體水位、 施工現(xiàn)場(chǎng)條件等， 有不同的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。 當(dāng)前正在工程建設(shè)下水過(guò)程中， 出現(xiàn)了許許多種類型的頂管井型。 為此， 作者特別作了一些相關(guān)研究總結(jié)， 具體內(nèi)容簡(jiǎn)述如下。

3.1 沉井結(jié)構(gòu)

在建筑施工使用過(guò)程中， 其沉井結(jié)構(gòu)整體剛度大， 整體性好。 另外， 在沉井工程施工進(jìn)水過(guò)程中，如果深水沉井主體結(jié)構(gòu)進(jìn)水深度較大， 通常需要通過(guò)內(nèi)撐來(lái)促進(jìn)收縮內(nèi)力， 從而促進(jìn)構(gòu)造厚度的減小， 促進(jìn)工程施工質(zhì)量的提高。 另外， 設(shè)計(jì)者在借助該結(jié)構(gòu)進(jìn)行相關(guān)作業(yè)時(shí)， 還需加強(qiáng)對(duì)流砂、 涌水等地質(zhì)條件的分析。

3.2 地下連續(xù)墻

地下連續(xù)墻作為一種平面墻體構(gòu)件， 在實(shí)際使用裝修過(guò)程中經(jīng)常可能會(huì)遇到出現(xiàn)室內(nèi)空間整體性差、墻體基層變形、 裂縫和墻體滲漏等各種問(wèn)題。 據(jù)此， 有關(guān)技術(shù)人員在設(shè)計(jì)使用本項(xiàng)目設(shè)計(jì)方案時(shí)， 可通過(guò)預(yù)計(jì)設(shè)定支撐平面梁或環(huán)向加勁梁或環(huán)向內(nèi)撐，以有效促進(jìn)整體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定， 促進(jìn)設(shè)計(jì)相關(guān)經(jīng)濟(jì)效益的切實(shí)取得。

3.3 排樁結(jié)構(gòu)

當(dāng)前， 施工作業(yè)隊(duì)伍在設(shè)計(jì)進(jìn)行建筑頂管排樁井面的設(shè)計(jì)排樁施工結(jié)構(gòu)作業(yè)時(shí)， 遇到頂管排樁井面不規(guī)則或頂管深度較大的特殊情況， 將應(yīng)當(dāng)優(yōu)先考慮采用頂管排樁施工結(jié)構(gòu)。 為進(jìn)一步有效推動(dòng)建筑工程質(zhì)量的不斷提高及工程相關(guān)經(jīng)濟(jì)效益的得到實(shí)現(xiàn)， 施工工程設(shè)計(jì)管理人員還必需及時(shí)加強(qiáng)對(duì)旋轉(zhuǎn)吊噴、 擺動(dòng)浮噴等各種止?jié)B排水保護(hù)設(shè)施的合理設(shè)置， 有效率地避免因工程存在大量地下水而可能產(chǎn)生的重大施工安全問(wèn)題。

3.4 鋼板樁設(shè)計(jì)

由于其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高、 施工快、 成本低等幾大特點(diǎn)， 在水下工程建設(shè)設(shè)計(jì)過(guò)程中已經(jīng)得到了廣泛的實(shí)際應(yīng)用， 但這種凝土結(jié)構(gòu)的施工設(shè)計(jì)在實(shí)際應(yīng)用建設(shè)過(guò)程中會(huì)同時(shí)受到水下地質(zhì)氣候條件和地下河流水位等多種因素的嚴(yán)重影響。 針對(duì)這一實(shí)際情況， 施工作業(yè)隊(duì)伍在需要借助這項(xiàng)專業(yè)技術(shù)設(shè)備進(jìn)行建筑相關(guān)施工作業(yè)時(shí)， 經(jīng)常都會(huì)需要將高層鋼板下水打進(jìn)水層，以有效防止鋼板低下水對(duì)建筑工程運(yùn)行質(zhì)量的直接影響。 另外， 在企業(yè)借助該排水結(jié)構(gòu)設(shè)施進(jìn)行地下相關(guān)維護(hù)操作的施工過(guò)程中， 若不能有效避免大量地下水的進(jìn)入施工污染環(huán)境， 有關(guān)專業(yè)技術(shù)人員還可能需及時(shí)加強(qiáng)對(duì)地下泄水閥等設(shè)施的維護(hù)安裝， 以防止出現(xiàn)此問(wèn)題。

4 沉井主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

工程是根據(jù)某沉井工程建設(shè)重點(diǎn)區(qū)的實(shí)際施工情況， 技術(shù)人員設(shè)計(jì)采用市政沉井主體結(jié)構(gòu)頂管進(jìn)行基層市政沉井結(jié)構(gòu)頂管設(shè)計(jì)施工。 就是鋼沉井在實(shí)際工程施工工藝過(guò)程設(shè)計(jì)中的主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)， 作者作了相關(guān)總結(jié)， 具體內(nèi)容如下。

4.1 沉井壁厚的設(shè)計(jì)

一般而言， 在設(shè)計(jì)進(jìn)行沉井壁厚度的設(shè)計(jì)時(shí)， 施工人員往往需要根據(jù)沉井工程建設(shè)的主體沉陷結(jié)構(gòu)狀況、 抗?jié)B抗蝕性能提高要求、 抗浮性能要求等多種因素， 合理抉擇選用。 為此， 筆者對(duì)其進(jìn)行了以下相關(guān)問(wèn)題分析， 具體內(nèi)容概述如下： 首先考慮沉井需要的裝卸過(guò)程， 一般來(lái)說(shuō)是通過(guò)借助裝卸沉井自身的巨大重量力來(lái)實(shí)施沉井下沉裝卸作業(yè)。 但在實(shí)際沉井施工中， 管網(wǎng)沉井仍然存在著井體重量支撐不足的嚴(yán)重問(wèn)題。 因此這就需要建筑設(shè)計(jì)師及時(shí)借助各種外力作用來(lái)進(jìn)行加重， 從而有效促進(jìn)墻體沉陷處理作業(yè)的有效順利開(kāi)展。

4.2 沉井施工的方法

沉井場(chǎng)地施工綜合作業(yè)中， 施工人員經(jīng)常認(rèn)為需要根據(jù)沉井工程實(shí)際使用情況， 對(duì)不同工程沉井場(chǎng)地的自然水文、 地質(zhì)條件情況對(duì)其進(jìn)行各種綜合優(yōu)化分析， 從而可以實(shí)現(xiàn)對(duì)不同沉井場(chǎng)地施工作業(yè)方法的綜合優(yōu)化進(jìn)行選擇。 現(xiàn)在， 沉井工程施工最常用的沉井方法主要有兩種， 即排水式的沉井法和不銹鋼排水式的沉井施工法。 通常， 水下混凝排水層預(yù)沉法主要是被應(yīng)用于一種滲水量較小、 性質(zhì)性能比較穩(wěn)定的硬質(zhì)粘性混凝土或用于滲水下降速度較快的硬質(zhì)砂礫性土層中。 在實(shí)際工程應(yīng)用施工過(guò)程中， 排水沉法又因?yàn)榭筛鶕?jù)實(shí)際工程施工使用情況， 可分為水中自動(dòng)和采用直沖排水下沉兩種。 一般而言， 在建筑沉井朝向下沉施工作業(yè)中， 施工人員經(jīng)常按照要求開(kāi)挖30 ～40cm的圓形土方， 從整個(gè)沉井中間向四周對(duì)稱方向取土， 使整個(gè)沉井均勻地朝向下沉。 另外， 挖出的混凝土方一定要及時(shí)堆放在距離沉井10m遠(yuǎn)處， 減少沉井外界對(duì)高層沉井混凝土層的侵蝕壓力， 促進(jìn)沉井工程施工提高質(zhì)量。

頂管工程中， 沉井原理主要是根據(jù)沉井本身的重量來(lái)實(shí)現(xiàn)沉井， 所以在設(shè)計(jì)中， 如果井壁太厚， 沉井的自重就會(huì)過(guò)輕， 不可能單靠沉井本身的重量， 必須完成所有的下沉操作， 如果井壁太厚， 那么在保證其自身重量的同時(shí)， 施工成本也會(huì)上升， 所以在施工過(guò)程中， 如果井壁太厚， 就無(wú)法只靠自身的重量來(lái)完成下沉作業(yè)。 在頂式沉井工程中， 設(shè)計(jì)工作人員一般需根據(jù)頂管工程實(shí)際設(shè)計(jì)情況及時(shí)進(jìn)行整體設(shè)計(jì)， 參照周圍水文、 地質(zhì)勘查條件， 因頂管工程周圍沉井水位高度為10m， 在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)， 應(yīng)將其中沉井頂結(jié)構(gòu)標(biāo)高高度設(shè)為10.50m， 并同時(shí)參照周圍水文、 地質(zhì)勘查條件， 設(shè)計(jì)時(shí)間還應(yīng)將工程沉井頂管結(jié)構(gòu)的頂高高度設(shè)為10.50m。 鑒于前期工程中采用的方式是一種圓形沉井并排水標(biāo)高下沉施工方式， 在進(jìn)行取井施工時(shí)應(yīng)盡量保證沉井污水的安全存在， 同時(shí)圓形沉井時(shí)由于井外的一定土壤含水荷載量也會(huì)對(duì)其產(chǎn)生一定的不良影響， 工作人員將圓形沉井污水沉至工程設(shè)計(jì)的排水標(biāo)高時(shí)， 可對(duì)沉井進(jìn)行干封底處理， 使其達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求。 沉井要地面的整體標(biāo)高誤差進(jìn)行準(zhǔn)確設(shè)計(jì)，在頂管沉井工程施工中， 應(yīng)先初步確定各處的標(biāo)高，然后逐步確定其整體抗沖擊的強(qiáng)度誤差值， 使之與其它施工部位標(biāo)高相結(jié)合， 以利于確保整個(gè)沉井主體結(jié)構(gòu)構(gòu)件具有良好的整體抗應(yīng)力滑移沖擊性能和強(qiáng)的抗應(yīng)力傾覆沖擊能力， 并在沉井施工中首先確定所有必需的整體標(biāo)高誤差值， 沉井頂管結(jié)構(gòu)主體強(qiáng)度、 抗壓應(yīng)力性能等密切相關(guān)， 應(yīng)對(duì)沉井結(jié)構(gòu)頂管平面主體尺寸設(shè)計(jì)進(jìn)行綜合設(shè)計(jì)， 為實(shí)施市政主體結(jié)構(gòu)沉井頂管建設(shè)工程中的沉井主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)施工提供各種有利條件。 根據(jù)沉井相應(yīng)的技術(shù)要求， 設(shè)計(jì)操作人員在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)， 應(yīng)嚴(yán)格保證整個(gè)沉井水平結(jié)構(gòu)的基下沉陷的深度不得超過(guò)10m， 沉井水平結(jié)構(gòu)的基層水平主體位移深度不得大于100mm， 沉井的主體沉陷結(jié)構(gòu)深度一定要不得大于沉井水平結(jié)構(gòu)位移的1%。

5 結(jié)語(yǔ)

在頂管市政工程中， 沉井主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是一種臨時(shí)主體結(jié)構(gòu)， 具有設(shè)計(jì)施工方便、 成本低、 影響小等特點(diǎn)， 可為市政工程建設(shè)管理提供方便， 為了保證使頂管沉井工程中的沉井主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)能夠符合實(shí)際工程要求， 加強(qiáng)總體設(shè)計(jì)保證效果， 對(duì)頂管沉井主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行全面設(shè)計(jì)分析， 合理地設(shè)計(jì)進(jìn)行頂管沉井主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。 工業(yè)沉井主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中， 應(yīng)充分結(jié)合沉井工程實(shí)際設(shè)計(jì)情況合理確定城市沉井的主體井壁基層厚度， 對(duì)城市沉井主體結(jié)構(gòu)厚度進(jìn)行詳細(xì)的厚度計(jì)算， 確保城市沉井主體結(jié)構(gòu)厚度計(jì)算的可靠正確性， 通過(guò)有效的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可有效加強(qiáng)城市沉井主體結(jié)構(gòu)的性能穩(wěn)定性， 使城市沉井主體結(jié)構(gòu)能夠發(fā)揮有效的保護(hù)作用。