顶管施工中管壁摩阻力理论公式的商榷81051

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1、顶管施工中管壁摩阻力理论公式的商榷王承徳摘要本文针对《给水排水管道工程施工及验收规范》中计算顶管施工顶力的理论公式，提出了其存在的问题，而这些问题所造成的误差也较大。因此，该文对矩形和圆形管道在顶管施工中的顶力计算提出了对规范公式的修正式。关键词顶管土压力摩阻力顶力ForPipeJackingConstructionPipeSurfaceFrictionalResistanceFormulaUnderDiscussionWangChengde(ChinaAssociationforEngineeringConstruction

2、StandardizationPipelineStructureCommittee)ABSTRACTAgainstthejackingforcecalculationformulaofthe《Codeforconstructionandacceptanceofwatersupplyandseweragepipelines》‘existingproblemsanderrorsareherementioned,andanamendedformulaforrectangularandcircularpipelineunderpipe

3、jackingconstructionisrecommendedinthispaper.KEYWORDSPipejackingEarthpressureFrictionalresistanceJackingforce顶管施工中管道四周受土体摩擦产生摩擦阻力，阻止管道前进。阻力的人小受多种因素的影响是比较复杂的，其中最人的因素是施工误差引起的管道轴线弯曲。管道轴线弯曲严重时可使摩阻力成倍增长。正是由于这一原因，引出了许多计算摩阻力的经验公式。但本文仅限于讨论理论公式，而且仅限于管轴线严格为直线状态下的摩阻力理论公式，即在排除由于

4、管轴线弯曲所引起的附加摩阻力的前题下讨论管道摩阻力的理论公式，这时管道摩阻力的理论公式可以简化为平面问题，可以以管道的横断面为模型例出计算图式。一、规范公式存在的问题管道摩阻力的理论公式在许多文章和手册中都曾经出现过，后來集中反映在GB50268-97《给水排水管道工程施工及验收规范》屮。规范的6.4.8条规定，顶管的顶力可按下式计算:式中P—计算的总顶力(kN)；¥—管道所处土层的重力密度(kN/n?)；Di—管道的外径(m)；II—管道顶部以上覆盖土层的厚度(m);4)一管道所处土层的内摩擦角(。)；3—管道单位长度的自重

5、(kN/m),(笔者：应改为由自重产生的力)；L—管道的计算顶进长度(m)；f—顶进时，管道表面与其周I韦I土层Z间的摩擦系数；Pl顶进时，工具管的迎面阻力(kN)。仅就管道摩擦力而言，上述公式可以简化。设p为单位长度管道的摩阻力，贝IJ：l>=f7D[2H+(2H+D沁2(45。一辛)+盏]这一公式引用了摩擦力的基木理论：摩擦阻力等于正压力乘摩擦系数。摩擦系数f采用已有的成果,所以问题的讨论重点转移到正压力的计算上來，式中的tg2(45°-4)/2)是主动上压力系数，用&來表示:K1=tg2(45°-4)/2),代入上式得

6、：[2//+(2H+D】)K】+盘j稍作变化，将上式改写如下：p=27D^H+K^H+号)"+”此式的物理意义是：管道摩助力等于管顶土压力强度与水平管轴线处主动土压力强度之和的2倍，乘以管道直径，再乘以摩擦系数，另外再加上管道自重所产生的摩阻力。上式中第1项是管顶土压力和管底地基应力引起的摩阻力，第2项是管道两侧主动土压力引起的摩阻力，计算时采用了图示每个方向上的单位土压力乘以管道外径DM乍为正圧力，这种计算方法即违背了摩擦力的基本理论，因为除管顶、管底和水平管轴线两侧共4处土压力以外，所有的土压力与管道表面不垂直，并非是正压

7、力。二、理论公式的推导假设图1所示的土压力表示方法适用于圆形管道，下而按摩阻力的基本理论来推导摩阻力的理论公式。1.管顶土压力造成的正压力管顶土压力强度6是常量，并且有：q严YH。在角度为a的圆周上取一微nnds,对应ds的圆心角为da。设作用于ds上的垂直土压力为dN、，。则：dNv=qisinads设作用于ds上的正压力为dN。贝归dN=dNvsina二qisir/ads因为：ds=D1/(2da),所以:dN=D1/(2q1sinada),对上式积分,得:创：呼曲3嗔4警)

8、>A/4代入6得：N二nyHD/4IB)K图1

9、规范计算图式图2垂直土压力积分图1.管道右侧土压力造成的正压力管道右侧土压力强度为Z，是变量，并且有：q2=Y(H+D/2-y)K.因为：y二Disina/2所以：q2=V(II+D

10、/2-Usina/2)K】同样在角度为a的圆周上取一微面ds,对应ds的圆心角为da。设作用