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《平衡类顶管的顶力计算公式探讨》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、·施工、材料与设备·平衡类顶管的顶力计算公式探讨陈俊涛蔡志成(广州市自来水工程公司,广州510100)摘要简要分析了顶管施工过程中总顶力的组成及其影响因素,结合实际工程推导出泥水平衡顶管施工顶力计算公式。在公式推导过程中提出了泥水平衡顶管施工管身压力大小为注浆压力的假设,经过对比分析,理论推导公式计算顶力值与实测值比较相符。关键词顶管顶力摩阻力泥水平衡0引言系数决定,即:RG=fPG。顶管过程中管道水平方向顶管是通过把管道从工作井中顶入土壤开挖隧和竖直方向的受力情况分别见图1和图2。道的方法,该方法时常用来穿越铁轨、公路、河流等[1]障碍物。近年来,随着我国市政建设的发展,各种城
2、市地下管道(隧道)采用顶管法施工正日趋上[2,3]升。微隧道顶管过程是一个十分复杂的过程,[4]因此通过理论计算确定顶力十分困难,目前国内图1顶管过程中管道水平方向受力外对该项技术已有大量的理论研究,但是许多理论分析方法应用到具体施工中,产生的偏差较大。在顶管施工设计中,顶力的计算结果直接影响工作井的设计、管节强度的确定、中继环的布置以及顶进设备的选择等,从而直接影响工程造价,因此对顶管工程的成败具有重要的影响。加强对顶力的理论研究具有现实意义。图2顶管过程中管道竖直方向受力本文从理论上分析了顶力的组成及其影响因顶管过程中影响顶力大小的因素众多,其中比素,并针对泥水平衡顶管情况进
3、行探讨,推导出了泥较明显的因素主要有:土壤的性质、管道直径及埋水平衡顶管顶力的理论公式。公式与实际工程中实深、管材性质、注浆、施工情况。各个因素对总顶力测情况较为相符。的影响大小不尽相同,影响方式也不一样。1顶力的组成及其影响因素(1)土壤的性质。土的性质对顶力的影响比较目前,顶管推力(总顶力P)的计算主要考虑克明显,主要包括土壤的粘聚力c、土壤的容重γ、土壤服顶管工具管迎面阻力PF、上覆土荷载引起的管道的内摩擦角Φ以及地下水位等的影响。土壤的容外侧摩阻力RA、管道与土之间的粘聚力RB以及管重直接影响作用在管身上的压力大小(包括PU、[3,5～7]本身自重产生的摩阻力RG。因此,
4、作用于管PL)和迎面阻力PF的大小。土壤粘聚力、内摩擦角道的阻力可以分为摩阻力RS和迎面阻力PF。RS直接影响迎面阻力大小和摩擦系数的大小,从而影包括上覆土荷载引起的管道外侧摩阻力RA、管道与响RU、RL、RG。地下水位对管道迎面阻力和摩擦阻土之间的粘聚力RB以及管本身自重产生的摩阻力力都有影响。摩擦阻力随粘聚力和容重的增加而非RG,即:RS=RA+RB+RG。RA的大小由管顶覆土线性增加,随内摩擦角增加而非线性减小;迎面阻力压力PU和管两侧土的水平压力PL和摩擦系数决随容重的增加线性增加,随粘聚力和内摩擦角的增定,即:RA=f(PU+PL)。而RG由管身自重和摩擦加而非线性增加
5、。172给水排水Vol136No172010(2)管道直径及埋深的影响。管道直径直接P=πD0Lfk+NF(1)决定管道与土壤之间摩擦面积和工具管面积的大式中P———顶进阻力,kN;小,从而影响摩擦力和迎面阻力的大小。埋深的D0———管道外径,m;大小,直接影响了工具管前面的迎面压强和作用L———管道设计顶进长度,m;于管身的压强大小,从而影响了摩擦力和迎面阻力fk———一般取8～11,此处取平均值9.5;的大小。摩阻力和迎面阻力都随管径和埋深增大而π2NF———迎面阻力,NF=DgP′,kN;线性增大。4(3)管材性质的影响。管道外壁材料的性质Dg———顶管机外径,mm;直接影
6、响摩擦系数的大小,外壁越粗糙摩擦系数P′———控制土压力,kPa。利用GB50268—2008版规范公式计算顶力为:越大,摩阻力越大,摩阻力随外壁粗糙程度的增加而非线性增加。管材性质对迎面阻力的影响不P=πD0Lfk+NF=74.61L+1815.01(kN)明显。2.3规范公式计算值与实测值对比(见图3)(4)注浆的影响。在管外壁与土之间注入润滑泥浆,从而避免管与土层直接接触,可非常有效地减小摩擦系数从而减小摩阻力。(5)施工情况的影响。施工过程中的停顿和纠偏对顶力会产生比较明显的影响。顶进过程中间停止后重新启动时顶力会增大,这是由于长间停顿使管道四周及工具管前方松土坍落在管壁
7、上压实,同时,注浆中的水分也会从减阻浆液中离析出来,失去图32008版规范公式计算顶力值与实测值对比减阻作用,因而顶进阻力增大。纠偏主要依靠管外2.4理论分析及公式推导壁上不对称的土压力使管线改变方向,这直接增加从理论上分析规范计算值偏大主要是由以下几了管身水平或竖向压力的大小,从而影响摩阻力的点原因造成:大小。(1)注浆后摩擦系数大大减小,与规范所给出2泥水平衡顶管理论顶力公式推导与分析的系数相差较大。211工程概况(2)注浆后管道径向受力与注浆前大不相同,压沥滘污水主干管B标
