頂管頂力技術(shù)計算

南水北調(diào)濟(jì)南市市區(qū)續(xù)建配套工程東湖水庫輸水工程（三標(biāo)段）濟(jì)廣高速頂管技術(shù)指標(biāo)計算批準(zhǔn)：王海濱審核：左兆杰編制：姚中瑞青島瑞源工程集團(tuán)有限公司東湖水庫輸水工程輸水管線施工Ⅲ標(biāo)項目部2016年目錄一、工程簡介 -1-二、施工方案 -3-三、頂力計算 -4-四、結(jié)論 -7-1-約5~10%，粒徑一般1.5~4.0cm，最大超過10cm，干強(qiáng)度、韌性高，切面有光澤，搖震反應(yīng)無；該土層僅在DH2-1和濟(jì)廣高速頂管鉆孔中揭露，層厚1.2~5.0m，平均層厚3.92m，層頂標(biāo)高6.49~17.54m。4、輸水管線與濟(jì)廣高速交叉采用頂管穿越方式通過公路，設(shè)計頂管采用DN1600三級鋼筋混凝土管內(nèi)套DN1400螺旋鋼管頂管，具體位置見下表：表1濟(jì)廣高速頂管與公路交叉情況表序號樁號穿越公路名稱頂管長度（m）頂管深度（m）套管管徑（mm）路基寬度（m）備注116+480-16+680濟(jì)廣高速公路20010.94Φ160045原設(shè)計216+558-16+708濟(jì)廣高速公路1509.72Φ160045調(diào)整后5、頂管高程設(shè)計：調(diào)整后進(jìn)洞地面高程25.51米，管底高程17.49米；出洞口地面高程25.11米，管底高程17.49米；穿越濟(jì)廣高速段路面高程28.43米6、頂工作井的深度主要由設(shè)計管底高程決定，管外底高程加上基坑軌道及底板厚度，就是需開挖的坑底標(biāo)高。工作井頂部高程24.40米，底板厚度為80cm，高程16.70米。綜合頂管機(jī)具的尺寸及作業(yè)要求，頂進(jìn)坑凈空尺寸定為16.0米（長）×8.57、接收坑的凈空尺寸為8.5米（長）×6.0米（寬）×二、施工方案根據(jù)工程地質(zhì)情況，采用泥水平衡頂管施工方法，泥水平衡機(jī)械頂管施工的基本原理：頂管機(jī)在頂進(jìn)過程中與它所處土層的地下水壓力和土壓力處于一種平衡狀態(tài)；頂管機(jī)的排土量與推進(jìn)所占去的土的體積也處于一種平衡狀態(tài)。頂管機(jī)土倉的壓力P如果小于頂管機(jī)所處土層的主動土壓力Pa時，地面就會產(chǎn)生沉降。反之，如果頂管機(jī)在掘進(jìn)過程中其土倉的壓力大于所處土層的被動土壓力Pp時，地面就會隆起。如果把頂管機(jī)土倉壓力值控制在Pa＜P＜Pp這樣一個范圍內(nèi)，就能達(dá)到土壓平衡。一般常把控制土壓里P設(shè)置在靜止吐壓力P0±20KPa范圍之內(nèi)。頂管機(jī)與周圍土體的平衡是動態(tài)的，頂管機(jī)具有動態(tài)控制這種平衡的能力。如果土倉壓力過大，頂管機(jī)可以增加排土量，將多于的碎土排出，減小土倉壓力，使土倉壓力與土體壓力仍然平衡；如果土倉壓力過低，頂管機(jī)后部的頂進(jìn)油缸向前推進(jìn)，給土倉增加一個持續(xù)的壓力，仍能保持這種平衡。頂管機(jī)在這種動態(tài)的平衡中前進(jìn)，達(dá)到敷設(shè)管道的目的。正是這種平衡的存在，使得開挖面能夠保持穩(wěn)定，防止地層的沉降與隆起。三、頂力計算（一）管道允許頂力計算原設(shè)計頂進(jìn)管道采用DN1600III級鋼筋混凝土管，壁厚160mm，內(nèi)套DN1400螺旋鋼管，壁厚12mm特加強(qiáng)級別，頂進(jìn)DN1600鋼筋混凝土管，壁厚160mm，外徑DN1650鋼筋混凝土管允許頂力計算公式：其中：Fde，為混凝土管道允許頂力，單位N；Φ1，混凝土材料受壓強(qiáng)度折減系數(shù)，取0.9；Φ2，偏心受壓強(qiáng)度提高系數(shù)，取1.05；Φ3，材料脆性系數(shù)，取0.85；Φ5，混凝土強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)調(diào)整系數(shù)，取0.79；fc，混凝土受壓強(qiáng)度設(shè)計值，單位pa；32.4Ap，管道的最小有效傳力面積，單位mm2；884224=3.14*9602-3.14*8002γQd，頂力分享系數(shù)；取1.3。經(jīng)過計算管道允許頂力計算Fde=11203600N=11204KN。表3.1管道允許頂力計算表鋼筋混凝土管(d=160計算公式11203600式中：Fde混凝土管道允許頂力NΦ1混凝土材料受壓強(qiáng)度折減系數(shù)0.9Φ2偏心受壓強(qiáng)度提高系數(shù)1.05Φ3材料脆性系數(shù)0.85Φ5混凝土強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)調(diào)整系數(shù)0.79fc混凝土受壓強(qiáng)度設(shè)計值paAp管道的最小有效傳力面積mm2γQd頂力分享系數(shù)1.3基本數(shù)值Φ1Φ2Φ3Φ5fc0.91.050.850.7932.4Ap884224γQd1.3Fde=11204KN=1120t（二）管道頂力計算管道頂力包括頂管機(jī)迎面阻力和頂進(jìn)阻力，F(xiàn)=F1+F21、頂進(jìn)阻力F1=其中：D1為管道外徑，取1.92L為管道設(shè)計頂進(jìn)長度，設(shè)計150m；fk為管外壁與土的單位面積平均摩阻力kN/m2；其數(shù)值一般通過試驗確定，如果采用觸變泥漿減阻技術(shù)按下表選用土類管材粘性土粉土粉、細(xì)砂土中、粗砂土鋼筋砼管3.0-5.05.0-8.08.0-11.011.0-16.0鋼管3.0-4.04.0-7.07.0-10.010.0-13.0當(dāng)觸變泥漿技術(shù)成熟可靠、管外壁能形成和保持穩(wěn)定、連續(xù)的泥漿套時，fk可直接取值3.0-5.0kN/m2，本工程取5.0kN/m2。經(jīng)過計算，頂進(jìn)阻力F1=4521.6KN。2、迎面阻力F2=其中：頂管機(jī)外徑，取1.92m土的重度，取18.45kN/m3；覆土層厚度，本次取9.72m。經(jīng)過計算，迎面阻力F2=518.96KN。3、管道總頂力F=F1+F2=4521.6KN+518.96KN=5040.56KN=504.06t。表3.2管道頂力計算表頂力計算鋼筋混凝土管(d=160計算公式5040.56式中：F總頂力標(biāo)準(zhǔn)值KND1管道外徑mL管道設(shè)計頂進(jìn)長度mfk管道外壁和土的平均摩阻力kN/m2F2頂管機(jī)的迎面阻力kN基本數(shù)值D1LfkF21.921505518.96F5041KN=504.06t頂管機(jī)迎面阻力計算鋼筋混凝土管(d=160計算公式518.96式中：F2頂管機(jī)的迎面阻力kNDg頂管機(jī)外徑mγg土的重度kN/m3Hg覆土層厚度m基本數(shù)值DgγgH