顶管施工关键参数计算

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1、4.5.3.5顶管施工关键参数计算以下的顶管机主要性能参数的计算主要是根据本工程地质勘察报告和水文地质资料选取适当参数，并结合顶管机生产厂家设计共同计算完成。一、顶力计算：顶管过程是一个复杂的力学过程，它涉及材料力学、岩土力学、流体力学、弹塑性力学等诸多学科。但顶管计算的根本问题是要估计顶管的顶力。顶管的顶力就是顶管过程管道受的阻力，包括工具头正面泥水压力、管壁摩擦阻力。（一）4#～5#段4#~5#顶管段，长407.2m，管顶覆土取13m式中：F——总推力（kN）F0——初始推力（kN）f0——每米管子与土层之间的综合摩擦阻力（kN/m）（1）式中：Bc——管外径，取4.1

2、4mp0——土水压力（砂分算，粘土合算）δ=r1h1tg2(45-Ф2/2)-2c2tg(45-Ф2/2)≈350KN/m＝1000×10×8＝80000Pa＝80kPa△P——附加压力（一般取20kPa）式中：ρ——水的密度（kg/m3）g——重力加速度（m/s2）h——地下水位到挖掘机中心深度，取8m得：F0＝（350+80+20）×3.14×4.14×4.14/4＝6055（kN）（2）f0=RS式中：R——综合摩擦阻力（kPa），取8kPaS——管外周长（m），得S＝＝3.14×4.14＝13（m）得：f0＝8×13＝104（kN/m）（3）最后得出：总推力F＝60

3、55+104×407.2＝48383（kN）›13000（kN），需加中继间。(二)5#~6#段5#~6#顶管段，长45.9m，管顶覆土取13m式中：F——总推力（kN）F0——初始推力（kN）f0——每米管子与土层之间的综合摩擦阻力（kN/m）（1）得：F0＝6055（kN）（2）式中：R——综合摩擦阻力（kPa），取8kPaS——管外周长（m），得S＝＝3.14×4.14＝13（m）得：f0＝8×13＝104（kN/m）（3）最后得出：总推力F＝6055+104×45.9＝10839﹤13000（kN），不需要加中继间。(三)6#~7#段6#~7#顶管段，长293.5m

4、，管顶覆土取13m式中：F——总推力（kN）F0——初始推力（kN）f0——每米管子与土层之间的综合摩擦阻力（kN/m）（1）式中：Bc——管外径，取4.14mp0——土水压力（砂分算，粘土合算）δ=r1h1tg2(45-Ф2/2)-2c2tg(45-Ф2/2)≈683KN/m＝1000×10×8＝80000Pa＝80kPa△P——附加压力（一般取20kPa）式中：ρ——水的密度（kg/m3）g——重力加速度（m/s2）h——地下水位到挖掘机中心深度，取8m得：F0＝（683+80+20）×3.14×4.14×4.14/4＝10535（kN）（2）式中：R——综合摩擦阻力（

5、kPa），取8kPaS——管外周长（m），得S＝＝3.14×4.14＝13（m）得：f0＝8×13＝104（kN/m）（3）最后得出：总推力F＝10535+104×293.5＝41007›13000（kN），需加中继间。说明：以上的管壁摩擦力计算未考虑触变泥浆减阻效果，施工是采用触变泥浆减阻，可以有效折减管壁摩擦阻力。二、管材受力分析（1）DN4140混凝土管壁厚320mm。（2）设计图纸管节容许顶力为13000KN。三、工作井设计顶力计算根据总推力、工作井所能承受的最大顶力及管材轴向允许推力比较后，取最小值作为油缸的总推力。各油缸有其独立的油路控制系统，可根据施工需要通过

6、调整主顶装置的合力中心来进行辅助纠偏。每只油缸顶力控制在1800kN以下，这可以通过油泵压力来控制，顶进时需加中继间。四、中继间接力系统中继环的放置以主顶顶力来控制，中继环安放时，第一个中继环应放在前面一些，因为顶管机在推进过程中推力的变化会因土质条件的变化而有较大的变化。所以，当后座总顶力达到中继环总推力的50%时，就应布置第一个中继环，以后每当后座总顶力达到中继环总推力的70%时，就布置一个中继环。而当后座总顶力达到中继环总推力的90%时，就必须启动中继环。各井段中间均需要增加中继环，各中继环布置计算如下：一、4#~5#井段1、根据主顶油缸总顶力为10800kN计算，顶

7、管长度小于L＝（P-N）/F，（若考虑触变泥浆减阻效果，则总和摩阻力可以减少1/3左右，取砂层段F=48383/407.2×2/3=79（KN/m）），即L＝（10800-2020）/79＝111（m）的管段可以直接由总顶力完成顶进，不需要增加中继间。2、当顶进长度大于111m时，中继间布置方法如下：（1）第一道中继间布置L=（K•P-N）/F式中：P——中继间设计顶力（KN），拟设计采用50个300KN的油缸，则总推力为15000KN›13000KN›10800KN，取10800KN。N——机头迎面阻力（KN），