大型顶管沉井的设计与下沉技术综述

建材发展导向２０１７年５月　设计与规划　大型顶管沉井的设计与下沉技术综述　王家勇　（武汉市给排水工程设计院有限公司　湖北省武汉市４３００００　摘要：目前我国城市市政设施不断完善，常会出现在建筑密集群下建设市政设施的情况，这就会出现较多的建筑拆迁与安全问题。　为了对上述问题安全且经济的解决，在地下设旖工程中应用沉井很有必要　本文现就对大型顶管沉井设计以及下沉技术进行分析。　关键词：大型顶管沉井；设计；下沉技术　中圈分类号：ＴＵ９９０．３　文献标识码：Ａ　文章编号：１６７２．一１６　｛２０１７｝０９—０１９１一－０１　１沉井概述　性检算，公式为Ｆ≤ｓ（Ｏ．８Ｅ１一Ｅ２），其中Ｆ为顶管力标准值，Ｅ１为沉井后　沉井是在地下构筑物或深基础施工中常用的施工工艺，先在基坑内　方被动土压力合力标准值，Ｅ２为沉井前方主动土压力合力标准值，ｓ为　或地面制作出开口的钢筋混凝土井身，在其强度达到规定时再在井身内　顶管力与土压力合力点不一致折减系数。任意两条顶管力最大值若低于　分层挖土并运出，然后挖土与土面降低，沉井井身在其自重等帮助下将　顶管力标准值，则表明稳定性满足要求，若任意三条顶管力都大于允许　其与土壁间的刃脚反力与摩阻力进行克服，不断下沉，待设计标高就位，　值，则表明顶管只能同时顶进两根。　最后再进行封底。将沉井用在深基坑施工中，不仅占地面积小，而且土方　第四是沉井下沉施工计算。主要步骤是计算沉井井壁摩阻力、检算　开挖工程量少。特别是应用顶管作业时，能够有效防止对城市交通设施　沉井下沉系数、底节与各节段的下沉系数、沉井稳定性检算等。各节段下　以及各建筑物的破坏，无论是经济性、可行性，还是工期进度方面都有保　沉系数公式为Ｋ＝（Ｇ－．Ｔ）Ｅ，其中Ｋ、Ｇ、Ｆ、Ｅ分别为下沉系数、沉井自重标　障。在市政工程中，钢筋混凝土陆地沉井最为常见，它具有独立构造形　准值、下沉时水的浮托力标准值、井壁总摩阻力标准值，下沉系数若超过　式，且由井壁、内隔墙、顶层盖板、底板与框架构成。沉井设计与施工常会　一定标准即为满足要求。同理可以检算出沉井下沉时渗流稳定性，若流　受到地下水位、周边建筑、地质条件等的影响，做好合理准确的结构受力　土稳定性安全系数不超于（２１）４０．８ｄ）ｒ／ｈｋ则表明具有稳定性，其中Ｄ、ｄ、　分析计算工作很有必要，它能充保障结构下沉稳定、顺利施工与使用安　ｒ、ｈ、ｋ的含义分别为截水帷幕地面到坑底土层厚度、承压水含水层顶面　全。　到基层底面的土层厚度、土的浮重度、基坑内外水头差、水的重度。经过　２沉井设计的结构检算与施工计算　层层检算之后，确定各节段所采用的挖法，有效避免沉井倾斜位移与下　按照顶管工程管道布置，对沉井结构尺寸进行拟定与受力检算。因　沉等危险情况。　为沉井结构尺寸大，深度较深，沉井所受外侧土压力很大，所以做好各部　３总结　位结构受力验算，确定出沉井壁厚、管道同时顶进数量以及顶进顺序很　沉井由于平面尺寸与深度都较高，在下沉时有较为复杂的受力情　有必要。　况，因此必须要具体验算沉井各结构与各阶段的尺寸，检算顶管过程中　（１）对沉井基本参数的计算。主要是沉井、封底所用混凝土的抗压参　沉井的受力情况，确定出千斤顶的顶进顺序，避免沉井被外力破坏。要针　数与抗拉参数以及配筋的抗拉压设计值。　对不同的地质条件采取适宜的下沉方式。　（２）工况组合，沉井在施工时的受力情况为自重、沉井外土压力、坑　边活载、沉井外水压力、顶管压力，沉井在使用期的受力情况为自重、沉　参考文献　并外土压力、坑边活载以及沉井外水压力。　［１】王卫忠．沉井下沉技术在泰州长江公路大桥北锚碇中的应用［Ｊ］．交通科　（３）结构检算。①要检算长边与短边壁板，要计算复核沉井结构短边　技，２Ｃ０９，０２：２１　２４．．　壁板、最大剪力、长边壁板最大弯矩。如果底部壁板最大弯矩比允许弯矩　［２】王群伟，王永卫，杜杰．大型不规则双壁沉井施工技术应用［Ｊ】．工业建　小，最大剪力比允许剪力小，短边壁板抗弯与抗剪承载力都符合受力要　筑，２０１０，０２：１１２～ｌ１５．　求，即为符合检算合格。②对沉井封底与底板的设计检算。在封底检算中　【３］杨灿文，黄民水．某大型沉井基础关键施工过程受力分析［Ｊ］．华中科技　需要考虑水下封底混凝土厚度、沉井壁板及底撑梁粘结力检算、封底混　大学学报（城市科学版），２０１０，Ｏ１：ｌ７　２１．　凝土边缘冲减计算，而底板检算需要计算出允许弯矩与水压力产生弯　［４】高鹏．大型沉井群在向家坝水电站地基处理中的应用叨．人民长江，　矩。③刃脚设计检算，需要检算刃脚向外弯曲受力、刃脚向内弯曲受力以　２０１５（Ｏ２）．　及刃脚内力。为了保障刃脚在下沉时能够保持结构稳定，避免混凝土受　力破坏，为下沉提供方便，可以在其适当范围内外包钢板。从次是沉井竖　收稿日期：２０１７．－４－．１６　向抗拉检算，即求出施工阶段井壁竖向最大拉断力、沉井截面抗拉承载　力，只要前者小于后者，则表明沉井竖向抗拉受力符合要求。④顶管力作　用下的壁板与土体稳定性检算。主要是以下五种－ａ－计算顶管总顶力时可　采用泥水平衡法，用管道外径（包括供电、供热与供水）、顶管长度、管道　外壁土体摩阻力来求出．ｂ．计算壁板上顶管总顶力等效荷载分布高度．ｃ．　壁板后的土抗力，它由供电顶管力土抗力、供热顶管力土抗力以及供水　顶管力土抗力三部分组成。ｄ．壁板结构检算，如果壁板最大弯矩小于允许　弯矩，即表明壁板在土抗力作用下符合受力要求；如果最大剪力低于壁　板斜截面抗剪力则表明短边壁板抗剪承载力满足要求．ｅ－后背土体稳定　・１９１・