浅析顶管工作井支护结构选型

分类：建筑工程论文发表 时间：2012-08-16 10:32 关注：(1)

　　摘要：本文主要阐述顶管工作井支护结构类型及其特点，并结合广州地区地质情况介绍常用的结构类型，为顶管工作井施工方法的选取提供参考意见。

　　Abstract：This article discusses structure types and characteristics of work well of the pipe jacking project. Combined with the geological circumstances in Guangzhou, the article introduces several structure types used commonly, in order to provide references for selection of construction methods.

　　关键词：工作井、沉井、逆作法、地下连续墙、SMW工法

　　Key Word: work well、caisson、reverse construction technology、underground diaphragm wall、soil mixing wall

　　中图分类号 : TU476+.3 文献标识码： A 文章编号：

　　1 引言

　　随着城市化进程的发展和居民环保意识的日益增强，非开挖技术在地下工程中起到越来越重要的地位和作用。顶管施工是继盾构施工之后而发展起来的另一种非开挖技术，目前正在被广泛使用于各种地下管道和电缆的敷设及修复中。相对于传统的开挖施工技术，顶管施工技术开挖地面范围较小，较少地影响破坏地面建(构)筑物，对周边环境干扰较小，是一种环保的施工技术，故在设计过程当中经常优先采用这种施工方法。

　　2 顶管工作井的设计与施工技术的发展

　　工作井作为顶管施工的主要工作场地，是安放顶管设备的场所，亦是顶管掘进机的始发地，同时又是承受主顶油缸反作用力的构筑物。因此工作井的设计与施工是工程中的一个重要环节。在以前顶进距离较短和顶管埋深较浅时，往往采用钢板桩支护或人工挖孔桩支护设计工作井，施工上往往是先支护后挖土做井，施工工期较长;现在随着顶管埋深加大和顶距增长，新增了沉井、逆作法、地下连续墙、SMW工法等设计方法，这几种新的设计施工方法在防水性能和提供顶进反力方面有较大的优势，故而目前是最常用的施工工法。

　　3 顶管工作井结构类型

　　顶管工作井基坑支护结构的特点是面积小而深，具有时空效应，是一种特殊的工程构筑物，具有复杂性、可变性和临时性的特点。

　　3.1沉井

　　沉井是先在地表制作成一个井筒状的结构物，然后在井壁的围护下通过从井内不断挖土，使沉井在自由作用下逐渐下沉，达到预定设计标高后，再进行封底，构筑内部结构，如图1。沉井属于刚性工作井，设计内容包含井壁选择、稳定计算、抗浮验算、强度计算、顶力及土体稳定性验算等。需要注意的是，在沉井下沉未封底前，井壁应按水平框架计算。

　　沉井结构特点主要包含：①埋置深度可以很大，整体性强、稳定性好，能承受较大的垂直荷载和水平荷载;②下沉过程中无需设置坑壁支撑或板桩围壁;③需占用较大的施工场地，不适用场地受限制的工程;④沉井较容易对周围土体产生扰动，最大影响范围约是沉井深度的1~3倍;⑤施工中易发生流砂造成沉井倾斜或下沉困难等;

　　3.2 逆作法

　　逆作法是一种先在地下进行由几排咬合水泥搅拌桩组成的圆形筒体结构的施工，再自上而下分层开挖，并紧贴水泥搅拌桩筒体内侧砌砖或进行钢筋混凝土内衬，形成一个稳固的地下结构的施工方法，如图2。逆作法工作井的设计内容主要包含井壁厚度计算、搅拌桩入土深度的计算、强度验算及土体稳定的验算。

　　逆作法结构特点主要包含：①适用于地下管线较为复杂，无法进行大开挖施工的地段;②施工作业面较小;③机械依赖度低，工作面容易全部铺开;④施工工期较长，每节拱墙都要到龄期才做下一节;⑤地下水影响因素较大，止水效果依赖程度高;

　　3.3地下连续墙

　　连续墙式工作井就是先钻深孔成槽，用泥浆护壁，然后放入钢筋网，浇注混凝土时将泥浆挤出来形成连续墙体，待混凝土强度足够后，自上而下挖出其中的土并封底而形成的工作井。在同样条件下，与沉井相比工期较短，即使离房屋或其他建筑物近也比较安全，连续墙式工作井结构设计内容主要包含墙体强度变形验算、抗渗验算和基坑内外土体稳定验算。

　　连续墙式工作井特点主要包含：①施工时振动小，对周围建筑物影响小;②墙体刚度大、防渗性能好;③对土壤的适用范围很广;④施工场地作业面较小;⑤工程费用高、工期长。

　　3.4 SMW工法

　　SMW(soil mixing wall)是从日本引进的工法，该法是利用特制的搅拌机械，以水泥浆作固化剂在土层中强行与土体拌和，使被加固土体硬结成水泥土柱。然后，按一定形式将H型钢插入搅拌桩中，从而形成一种劲性复合围护结构。相对于沉井和地下连续墙，SMW 支护结构属于柔性工作井，它的设计内容主要包括搅拌桩的入土深度、桩径、水泥掺入比、H型钢的入土深度和截面布置形式等。对于多层支撑挡墙结构，工程中常采用等值梁法、逐层开挖支撑支承力不变法和弹性梁法等进行计算。

　　SMW工法工作井特点主要包含：①施工时振动较小，对周围建筑物影响较小;②墙体刚度较大、防渗性能好;③对土壤的适用范围很广;④工期较短，费用较低。⑤施工场地作业面大;

　　4 广州地区适用的支护结构类型

　　广州城区地质变化较大，西部罗冲围、大坦沙、石围塘地段、地处珠江西岸，工程地质条件较差;南部新滘、沥滘一带是河网地带，分布有厚层软土，工程地质条件也较差;北部三元里、新市、江村一带是广州市主要水源地和采煤区，东部天河、石牌、车陂、黄埔地段为台地或河谷平原，主要为可塑、硬塑状粘性土或稍密中密砂土，下伏红层风化土及基岩。此外广州地区地下水位较浅，在顶管井施工过程中不容忽视。

　　从广州地区地质条件来看，顶管井的实施主要可以采取沉井和逆作法，对于西部、南部地区，如果施工场地较大，采用沉井是一种经济适用的做法，采用逆作法，需先在周边打一排或两排桩体支护及止水，才能实施;对于东部地区，一般施工场地受限制，主要采用逆作法实施顶管井，绕井要打搅拌桩或旋喷桩止水。

　　5 结语

　　顶管工作井支护结构选型形式多种多样，在实际工程中具体选择哪种结构类型受到技术、经济因素等多方面因素控制。故一般顶管井支护类型的选择需根据周边环境、地质水文条件、不同支护形式的特点、工期及造价等因素综合确定。

　　参考文献：

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　　[3] 钱玉林、绪伯通、陈滨、闻明生、阮钢钢、孙赤，SMW支护结构分析，岩土力学与工程学报，2002,21(12)：1877-1880

　　[2] 陈穗、杨成奎、陈立根，浅谈广州城市地质环境与建筑工程的关系，国土资源导刊，2006(6)：54-57