大直径钢顶管管壁厚度与关键岩土参数研究

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1、大直径钢顶管管壁厚度与关键岩土参数研究-->第一章绪论顶管作为一种非开挖技术已被广泛应用。近年来，大直径钢顶管施工是继盾构施工之后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，其最大的优越性在于其采用不开槽的暗挖方式，从而避免了作业面对地上建筑物或构筑物的直接影响。因此，在市政和引水管道、沿江沿海大型发电厂循环水的取(排)水管道工程中得到了广泛的应用。对于大直径钢顶管施工过程中管道受力机制与计算模式；顶管施工地区土体的岩土参数如何确定及修正；

2、顶管施工究竟会引起多大的土体变形；大直径钢顶管的壁厚是否能够优化等，这些问题是非开挖工程界非常关心的问题。我国有关顶管施工的规范只有中国非开挖技术协会行业标准《顶管施工技术及验收规范(试行)》，而其设计则只能根据《给水排水工程管道结构设计规范(GB50332-2002)》、《给水排水工程埋地钢管管道结构设计规范(CECS141-2002)》等设计规范。直到2008年10月，中国工程建设协会发布了《给水排水工程顶管技术规程(CECS246-2008)》，才有了针对顶管设计的指导性规程。顶管周围的土体都是原状土，作用在顶

3、管上的垂直土压力和侧向水平土压力应当同埋地管有所不同。而根据现有可参考的规范标准进行设计，对于大直径的钢顶管工程，往往计算壁厚很大，很不经济。实际上开槽埋地管道与顶管掘进管道周边土体受力与变形都存在本质的区别，顶管掘进管道周边土体受力更有利于管道受力与安全，不加区分地借用埋地钢管管道结构设计规范来设计钢顶管工程就会造成不必要的浪费，尤其对于大直径钢顶管工程，由此浪费可能是惊人的。因此研究适合于大直径钢顶管设计计算理论是迫切需要解决的工程问题。本课题就是结合大直径钢顶管工程特点，系统研究涉及大直径钢顶管工程中大直径钢顶

4、管与土体共同作用理论；大直径钢顶管合理壁厚讨论、设计方法等关键技术问题，对于丰富顶管工程理论、优化设计方法、节省钢顶管工程投资，不仅有一定的学术价值，而且也具有很高的工程实用价值。1.1国内外研究现状和存在的问题(1)国内外研究现状a)基本计算理论1933年，美国的M.G..Spangler在题为《Thesupportingstrengthofrigidpipeculverts》一文中，阐述了刚性管道的承载力问题，但没有考虑埋设条件。他所提出的计算模型，被许多国家用作刚性管道设计计算的理论依据。1955年，前苏联学者

5、尼古拉推导出地下钢管的临界压力公式。1957年，另一位前苏联学者克列恩在其著作《地下管设计》中，假定管体为绝对刚性圆管支承在弹性地基上，按一般结构力学的弹性中心法，在假定的荷载(如垂直土压力，侧向土压力，自重荷载等)的作用下，计算管道内力，然后将这些内力叠加，按许用应力法校验管道的强度。他们的理论被应用于前苏联1958年的《地下钢管的设计技术条件和规范》中，我国沿用了这个规范，并一直将其作为我国管道工程实践的理论基础。在50-60年代我国也开展了管道结构方面的研究，北京市市政设计院结合工程实践经验，通过引用国外成果并

6、结合国内研究成果，编制了埋地管道结构设计计算规程，但该规程没有考虑管道与地基土的相互作用。1984年，以北京、上海等市政院为主编单位编制的《给水排水工程结构设计规范》(GBJ69-84)正式出版。该规范在钢管道的设计中采用的是容许应力法。同年，上海市政工程设计院和多家设计院共同编写的《给水排水工程结构设计手册》出版。该手册依据(GBJ69-84)规范，对钢管的内力分析，截面设计以及构造要求等进行了规定，给出设计实例和大量表格，可供设计查用，这为钢管道结构设计提供了有效的工具。b)变形性状研究Verruijt和Book

7、er假定土体是线弹性材料，认为隧道变形机理主要是隧道表面的均匀第二章大直径钢顶管受力分析.............15-252.1管道上作用效应模型.............15-172.1.1原苏联的“耶氏”模型.............152.1.2美国的“斯氏”模型.............15-162.1.3自由变形法(盾构法隧道计算模型).............16-172.2顶管管道结构垂直土压力.............17-222.2.1卸荷拱效应的判断.............17-182.2.2

8、各土压力计算理论的比较.............18-222.3顶管管道结构水平土压力.............222.4顶管管道结构基底抗力.............22-242.5本章小结.............24-25第三章大直径钢顶管管道结构规范设计法.............25-403.1基本设计规定.............2