市政管道工程中頂管工作井的設(shè)計與施工技術(shù)要點分析

摘要：詳細闡述了市政管道工程中頂管工作井設(shè)計與施工的技術(shù)要點。設(shè)計方面，涵蓋工作井類型、位置確定、結(jié)構(gòu)與防水設(shè)計，需要綜合考慮管道走向、周邊環(huán)境、荷載、地下水等因素。施工上，包括施工前準備、開挖、支護、后座墻與導(dǎo)軌安裝及封底，要注重場地處理、地下情況探測、開挖方式與順序、支護形式選擇、后座墻質(zhì)量、封底條件判斷等。在頂管工作井設(shè)計與施工中，全面做好細節(jié)性工作，確保相關(guān)質(zhì)量標(biāo)準得到有效落實，以保障頂管工作井質(zhì)量，確保頂管施工順利進行和減少對周邊環(huán)境影響。

關(guān)鍵詞：市政管道工程" 頂管工作井" [A1]"工作井" 地下管線

Analysis of Design and Construction Technical Points for Top Pipe Working Wells in Municipal Pipeline Engineering

LI Yijun""" QIN Lang

China Municipal Engineering Zhongnan Design and Research Institute Co.， Ltd.， Wuhan， Hubei Province， 430010 China

Abstract： This article elaborates on the key points of its design and construction technology of top pipe working wells in municipal pipeline engineering in detail. In terms of design， it covers the determination of the type and location of the work well， as well as the design of the structure and waterproofing， and requires comprehensive consideration of factors such as pipeline direction， surrounding environment， load， and groundwater. In terms of construction， including pre construction preparation， excavation， support， installation of back seat walls and guide rails， and bottom sealing， attention should be paid to site treatment， underground situation detection， excavation methods and sequences， selection of support forms， quality of back seat walls， and judgment of bottom sealing conditions. In the design and construction of the top pipe working well， comprehensive attention to detail work should be paid to ensure the effective implementation of relevant quality standards， in order to guarantee the quality of the top pipe working well， ensure the smooth progress of the top pipe construction， and reduce the impact on the surrounding environment.

Key Words： Municipal pipeline engineering; Top pipe working well; Working well; Underground pipelines

在市政現(xiàn)代化建設(shè)中，市政管道工程對城市的正常運轉(zhuǎn)至關(guān)重要。頂管技術(shù)作為一種先進的非開挖施工方法，在市政管道鋪設(shè)中得到了廣泛應(yīng)用。頂管工作井作為頂管施工的起始和關(guān)鍵部分，其設(shè)計與施工質(zhì)量直接影響整個頂管工程的成敗。在城市復(fù)雜的環(huán)境中，對頂管工作井進行合理設(shè)計和科學(xué)施工能夠有效減少對周邊交通、建筑物和地下管線的影響。它不僅要承受施工過程中的各種荷載，還要確保頂管施工的順利開展。

1" 頂管工作井的設(shè)計要點

1.1" 工作井類型選擇

如圖1所示，頂管工作井分為頂進工作井和接收工作井，二者在頂管施工中承擔(dān)著不同的功能。頂進工作井主要用于放置頂管設(shè)備，如千斤頂?shù)龋瑫r為頂管施工提供必需的頂進反力。接收工作井則是在頂管機頭完成頂進后，對其進行接收。

在形狀方面，工作井可以分為圓形和矩形。圓形工作井在受力方面表現(xiàn)更佳。在受到土壓力作用時，圓形工作井結(jié)構(gòu)可以讓應(yīng)力分布更均勻，提高變形抵抗力。在相同條件下，相較于矩形工作井，圓形工作井的抵抗側(cè)向土壓力能力高30%～40%[A2]"。但圓形工作井的空間利用率較低。矩形工作井施工更為便捷，可以方便安裝大型頂管機、配套的吊運設(shè)備等，可以為施工人員提供更大的操作空間。但矩形工作井四角處是受力薄弱點，需要在設(shè)計中加強四角配筋，相較于其他部位配筋多20%～30%[A3]"，從而強化其結(jié)構(gòu)的整體強度^[1]。

1.2位置確定

確定工作井位置需要綜合考量管道走向，以保證工作井能夠沿著管道規(guī)劃路線合理設(shè)置。如果為直線鋪設(shè)管道，則工作井盡可能均勻分布在直線段上；如果存在彎道，則要根據(jù)彎道半徑、頂管機轉(zhuǎn)彎能力來確定工作井的位置。

合理設(shè)置工作井的間距。例如：頂管管徑為800[A4]"～1 200 mm，并且地質(zhì)條件較好（硬質(zhì)土層），可以將工作井間距設(shè)置為80[A5]"～120 m；如果是軟土地層，則要適當(dāng)縮短工作井間距，設(shè)置在60[A6]"～80 m為宜。如果管徑超過1 200 mm，在硬質(zhì)土層中設(shè)置間距為60[A7]"～100 m，軟弱土層設(shè)置間距為40[A8]"～60 m。合理設(shè)置工作井間距除了能夠減少工作井?dāng)?shù)量、避免成本過高，還可以確保頂管施工順利開展。

1.3結(jié)構(gòu)設(shè)計

1.3.1尺寸設(shè)計

圓形工作井，應(yīng)根據(jù)頂管機外徑確定其內(nèi)徑，通常要比頂管機外徑大1.5[A9]"～2.0m。例如：頂管機外徑為3 m，則圓形工作井內(nèi)徑應(yīng)在4.6[A10]"～5.0 m之間。矩形工作井，其長度應(yīng)容納頂管機長度、千斤頂安裝長度，頂管機長度占工作井長度的60%～70%[A11]"，千斤頂安裝長度占工作井長度的30%～40%[A12]"。根據(jù)操作空間、設(shè)備尺寸設(shè)定矩形工作井寬度，通常比頂管機寬1.2[A13]"～1.6 m，確保施工人員有足夠的作業(yè)空間^[2]。

1.3.2強度設(shè)計

工作井結(jié)構(gòu)在使用中會承受多種荷載，如頂管施工的土壓力、地下水壓力、頂進反力等。結(jié)合地質(zhì)勘察報告得出土壓力參數(shù)，不同深度土層的側(cè)壓力系數(shù)存在差異。例如：0[A14]"～5 m深的粉質(zhì)黏土層，側(cè)壓力系數(shù)普遍在0.3～0.4之間，而5～10 m深的砂土層，側(cè)壓力系數(shù)普遍在0.4～0.5之間。根據(jù)地下水位高度計算地下水壓力，地下水位每提升1 m，對工作井壁產(chǎn)生的壓力大約增加10 kPa。針對頂進反力，如果使用千斤頂頂進，每個千斤頂?shù)捻斄蛇_200～500 kN，需要合理布置后座墻、千斤頂分散壓力。

1.4防水設(shè)計

工作井防水設(shè)計可以采用混凝土自防水與附加防水層相結(jié)合的方式。其中，混凝土為主要防水結(jié)構(gòu)，應(yīng)選用抗?jié)B等級較高的材料，要求抗?jié)B等級達到P6～P8。施工作業(yè)期間，確保混凝土振搗密實度，振搗時間控制在15～30 s之間，相鄰振搗間距控制在0.5 m以內(nèi)，避免混凝土內(nèi)部產(chǎn)生孔隙，提高整體防水性能。附加防水層可以使用防水卷材或防水涂料。防水卷材的搭接寬度應(yīng)在100 mm以上，并且要保障粘貼牢固。防水涂料要均勻涂刷，厚度為1.5～2.0 mm，共涂刷2～3遍，以免出現(xiàn)漏點 ^[3]。

2頂管工作井施工技術(shù)要點

2.1施工準備工作

2.1.1場地平整與圍護

正式施工前做好工作井場地平整工作，使用推土機等設(shè)備將表面平整度控制在10 cm以內(nèi)，主要清除地表石塊、樹枝、障礙物等。結(jié)合施工現(xiàn)場情況，設(shè)置相應(yīng)的圍護結(jié)構(gòu)。如果施工區(qū)域處于市區(qū)道路旁，為了避免揚塵影響，圍擋設(shè)置高度應(yīng)達到2.5 m以上，圍擋厚度不小于0.5 mm。如果施工區(qū)域地質(zhì)條件較差或周圍環(huán)境復(fù)雜，則要采用鋼板樁圍護，鋼板樁入土深度達到3 m以上，長度為6[A15]"～12 m，阻止無關(guān)人員進入施工場地。

2.1.2" 地下管線與地質(zhì)勘察

對工作井施工區(qū)域進行詳細探測，了解施工區(qū)域地下管線分布狀況，探測范圍應(yīng)超出工作井周圍5[A16]"～10 m。對于管徑達到50 mm以上的管線，需要提前做好標(biāo)記并采取相應(yīng)的保護措施。同時，還要結(jié)合地質(zhì)勘察報告掌握施工場地地質(zhì)條件，包括土層分布、地下水位、土質(zhì)物理力學(xué)性能等，為后續(xù)制[A17]"訂施工方案提供有力依據(jù)。

2.2" 工作井開挖

2.2.1" 開挖方式選擇

工作井開挖應(yīng)綜合考慮工作井類型、地質(zhì)條件、周圍環(huán)境等因素，可以選用人工開挖、機械開挖、人工和機械結(jié)合開挖等方法。對于埋深5 m以內(nèi)的工作井，并且施工地質(zhì)條件較好的情況下，可以采用機械開挖方法，從而提高開挖效率；如果施工區(qū)域靠近地下管線（凈距小于1 m）或工作井埋深超過5 m、地質(zhì)復(fù)雜時，應(yīng)以人工開挖方法為主，以免機械開挖對周圍環(huán)境造成過大的勞動^[3]。

2.2.2" 開挖順序與控制

工作井開挖應(yīng)貫徹“分層、分段、對稱”的原則。如果工作井深度達到10 m，可以將其分為3[A18]"～4層進行開挖，每層開挖厚度控制在～3 m之間，每段開挖長度控制在6m以內(nèi)。[A19]"左右兩側(cè)同時對稱開挖，兩側(cè)高差不得超過0.5m。在開挖期間，[A20]"須時刻關(guān)注工作井變形狀況，特別是要嚴控工作井的垂直度，要求最大垂直偏差不超過0.5%，同時還要監(jiān)測水平位移量，要求不超過2～3mm/d。合理設(shè)置開挖坡度，不同土層條件的開挖坡度存在差異，粉質(zhì)黏土開挖坡度為1[A21]"∶0.5～1∶1，砂性土開挖坡度為1∶1～1∶1.5，控制開挖坡度以防坍塌。如果施工場地地下水位較淺，應(yīng)及時做好排水措施，可以通過設(shè)置0.5 ×0.5×0.5m規(guī)格的集水坑或深度為0.3～0.5 m、寬度為0.3～0.4 m的排水盲溝。

2.3工作井支護

2.3.1支護形式選擇

頂管工作井常見的支護方式包括鋼板樁支護、SMW工法樁支護、地下連續(xù)墻支護等。其中，針對深度不超過10 m的工作井，并且土質(zhì)較好（黏土、砂土等）情況下，可以選用鋼板樁支護，該支護方法施工效率高、成本低。如果施工場地為軟弱土層，則應(yīng)采用SMW工法樁支護，該支護方案具有更好的止水性能。如果工作井的變形控制要求高、施工地質(zhì)條件復(fù)雜，則需要采用連續(xù)墻支護措施，該工藝施工成本更高。在支護形式選擇中，需要根據(jù)實際需求合理選擇^[4]。

2.3.2支護施工要點

鋼板樁施工中，應(yīng)重點控制樁體垂直度，要求垂直偏差不超過0.5%，同時控制入土深度，達到樁長的0.3[A22]"～0.5倍，保證相鄰樁體連接的緊密度。在SMW工法樁施工中，應(yīng)嚴控水泥漿配比，控制在1.2～1.5之間，還要控制攪拌樁施工質(zhì)量，將攪拌頭下沉速度、提升速度控制在0.5～1.0 m/min。地下連續(xù)墻施工中，應(yīng)確保導(dǎo)墻制作質(zhì)量達標(biāo)，導(dǎo)墻設(shè)置深度為1～2 m、厚度為200～300 mm，軸線最大偏差不得超過10 mm，內(nèi)墻面垂直度最大偏差不得超過0.3%，從而保障槽壁穩(wěn)定性。混凝土澆筑期間謹防斷樁、夾泥等質(zhì)量問題，嚴控澆筑速度（3～5 m/h）和導(dǎo)管埋深（2～6 m）。

2.4后座墻與導(dǎo)軌安裝

后座墻應(yīng)具有足夠的強度和穩(wěn)定性，采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。頂管施工設(shè)計頂力為1 000～2 000 kN，則后座墻厚度應(yīng)為0.8～1.2 m，混凝土強度不低于C30，配筋率為1%左右。施工中保障后座墻與工作井壁牢固連接。導(dǎo)軌安裝應(yīng)確保其軸線與設(shè)計管道軸線重合，偏差量不得超過3 mm。根據(jù)頂管機尺寸調(diào)整導(dǎo)軌間距，通常為頂管機外徑的0.8～1.0倍，確保安裝牢固，以免頂管時位移^[5]。

3結(jié)語

綜上所述，頂管工作井的設(shè)計與施工是市政管道工程中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。在設(shè)計過程中，要綜合考慮工作井的類型、位置、結(jié)構(gòu)、防水等因素；在施工過程中，要嚴格把控施工前準備、開挖、支護、后座墻與導(dǎo)軌安裝、封底等技術(shù)要點，并做好質(zhì)量控制和安全管理工作。只有這樣，才能確保頂管工作井的質(zhì)量，為頂管施工的順利進行提供保障，減少對周邊環(huán)境的影響，提高市政管道工程的整體效益。

參考文獻

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