專利名稱：矩形沉井的頂管設(shè)置方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及本發(fā)明涉及一種建筑工程施工技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種矩形沉井的頂管設(shè)置方法。
背景技術(shù)：
作為一種暗挖施工方法，頂管法施工具有諸多優(yōu)點(diǎn)，如占地面積少；地下施工不影響地面活動(dòng)；穿越鐵路、公路、河流、建筑物等障礙物時(shí)可減少沿線的拆遷工作量；施工過程中不破壞現(xiàn)有管線及構(gòu)筑物，不影響正常使用；施工無噪音，減少對(duì)沿線環(huán)境的污染。因此，頂管工法施工技術(shù)在近幾年得到廣泛的應(yīng)用。市政工程的上、下水道、煤氣、電力、通信 工程、液化石油氣、天然氣輸送管道以及各種油管、動(dòng)力電纜、寬頻網(wǎng)、光纖網(wǎng)等通訊電纜等的敷設(shè)都相繼采用頂管工法施工。頂管工作井是頂管施工的起始點(diǎn)，起著為頂管頂進(jìn)提供后座反力的作用。隨著頂管施工中頂進(jìn)距離、管徑、埋深的增加，所需要的頂推力也越來越大，已經(jīng)由過去的百噸級(jí)上升到千噸級(jí)，工作井的安全性問題已經(jīng)不容忽視。尤其是矩形工作井在雙管先后頂進(jìn)時(shí)，會(huì)偏心頂進(jìn)的情況，偏心頂進(jìn)時(shí)工作井受力形式發(fā)生改變，其安全性問題不容忽視。因此，頂管的設(shè)置必須與工作井的受頂容許頂力相適應(yīng)。受頂容許頂力計(jì)算中，基于土壓力對(duì)土體反力的計(jì)算是重點(diǎn)。在研究矩形工作井土體反力時(shí)，少有文獻(xiàn)對(duì)矩形工作井單側(cè)偏心頂進(jìn)的土壓力分布進(jìn)行研究。我國(guó)的《給水排水工程鋼筋混凝土沉井結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)程》CECS 137 :2002中規(guī)定，矩形工作井水平方向上，在單側(cè)偏心頂進(jìn)時(shí)的土抗力呈三角形分布，遠(yuǎn)端抗力為O。但實(shí)際工程中遠(yuǎn)端也受到土壓力作用，并且規(guī)范也未指明工作井前壁的受力情況。豎直方向上，當(dāng)時(shí)，后背土壓力作用高度為，工作井頂部土壓力為O ;而當(dāng)時(shí)，規(guī)范中沒有指明頂部土壓力是否為O。在計(jì)算允許頂進(jìn)頂力時(shí)，學(xué)者們做過很多有益的研究。馮海寧等(馮海寧，龔曉南，徐日慶，沉井后背墻土抗力計(jì)算的探討，中國(guó)市政工程，2001,01 67-69)通過適當(dāng)?shù)募俣?，考慮后背墻后土體的三維受力情況及在偏心荷載作用下墻后土體的被動(dòng)土壓力的大小，同時(shí)將沉井作為一個(gè)整體，在計(jì)算總頂力時(shí)考慮前端墻體的主動(dòng)土壓力，計(jì)算最大頂力，并考慮墻后土體采用模形滑裂面。蔣燕等(蔣燕，葛春輝，矩形沉井井壁受頂管后座力作用的分析，特種結(jié)構(gòu)，2001，01:1-3)運(yùn)用頂力和土抗力平衡原理，介紹了矩形沉井井壁在頂管工作時(shí)的內(nèi)力計(jì)算方法。龔慈等(龔慈，魏綱，徐日慶，頂管施工中矩形沉井工作井允許反力的計(jì)算，巖土力學(xué)，2005，07 :1127-1131)根據(jù)頂管工程中矩形沉井工作井后背墻變形情況，提出采用與位移有關(guān)的土壓力來計(jì)算土體反力?？紤]了沉井底部和側(cè)壁的摩阻力，由沉井整體水平向受力平衡計(jì)算允許頂力。魏綱等(魏綱，徐日慶，龔慈，劉家灣，頂管工程中矩形沉井土抗力計(jì)算方法探討，中國(guó)市政工程，2005，01:50-52)提出了呈梯形分布的后背豎向土抗力分布形式，并根據(jù)沉井的整體受力平衡求得沉井工作井允許的最大土抗力和頂力計(jì)算公式。然而，這些文獻(xiàn)基于中心受頂，提出了各自關(guān)于工作井的受力狀態(tài)和最大容許頂力計(jì)算方法，但是都沒有對(duì)矩形工作井的偏心受頂?shù)耐翂毫Ψ植己腿菰S頂力做分析。由此，業(yè)界需要有精確的針對(duì)矩形沉井頂管工作井的偏心頂進(jìn)的容許頂力計(jì)算方法，從而可更安全地設(shè)置頂管。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)我國(guó)現(xiàn)有計(jì)算方法和規(guī)范中沉井受力模式不足和缺陷，提供了一種矩形沉井頂管的頂管設(shè)置方法，能通過獲得矩形沉井的偏心頂管受力特征而安全地設(shè)置頂
管。 為了達(dá)成上述目的，本發(fā)明提供了一種矩形沉井的頂管設(shè)置方法，包括以下步驟(a)獲得應(yīng)用矩形沉井的工作區(qū)所在區(qū)域的土體參數(shù)和沉井參數(shù)；(b)根據(jù)所述土體參數(shù)和沉井參數(shù)計(jì)算出所述沉井各方向上的土壓力；且((3)根據(jù)所述土壓力的分布模式及所述土壓力，計(jì)算出所述頂管的偏心受頂容許頂力，并使所述頂管前進(jìn)所需的頂推力小于所述偏心受頂容許頂力。一些實(shí)施例中，步驟(a)包括收集所述工作區(qū)的已有地質(zhì)資料以確定所述工作區(qū)的土體參數(shù)；根據(jù)應(yīng)用所述矩形沉井的施工方案，確定所述沉井參數(shù)?！?shí)施例中,所述土體參數(shù)包括土質(zhì)的粘聚力C、內(nèi)摩擦角Φ、及容重Y ;所述沉井參數(shù)包括所述矩形沉井的沉井底至原狀地面埋置深度Hs、所述工作井寬度B及長(zhǎng)度L、所述矩形沉井與設(shè)備自重G、頂力中心距工作井頂距離d、及合力至較近端距離I。一些實(shí)施例中，所述土體參數(shù)通過以下方式確定通過充分收集工作區(qū)的地質(zhì)資料，分析資料的可利用程度，取點(diǎn)對(duì)鉆孔資料進(jìn)行分類整理和分析，通過取樣試驗(yàn)或原位試驗(yàn)，測(cè)定土體的內(nèi)摩擦角φ和粘聚力c，且通過環(huán)刀法等測(cè)量土容重試驗(yàn)測(cè)定土體的容重Y，其中對(duì)于成層土，可根據(jù)每層土的厚度等效計(jì)算出相應(yīng)參數(shù)；并且根據(jù)施工設(shè)計(jì)方案，確定出所述矩形沉井的沉井底至原狀地面埋置深度Hs，所述工作井寬度B及長(zhǎng)度L、所述矩形沉井與設(shè)備自重G，頂力中心距工作井頂距離d，及合力至較近端距離I。一些實(shí)施例中，根據(jù)所述土體及沉井參數(shù)，用考慮位移的土壓力計(jì)算方法分別確定作用在所述沉井上的前壁土壓力、后壁土壓力、側(cè)壁摩阻力和井底摩阻力。一些實(shí)施例中，所述前壁土壓力為主動(dòng)土壓力均勻分布
權(quán)利要求
1.一種矩形沉井的頂管設(shè)置方法，其特征在于，包括以下步驟 Ca)獲得應(yīng)用矩形沉井的工作區(qū)所在區(qū)域的土體參數(shù)和沉井參數(shù)； (b)根據(jù)所述土體參數(shù)和沉井參數(shù)計(jì)算出所述沉井各方向上的土壓力；且 (c)根據(jù)所述土壓力的分布模式及所述土壓力，計(jì)算出所述頂管的偏心受頂容許頂力，并使所述頂管前進(jìn)所需的頂推力小于所述偏心受頂容許頂力。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的頂管設(shè)置方法，其特征在于，步驟(a)包括收集所述工作區(qū)的已有地質(zhì)資料以確定所述工作區(qū)的土體參數(shù)；根據(jù)應(yīng)用所述矩形沉井的施工方案，確定所述沉井參數(shù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的頂管設(shè)置方法，其特征在于，所述土體參數(shù)包括土質(zhì)的粘聚力C、內(nèi)摩擦角Φ、及容重Y ;所述沉井參數(shù)包括所述矩形沉井的沉井底至原狀地面埋置深度Hs、所述工作井寬度B、長(zhǎng)度L、所述矩形沉井與設(shè)備自重G、頂力中心距所述工作井頂距離d、及合力至較近端距離I。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的頂管設(shè)置方法，其特征在于，所述土體參數(shù)通過以下方式確定通過充分收集工作區(qū)的地質(zhì)資料，分析資料的可利用程度，取點(diǎn)對(duì)鉆孔資料進(jìn)行分類整理和分析，通過取樣試驗(yàn)或原位試驗(yàn)，測(cè)定土體的內(nèi)摩擦角φ和粘聚力C，且通過環(huán)刀法等測(cè)量土容重試驗(yàn)測(cè)定土體的容重Y，其中對(duì)于成層土，可根據(jù)每層土的厚度等效計(jì)算出相應(yīng)參數(shù)；并且根據(jù)施工設(shè)計(jì)方案，確定出所述矩形沉井的沉井底至原狀地面埋置深度H S，所述工作井寬度B、長(zhǎng)度L、所述所述矩形沉井與設(shè)備自重G，頂力中心距工作井頂距離d，及合力距較近端距離I。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的頂管設(shè)置方法，其特征在于，根據(jù)所述土體及沉井參數(shù)，用考慮位移的土壓力計(jì)算方法分別確定作用在所述沉井上的前壁土壓力、后壁土壓力、側(cè)壁摩阻力和井底摩阻力。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的頂管設(shè)置方法，其特征在于，所述前壁土壓力為主動(dòng)土壓力均勻分布
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的頂管設(shè)置方法，其特征在于，所述后背土壓力為靜止土壓力加上余弦式分布的被動(dòng)土壓力增量
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的頂管設(shè)置方法，其特征在于，所述側(cè)壁摩阻力f 側(cè)=2 λ 2LHf 其中，λ2為摩阻力比例系數(shù)；δ為所述沉井側(cè)壁與土體接觸摩擦角。
9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的頂管設(shè)置方法，其特征在于，所述井底摩阻力為f 底=λ 3w μ 其中，λ 3為折減系數(shù)，W為沉井與設(shè)備自重減去水浮力，μ為摩阻系數(shù)。
10.根據(jù)權(quán)利要求I所述的頂管設(shè)置方法，其特征在于，所述允許最大頂力可以用以下公式計(jì)算Fmax= (F 后 +f 側(cè)壁 +f 底-F 前)/k 其中，k為安全系數(shù),并且為2. O。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種矩形沉井的頂管設(shè)置方法，包括以下步驟(a)獲得應(yīng)用矩形沉井的工作區(qū)所在區(qū)域的土體參數(shù)和沉井參數(shù)；(b)根據(jù)所述土體參數(shù)和沉井參數(shù)計(jì)算出所述沉井各方向上的土壓力；且(c)根據(jù)所述土壓力的分布模式及所述土壓力，計(jì)算出所述頂管的偏心受頂容許頂力，并使所述頂管前進(jìn)所需的頂推力小于所述偏心受頂容許頂力。由于本發(fā)明的方法通過地質(zhì)資料和試驗(yàn)資料，確定工作區(qū)土體參數(shù)，結(jié)合管道的頂力，通過土壓力公式及給出的土壓力分布形狀求出作用在所述工作井各個(gè)方向上的土壓力，最終計(jì)算出工作井的頂管偏心頂進(jìn)的容許頂力。根據(jù)所述容許頂力，可安全地設(shè)置所述矩形沉井的頂管。
文檔編號(hào)F16L1/028GK102829245SQ201210331250
公開日2012年12月19日 申請(qǐng)日期2012年9月7日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月7日
發(fā)明者程仕遠(yuǎn), 雷晗, 陳錦劍, 王建華 申請(qǐng)人:上海交通大學(xué)