砂砾石地层长距离顶管顶力计算与分析

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1、V01．42，No．4于I·J罗材第42卷第4期August，2016sfc．矗“口n艿Hfld占磊jlf白把，{口Is2016年8月砂砾石地层长距离顶管顶力计算与分析王良，范俊密(东北大学资源与土木工程学院，辽宁沈阳110006)摘要：顶力是长距离顶管施工中需要控制的关键性参数，它的准确计算对于顶管工程的意义重大。本文在分析了顶力的组成基础上，充分考虑了土体参数、注浆效果及施工影响等因素。通过四种土压力理论的计算对比，选择马斯顿理论进行顶力理论计算，并与工程实测数据对比，结果表明，本文的计算方法

2、切实可行。关键词：顶力；长距离；土压力；砂砾石中图分类号：TU990．3文献标志码：A文章编号：1672—4011(2016)04—0134—03DOI：10．3969／j．issn．1672—4011．2016．04．0670前言近年来，由于顶管技术在城市中施工能避免对地面已有建筑和道路的干扰，该技术在城市地下管廊建设和更新工程中被广泛应用，尤其长距离大直径顶管技术的发展，使得顶管技术的发展前景十分优越。而顶力的计算是顶管施工中的重要环节，其大小直接影响工作井的强度设计、中继间的位置及启动、管线

3、土体扰动状况及掌子面土压力的稳定。顶力的有效控制对顶管工程的顺利完成具有重要的意义。目前，诸多学者给出了各种顶力理论计算公式和经验公式，而这些公式对参数的取值不尽相同，经验公式也只在特定地区适用，使计算结果差异较大。针对沈阳五爱变进线顶管工程具有长距离、管径大、埋深大的特点，已有顶力计算公式并不适用，为此，本文将从顶力的推导计算、土压力理论的选取、参数的取值及其他顶力理论计算，与实测数据对比得出适用于沈阳地区的顶力计算公式，以便为以后类似工程提供参考。1顶力的推导计算顶力从理论上分析，由两部分组成

4、：迎面阻力和管周摩擦阻力。在通常情况下对于长距离的顶管工程管周摩擦阻力构成了顶力的主要组成部分HJ。因此，先计算出顶管机前迎面阻力，再算出管周摩擦阻力，两者之和即为总顶力。1．1迎面阻力的推导迎面阻力与掌子面的土压力和顶管外径D有关，通常介于主动土压力与被动土压力之间旧J，且在计算过程中应考虑地下水的影响。对于砂性土来说，采用“水土分算”较为准确。笔者认为主动土压力和被动土压力的范围较大，在工程计算中不容易控制，因此，本文考虑迎面阻力等于掌子面静止土压力，计算公式如下：．，n2——P0=等’{‘讥

5、·(H—HⅣ)+y’H舻1·Ko一2cv／瓦-+y妒·日Ⅳ作者简介：王良(1990一)，男，河南驻马店人，在读硕士研究生，主要研究方向：顶管工程。·134·式中，D为顶管外径；3／甲为水的重度(10kN／m3)；y’为土的有效重度，7’=7，一10；珞为静止土压力系数，Ko=1一sinlio；c为粘聚力；H，为地下水位。1．2管土接触压力的推导管周摩擦阻力是由于顶管与周围土层相互接触产生的，建立合适的土压力理论能够准确计算管土间接触压力，从而推导出管周摩擦阻力的计算公式。经典的管土接触压力分布如图

6、1所示。0h侧向土压力o。垂直土压力口]]]工]]厂、、．0／队√◇o。地基反力图1经典管土接触压力分布示意图Oh侧向土压力土压力计算是管周摩擦阻力计算的基础，常见的土压力理论有四种，分别为：土柱理论、普氏理论、太沙基理论及马斯顿理论。其中，土柱理论未考虑土体中卸荷压力拱的存在，其余三种理论均考虑压力拱效应。土体中是否存在卸荷压力拱需要根据两个条件进行判断，一是稳定土层，土体具备一定的抗剪强度；二是管顶的覆土厚度日必须满足形成压力拱的要求日≥2h，h为管顶处拱高∞j。管顶处垂直土压力0"／3是土压

7、力计算中一个关键问题，下面分别列出上述四种土压力理论在管顶垂直土压力删处的计算公式，并针对覆土厚度日、内摩擦角妒及粘聚力c等影响因素进行分析，以此来选取合适的土压力理论进行管周摩擦阻力的计算。1)土柱理论：由于该理论未考虑卸荷压力拱，按管顶以上土柱压力计算，公式如下：盯以=弘H(2)式中，7，为土体重度，kN／m3；日为管顶覆土厚度，m。2)普氏理论：矿此="【詈+D．tan(詈一等)]几n妒(s)式中，妒为土体内摩擦角，rad；D为顶管外径，m。3)太沙基理论：太沙基理论计算简图如图2所示。1一

8、口2K／,H／Be盯以=L哥Fy，·B。(4)厶‘￥L式中，K为侧向土压力系数，太沙基通过砂土试验研究发现，侧向土压力系数在土中各个部位都不相同，K取0．5～1．O之间较为合适渺为管土摩擦系数；曰。为扰动土宽度，曰。：Dcot(45。+§o／2／。、274)马斯顿理论：马斯顿理论计算简图如图3所示。第42卷第4期矿I．J～宇材V01．42，No．42016年8只SichuanBuitd两MaterialsAugust，2016图2太沙基理论计算简图图3马斯顿理论计算简图盯“=L{F