顶管工作井模具构件结构尺寸对土体水平位移影响及优化建议

圆形顶管模具、顶管工作井模具构件的外径为10.5 m，总深度为12.62 m，安全等级为二级。顶管工作井模具构件井体利用液压破碎锤进行分节开挖，并采用C30混凝土分节浇筑，自上至下共11节井壁，每节顶管工作井模具构件的井壁平均高1.1 m。各节顶管工作井模具构件的井壁间采用钢筋搭接并安装膨胀止水条。顶管工作井模具构件的井壁厚度沿井深呈梯度变化，第1—3节、4—6节、7—11节的井壁平均厚度分别为0.55、0.65、0.75 m。

顶管工作井模具构件的井体底板总厚度为0.7 m，上部施作0.4 m厚的C30混凝土配筋区，下部施作0.3 m厚的C20素混凝土垫层。井体施作完成后再施作中部厚度为1.4 m的后靠背，后靠背采用C30混凝土。后靠背与工作油缸接触面放置一块4 m×3 m(宽×高)的钢板，材质为锰钢Q235，厚度为0.04 m，钢板埋置深度为8.92～11.92 m。

对比不同顶管工作井模具构件的井壁厚度、后靠背中部厚度和底板厚度下土体最大水平位移变化情况可知： 当土体最大位移由4.1 mm降至3.8 mm时(降低7.3%)，井壁厚度需增加0.3倍，后靠背中部厚度需增大0.7倍，底板厚度需增加1.0倍。因此，顶管工作井模具构件的井壁厚度增加对限制土体水平位移影响最大，后靠背中部厚度影响次之，底板厚度影响最小。

实际施工中，顶管工作井模具构件的井壁厚度增加引起的施工成本高于后靠背中部厚度增加引起的施工成本，且不同结构尺寸影响下土体最大水平位移始终出现在后靠背钢板范围内，因此，仅对局部结构厚度进行优化更为有利。所以当通过优化结构尺寸减小土体水平位移时，应优先考虑增大后靠背中部厚度。