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　　頂管施工是近現(xiàn)代發(fā)展起來的一種地下管道施工方法，它不需要開挖面層并且能夠穿越公路、鐵路、河川、地面建筑物、地下構(gòu)筑物以及各種地下管線等。頂管施工就是借助頂油缸的推力，把工具管或掘進(jìn)機(jī)從工作井內(nèi)穿過土層一直推到接收井吊起的一種施工方式。因此在頂管工程中，頂管工作井和接收井是一個重要組成部分。對于管線較淺、水位較低的工程一般頂管工作井和接收井可以采用鋼板樁圍護(hù)的結(jié)構(gòu)形式，若管線埋藏較深、水位較高、頂力較大，通常采用沉井的結(jié)構(gòu)形式。沉井井身剛度大、斷面大、承載力高、抗?jié)B能力好、耐久性好、內(nèi)部空間可充分利用，同時施工場地占地面積小、出土量少、成本低，土質(zhì)適用范圍廣，周圍地層土體造成的位移小，對鄰近建筑物的影響小。本文主要就金沙湖輸水管道工程頂管工作井和接收井沉井結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法及施工時一些注意事項(xiàng)做一些簡要介紹。

 

　　本工程為某輸水管線工程，位于杭州下沙經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)，頂管穿過某河和某路頂管長約156米。頂管部分采用鋼管，管道直徑分別為DN1200，頂管工作井和接收井均位于河岸邊或公路邊較空曠處。

 

　　根據(jù)現(xiàn)場的勘察情況，地質(zhì)條件如下：①雜填土：雜色，松散，干-稍濕。主要以粉土為主，夾粒徑約1~4cm碎石及少量碎瓦礫等組成。局部孔中底部碎石含量較高。層頂標(biāo)高6.14～7.81m，厚度1.70～7.60m。

 

　　②-1粘質(zhì)粉土：灰黃色，灰色，稍密，濕。含大量云母碎屑。搖震反應(yīng)中等，刀切面粗糙，韌性及干強(qiáng)度低。局部為砂質(zhì)粉土或粉砂。局部缺失，層頂標(biāo)高3.67～5.91m，層厚0.00～2.80m。

 

　　②-2砂質(zhì)粉土：灰色，稍密~中密，很濕。含大量云母碎屑。搖震反應(yīng)迅速，刀切面粗糙，韌性及干強(qiáng)度低。局部夾粘質(zhì)粉土或粉砂。全場分布，層頂標(biāo)高-0.95～4.35m，層厚5.90～9.80m。

 

　　②-3砂質(zhì)粉土：灰色，中密，很濕。含大量云母碎屑。搖震反應(yīng)迅速，刀切面粗糙，韌性及干強(qiáng)度低。局部含粘質(zhì)粉土以及粉砂等。局部粉砂含量較高，全場分布，層頂標(biāo)高-4.89～-7.93m，層厚未揭穿。

 

　　勘察期間測得地下水位埋深在1.70～2.80m之間。

 

 

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　　在工作井及接收井的選址上應(yīng)盡量避開房屋、地下管線、架空電線等不利于施工的作業(yè)的場所。工作井內(nèi)部需布置大量設(shè)備，地面上要堆放管道、渣土運(yùn)輸、泥漿沉淀池，還要有排水管道等。工作井及接收井若離地下管線過近，在施工過程中會造成它們損壞；工作井及接收井在河道邊，若河道中的水與坑中的貫通造成水土流失，不利于結(jié)構(gòu)的安全；在架空電線下作業(yè)，容易發(fā)生觸電或停電事故。因此本工程在排除地下管線情況綜合考慮后，將工作井位置選址在某河岸邊空地處，接收井位于某路邊空地處，同時避開綠化并在規(guī)劃建筑物紅線范圍5米以外。

 

　　（二）沉井的選型

 

　　沉井的施工方法對沉井設(shè)計(jì)計(jì)算有直接關(guān)系，本工程地下主要為粉土層，且地下水位較高，井外排水進(jìn)行排水下沉?xí)r，井壁側(cè)壁摩阻力偏大，常常無法下沉至設(shè)計(jì)標(biāo)高，因此該工程采用不排水下沉，在下沉至設(shè)計(jì)標(biāo)高封底完成后，可進(jìn)行排水作業(yè)，將井內(nèi)水排空。一般小型沉井應(yīng)優(yōu)先采用圓形沉井，結(jié)構(gòu)受力性能好，下沉阻力小，對土體擾動小。根據(jù)頂管設(shè)計(jì)規(guī)程，頂管過河底時，頂管頂部應(yīng)該在規(guī)劃河堤下3倍管徑以下并不小于2.5m。聚首河規(guī)劃河底標(biāo)高為1.375米，則頂管頂部標(biāo)高定為-1.625m，管道中心標(biāo)高-2.225m?？紤]到頂管設(shè)備的尺寸及施工場所的大小，沉井內(nèi)徑定為6.3m，井壁厚度暫定450mm。底板厚度取600mm，刃腳踏面寬250mm，刃腳斜面與水平面夾角60°，刃腳高度1000mm。

 

　　1. 沉井的計(jì)算

 

　?。?）井壁厚度確定

 

　　井壁厚度主要由以下因素確定

 

　　1）下沉要求。設(shè)計(jì)中一般優(yōu)先考慮依靠井身自重克服摩擦力下沉的原則，使得下沉系數(shù)Kst≥1.05。

 

　　總摩阻力Ffk=2193.28kN，井壁自重G1k=2708.82kN，下沉過程中水浮力（不排水下沉，考慮內(nèi)外水位高差3m）Ffw，k=826.68kN，

 

　　下沉系數(shù)Kst=(G1k-Ffw，k)/Ffk=0.86≤1.05，不滿足下沉要求，需助沉。

 

　　2）下沉穩(wěn)定性要求。因下沉系數(shù)<1.05不需進(jìn)行下沉穩(wěn)定計(jì)算

 

　　3）抗浮要求。因本工程地下水位較高，沉井井身自重需滿足抗浮系數(shù)Kfw≥1.0（不計(jì)側(cè)壁阻力）的要求。

 

　　沉井使用階段自重（因井壁及底板自重不足，因此在地板上部澆注厚600mm素混凝土的配重抗?。〨沉井=4475.97kN，地下水浮力Ffw，k=4263.11kN

 

　　Kfw=G沉井/Ffw，k=1.05＞1.0滿足抗浮要求

 

　　通過對下沉系數(shù)，下沉穩(wěn)定系數(shù)和抗浮系數(shù)的驗(yàn)算，壁厚450mm滿足結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求。

 

　?。?）強(qiáng)度驗(yàn)算

 

　　根據(jù)《給水排水工程沉井設(shè)計(jì)規(guī)程》強(qiáng)度計(jì)算分為以下幾個步驟：

 

　　1） 下沉前井壁豎向彎曲計(jì)算，可參照規(guī)程公式按照深梁設(shè)計(jì)井壁上部和下部配筋

 

　　2） 刃腳計(jì)算。分刃腳根部向內(nèi)彎曲和刃腳根部向內(nèi)彎曲兩部分計(jì)算刃腳配筋

 

　　3） 井壁計(jì)算（封底前）。先取刃腳根部以上1.5倍井壁厚度一段進(jìn)行計(jì)算，然后取刃腳影響區(qū)以上單位高度井壁進(jìn)行計(jì)算，再取底面標(biāo)高為-5.730m處井壁進(jìn)行計(jì)算

 

　　4） 施工階段的井壁豎向抗拉計(jì)算

 

　　5） 底板澆筑后的井壁計(jì)算，此時按照按底板處為簡支，井上口處為自由的筒殼計(jì)算

 

　　6） 在頂管頂力作用下池壁配筋計(jì)算

 

　　7） 底板計(jì)算

 

　　具體計(jì)算本文不詳細(xì)闡述。

 

　　2. 止水帷幕設(shè)計(jì)

 

　　因本工程位于地下，沉井封底時為排水施工，井外需進(jìn)行井點(diǎn)降水，因臨近河堤和城市道路，施工時需嚴(yán)格控制沉降，故在沉井周邊打一圈旋噴樁形成止水帷幕，樁徑600mm，樁長定為20米，樁中心間距300mm。