给排水工程师关于顶管工程力学参数确定

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顶力计算

本工程采用顶管总顶力计算的经验公式进行计算：

F=F0+F1

F0=αpeBC2π/4

F1=RSL

F0——初始顶力(kN)

F1——管壁摩擦力(kN)

α——综合系数，本工程取淤泥质土系数值1

pe——土仓的压力(kpa)，pe=150kpa

BC=管外径(m)，取2.238m

R——综合摩擦阻力(kpa)，本工程取淤泥质土值2;

S——管外周长(m)，=3.1415*2.238=7.03m;

L——推进长度(m)，本工程考虑L=400m。

初始顶力：F0=1.5*150*2.2382*π/4=885kN

管壁摩擦力：F1=2*7.03*400=5624kN

总推力：F=885+5624=6509kN=651T

说明：以上的管壁摩擦力计算没有考虑触变泥浆减摩效果，施工是采用触变泥浆减摩，可以有效折减管壁摩阻力。

工具头正面泥水压力：F1=π×D2/4×P其中

F1——顶管泥水阻力(t)

D——顶管外径(m)

σ——顶管泥水最大压力(t/m2)

σ与土层密实度、土层含水量、地下水位状况有关。根据有关工程统计资料和本工程的分析，估算工具头正面泥水压力为50t/m2左右，F1=π×D2/4×P=π×2.2382/4×50=196T

管壁摩擦阻力：F2=S×L×f其中

S—顶管外周长(m)

L—最长一段顶管长度(m)

f—综合摩擦力系数(T/m2)

f与管道的埋设深度、土质、地下水位等因素有关。根据有关工程统计资料和本工程的分析，估算综合摩擦力系数f=1.3T/m2。F2=S×L×f=π×2.238×60×1.0=421T

在考虑一次顶进距离为60-70m时，顶管总阻力为以上阻力之和：F=F1+F2≈617t

根据该管径钢管的要求，其不能承受的以上顶力，顶力较大，需要增加中继环，顶进的后座采用4个200T的千斤顶，中继环采用10个30T千斤顶，共计300T。顶管中继环布置按照“工具头20m—中继环—后座60m”来布置。另外，顶管过程还要采用减阻措施，通常减少管壁摩擦阻力的措施有：管壁与泥土间压触变泥浆减阻(优质膨润土拌制而成)，注浆需要管节间的密封良好，否则浆体会在管节间泄漏起不到应有的作用，减阻效果好时，f—综合摩擦力系数可以降低到0.3-0.8T/m2左右，将触变泥浆的减阻作为保险系数。

管材受力计算钢管内径d=2220mm，厚度t=18mm，每节管长度6000mm，管的端头采用焊接接头。端面受力面积s=π×(2.238×2.238-2.22×2.22)/4=0.063m2

可承受的最大顶力为：F=s×5000T/m2/4=78.8T。

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