[發明專利]分節預制式曲線頂管的頂力計算方法

有效

• 申請號: 202110672551.2
• 申請日: 2021-06-17
• 公開（公告）號: CN113361118B
• 公開（公告）日: 2022-06-28
• 發明（設計）人: 陳孝湘;李靜虹;余根祥;董琴;陳雪;黃曉予;宋平;江能明;武奮前;李揚森;張弛;程諾;張勁波;吳勤斌;黃建濤;葉琦棽;吳培貴;方煌盛
• 申請（專利權）人: 中國電建集團福建省電力勘測設計院有限公司;國網福建省電力有限公司;國網福建省電力有限公司經濟技術研究院
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F119/14
• 代理公司: 福州展暉專利事務所(普通合伙) 35201
• 代理人: 趙新飛

本發明涉及一種地下管道、隧道中采用頂管施工時的頂力設計方法，特別是一種分節預制式曲線頂管的頂力計算方法，在對現有分節預制、現場拼裝式鋼筋混凝土頂管管節受力分析的基礎上，分析研究曲線頂進狀態下管節軸向頂力受彎曲影響而折減的力學平衡規律，適用于多段不同平面、不同曲率半徑及不同管節長度所組成的曲線軸線的頂管頂力計算，而且還可以分別考慮不同曲線段的管節長度和不同段管節與土體摩阻力之間的影響。因此本發明考慮了曲線段對前方直線段頂進力的“放大”效應，能夠更為精確地獲得頂管頂進力，從而能夠更為合理地配置中繼間和后座墻的設計，避免過大冗余設計，大大降低了工程投資。

技術領域

本發明涉及一種地下管道、隧道中采用頂管施工時的頂力設計方法，特別是一種分節預制式曲線頂管的頂力計算方法。

背景技術

地下管道、隧道施工中，在設定的頂進區間里，往往有直線段頂管和曲線段頂管，大多以直線-曲線-直線…的方式進行布設，每一段直線段或曲線段頂管都由多節預制管節組成，因此在頂進時需要根據頂力值對中繼間進行配置，以降低施工風險、節約施工投資。

現有能夠直接用于指導直線段頂管頂力估算的規程規范包括CECS 246《給水排水工程頂管技術規程》和GB 50268《給水排水管道施工及驗收規范》，二者關于總頂力的估算公式的表達形式是一致的：

P＝πD₁Lf_s+P_F

式中：P為頂進區間總的估算頂進力(kN)；D₁為頂管管節的外徑(m)；L為頂進區間的總長度(m)；f_s為管節與土體或減阻泥漿間的平均摩阻力(kN/m2)；P_F為頂管機刀盤前方遇到的迎面阻力(kN)。

而當頂管軸線為曲線時，則在采用直線段估算結果的基礎上，再乘以一個曲線頂力附加系數K值，該曲線頂力附加系數K值是上海地區的經驗值，因此存在以下問題：

1)K值為上海地區的經驗值，受地質條件的制約，難以推廣到全國，存在一定的局限性；

2)上述計算方式僅考慮單曲線，而多曲線頂管等無法適用；

3)頂進軸線的曲率半徑R(m)在上述經驗取值受限，無法考慮R≤100D和R≥300D情況下的附加系數；

上述問題導致頂管頂力計算誤差大，從而帶來施工過程中中繼間配置上的浪費，增加了工程投資，也增大了施工風險。

發明內容

本發明的目的在于根據現有技術的不足之處而提供一種能夠合理配置中繼間、降低施工風險和工程投資、提高施工安全性的分節預制式曲線頂管的頂力計算方法。

本發明所述目的是通過以下途徑來實現的：

分節預制式曲線頂管的頂力計算方法，其要點在于，包括如下步驟：

1)對于曲線頂管本身，根據頂管機頭頂進方向，作用在其第m節管節上的荷載包括：本節與前一節管節接觸并產生的作用力P_m+1，該力亦為前一節管節的前進驅動力；以及后一節管節作用在本節管節上的頂進力P_m；另外，頂進時設相鄰兩管節的張開角度α都一致，此時可將P_m沿著曲線管道的軸向和切向分解為兩個力，分別為P′_m和F_m：

P′_m＝P_m×cosα (1)

F_m＝P_m×sinα

2)獲取本節管節曲線外側土體提供的垂直于管節軸線的內外側不平衡抗力Δq_m；以及由不平衡抗力Δq_m產生的附加摩阻力Δf_m：