摘要：顶管施工是继盾构施工之后而发展起来的一种地下管道施工方法，它不需要开挖面层，并且能够穿越公路、铁道、河川、地面建筑物、地下构筑物以及各种地下管线等。顶管施工借助于主顶油缸及管道间中继间等的推力，把工具管或掘进机从工作井内穿过土层一直推到接收井内吊起。与此同时，也就把紧随工具管或掘进机后的管道埋设在两井之间，以期实现非开挖敷设地下管道的施工方法。本文中，介绍了常用的顶管工作井结构型式和施工应用。
关键词：顶管；工作井；结构选型
1前言
随着我国城市建设的大规模进行，地下管网的建设与现况道路交通、城市人口居住区、建（构）筑物、河道、铁路等客观环境制约因素的矛盾日益突出，具有很大优势的非开挖施工技术发展迅速，顶管就是其中应用较广的技术之一。
顶管工作中，，顶管工作井是重要的组成部分，是人、机械、材料的集中场所，为顶管作业提供必要的操作空间，并承受起顶力。目前顶管工作井结构形式以及施工方法较多，采用什么样的结构和施工方法更为合理是需要综合考虑管道的设计形式，以及不同地区的水文地质、附近环境、施工技术和设备条件、技术成熟度等因素。而对着现代施工技术的提高，机械和设备更新，其顶管工作井结构和施工方法也在不断创新
2顶管施工概述
顶管施工是施工技术改革的趋势下产生的一项科学化的技术，其工作原理是利用始发井中油缸产生的顶力将预制管材顶入土体中，顶进过程通过人工或机械除土将管道内原有土体清出，达到管道埋设目的的施工方法。顶管施工主要具有的优势有以下几点，首先是将管道施工对周边居民生产生活的影响降到最低，施工时不会占用过多场地；其次，顶管施工过程中地面交通不会受到影响，车辆还能在地面上正常通行，大大缓解了管道施工与路面交通之间的矛盾；最后，顶管施工可以穿越已建成高速公路路基、高速铁路路基、河流等不具备开槽施工的地段，大大提高该方法的适用性。
3常用的顶管工作井结构型式
顶管工作井结构型式，按照永久性划分为临时结构、临时和永久结构结合（即工程竣工后成为管道的附属构筑物）两种；根据土方开挖和支撑的施工顺序划分为顺作法和逆作法两种；根据支护体系的不同分为排桩法和地下连续墙法。常用的几种顶管工作井结构型式如下。
3.1钢木组合工作井
临时围护结构采用钢和土板相结合的方式形成。根据护板的不同方向，可以分为水平和垂直两种。该类型广泛应用于具有良好土壤质量地区常见的顶管工程。
3.2逆作拱墙
逆作拱墙分为现浇混凝土逆作法和锚喷混凝土逆作法，一边向下挖掘，一边用临时支护措施（土质好时不用）支护土体，达到一定分层高度后，扎筋立锥形模板浇筑钢筋混凝土或采用挂网喷射混凝土的施工工艺形成井壁，一段一段由上而下倒挂逆作施工而成，即“短段掘砌”方法。根据土质情况，掘段长50～100cm。锚喷混凝土逆作法在北京地区常采用，现浇混凝土逆作法则在广东地区常采用。
逆作拱墙分为现浇混凝土逆作法和锚喷混凝土逆作法，施工方式是一边下挖，一边用临时支护措施支护土体，达到一定高度后扎筋立锥形模板浇注钢筋混凝土或使用挂网喷射混凝土施工工艺形成井壁，一段段由上而下倒挂逆作施工而成，即“短段掘砌”方法。根据土质条件，开挖长度为50~100cm。
3.3沉井
沉井法，又称沉箱凿井法。沉井是在地面或地坑上，先制作开口钢筋混凝土筒身，待筒身达到一定强度后，在井内挖土
使土面逐渐降低，利用沉井筒身自重克服与土壁之间的摩阻力，不断下沉、就位的一种深基础结构。沉井适用于作建（构）筑物的深基坑、地下室、水泵房、设备深基础、墩台等工程的施工围护结构或建（构）筑物地下挡水、防渗和承重结构。适用于比较均匀平整、无影响下沉的孤石、漂石及障碍物的黏性或软质土层；土层的透水性较小，如软黏土层，采用一般的排水措施可进行下沉开挖。若在砂土中下沉，则需采取降水措施或水中下沉。
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3.4钢板桩
钢板桩通常是临时结构，用设备将钢板桩做成一个封闭的形状，并建立一个圆形或矩形的围堰来支撑井壁的工作井。通常在工作井下部做一段现浇钢筋混凝土衬砌作为后壁，顶部向方向和基底灌浆加固，顶管工程完成后，拔除钢板桩。当土层渗透系数较大，可以采用拉森钢板桩（Ⅰ~Ⅳ型），打设方式有两种，振动式和静压式。由于钢板桩的刚度较小，变形较大，适用于开挖顶管顶部和短距机的工作井。这种类型具有挡土和防水的效果。它用于土质较差和地下水位较高情况下，在沿海地区更多的在沿海地区。
3.5地下连续墙
地下连续墙应该首先设置导墙，然后使用液压抓斗（或机械抓斗）和冲孔桩机联合成槽作业，形成有一定的长度、宽度和深度的单元槽段，然后在槽段内事先放入设置好的钢筋笼，浇注水下混凝土筑成墙段。如此连续施工，使得每个墙段相互连接形成一个完整的地下墙，作为建筑支撑结构来保持土壤。地下连续墙具有防渗、挡土的功能，但成本较高，在无法选择其他类型的顶管井后，可选择此技术。
4顶管工作井结构选型
顶管工作井是顶管的起始点。除了安装定金系统外，还配备了穿墙孔、后背和各种预埋件。顶管工作井的结构选择应在技术上先进，经济合理，以保证工作井的稳定性和施工、道路、地下设施的安全的基础上进行。选型要做到适应当地条件，在特殊的地质条件下应结合当地的工程经验应用。
4.1选型的步骤
首先根据顶管方式、地形地貌、管线设计、水文地质、排降水条件，初步确定工作井型式；第2步根据顶管设备、工具管长度、管道节段长度和宽度、工作井深度、后背结构厚度、两侧和前后操作空间等，初步确定平面形式和尺寸；第3步综合地面运输、周边荷载和地上地下障碍、施工技术和设备、技术成熟度、成本造价，工期、周边环境的影响和其他因素，在经济和技术比较确定，必要时还应该使用多种结构形式以及其他辅助施工措施以达到最优。整个过程需要对工作井支护结构进行设计和验算。
4.2选型的要素
（1）承受的顶力反力大小。与顶管方式、距离、土层土质、顶管管道口径、管材、顶管轴线等有关，根据承受的顶力大小，选型时需要结合工作井的刚度，后背的设置，工作经周围土体的加固等。
（2）周围环境及影响。考虑到地面交通、负荷和周围的建筑情况等，选址应尽量远离建筑物和地下管线、池塘、架空电线等不利于顶管施工的施工工地，选择对周围环境模型的影响较小的型式。
（3）工作井平面型式和尺寸。根据顶管设备、工具管长度、管道节段长度和宽度、工作井深度、后背结构厚度、两侧和前后操作空间等确定。
（4）地质和地下水情况。根据不同的地质条件和地下水情况选用适用的型式。
（5）工作井的附属工作。如后背和穿墙管口洞设置等。
（6）工作井位置和顶进方向的确定。应尽量减少设置工作井。
（7）辅助施工措施的选用。通常有深井降水、水泥搅拌桩止水帷幕、高压注浆或旋喷桩加固等。
5结束语
近年来，在大中型城市中，顶管技术的应用和发展非常迅速。顶管工作井是顶管施工工作的一个重要组成部分，和普通基坑一样，具有较多种类，且基本为临时性结构。由于受深度、场地条件、地质条件、顶管方式、合理的选择等因素，选取合理的顶管工作井存在一定的难度。在选择顶管工作井时，应考虑所有因素，以达到结构安全、施工方便、成本合理的目的。
参考文献：
[1] 郭茜彦.顶管工作井在特殊地形中的应用[J].城市道桥与防洪，2017（11）
[2] 张伟立.复杂环境下顶管工作井的设计与实践[J].城市道桥与防洪，2016（06）
[3] 邵雪莹.复杂环境的顶管工作井深基坑设计[J].中国市政工程，2015（02）
论文作者:董森涛
论文发表刊物:《基层建设》2018年第14期
论文发表时间:2018/7/23
标签：顶管论文; 工作论文; 结构论文; 型式论文; 管道论文; 地下论文; 混凝土论文; 《基层建设》2018年第14期论文;