頂管結(jié)構(gòu)計(jì)算

1、附件一頂構(gòu)1 .設(shè)計(jì)依據(jù)及基本資料1.1 設(shè)計(jì)依據(jù)水工建筑物荷載設(shè)計(jì)規(guī)范（DL5077-1997）;水工鋼筋混凝土設(shè)計(jì)規(guī)范（SDJ20-78）。1.2 基本資料工程等級(jí)：頂管設(shè)計(jì)按2級(jí)建筑物考慮地震烈度：工程區(qū)域內(nèi)地震基本烈度為6度，按不設(shè)防考慮。巖土物理力學(xué)參數(shù)：參考值見(jiàn)表1-1。表1-1巖土物理力學(xué)參數(shù)表巖性及代號(hào)巖石容重泊松比內(nèi)摩擦角凝聚力單位彈抗系數(shù)堅(jiān)固系數(shù)YE巾kcKofg/cm3MPa度KPa104KN/m3Q31.776.590.451412/外水頭按6m考慮，運(yùn)行期內(nèi)水頭為1.378m。硅強(qiáng)度等級(jí)：預(yù)制頂管硅為C50。鋼筋級(jí)別：受力鋼筋采用II級(jí)鋼筋（20MnSi）,分布鋼筋采

2、用I級(jí)鋼筋（AJ3或A3）。鋼筋保護(hù)層：按2cm進(jìn)行計(jì)算。2 .結(jié)構(gòu)計(jì)算2.1 設(shè)計(jì)準(zhǔn)則襯砌設(shè)計(jì)按限裂考慮，最大裂縫寬度不超過(guò)0.2mm2.2 計(jì)算荷載及荷載組合荷載：基本荷載包括圍巖壓力、襯砌自重、內(nèi)水壓力、穩(wěn)定滲流場(chǎng)靜水壓力；特殊荷載包括施工荷載、灌漿壓力、溫度荷載、地震荷載等。鑒于頂管所處洞段土質(zhì)很差，計(jì)算可不考慮彈性抗力。荷載組合：見(jiàn)下表2-1。表2-1荷載組合表工期,、山巖壓力自重內(nèi)水外水彈性施工柚鼓溫度作用地震作用施工期VVVVV完建期VVVVV運(yùn)行期VVVV檢修期VVV2.3荷載計(jì)算及計(jì)算工況2.3.1荷載計(jì)算內(nèi)水壓力：按設(shè)計(jì)水深加一定超高考慮，取1.7m。外水壓力：按有一定外水

3、考慮，取6m。自重：按設(shè)計(jì)厚度計(jì)算自重荷載，鋼筋混凝土容重取2.5T/m3;施工推進(jìn)力：按頂管最大推進(jìn)長(zhǎng)度對(duì)應(yīng)的推進(jìn)力考慮；溫度荷載：考慮到襯砌分縫等結(jié)構(gòu)措施，可不計(jì)；地震荷載：可不考慮；圍巖壓力：可按松動(dòng)介質(zhì)平衡理論和彈塑性理論估算圍巖壓力，采用普氏理論、太沙基、鐵路公式、彈塑性理論公式分別計(jì)算，經(jīng)綜合分析后，確定不同的圍巖壓力分布作為計(jì)算組次。各種公式類比計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2-2。表2-2山巖壓力荷載計(jì)算及選取值圍-uU類別計(jì)算參數(shù)物理力學(xué)參數(shù)幾何參數(shù)Q3巖石谷重kkN/m317.7洞室開(kāi)挖寬度B(m):堅(jiān)固系數(shù)0.62.3單位彈抗K0104XkN/m3/洞室開(kāi)挖圖度H(m)內(nèi)摩擦角k142.3

4、計(jì)算項(xiàng)目普氏公式太沙基公式鐵路公式彈塑性理論公式塌落拱高度h(m)4.918.310.5/垂直山巖壓力q(kN/m2)611461861239水平山巖壓力e(kN/m2)50751401239側(cè)向壓力系數(shù)入0.820.510.751說(shuō)明普氏公式h=(b+2mH)/2fm=tg(45-k/2)q=0.7丫he=m2T(0.7h+0.5H)太沙基公式q=0.7y(B/2+mH)/(tgk)h=q/ye=m2丫(0.7h+0.5H)式中m=tg(45-k/2)鐵路公式q=0.4526-以丫e=aqh=q/丫=1+i(B-5)i=0.1a=1/2、1/3、1/6、0、0(對(duì)應(yīng)與V、IV、III、II、

5、I類圍巖)Q3:a=0.51;Q2:a=0.30.5;N2:a=0.150.3s對(duì)應(yīng)I、II、III、IV、V(包括N2、Q2、Q3依次為：6、5、4、3、2、1、1、1彈塑性理論公式q=YHe=q2.3.2計(jì)算工況工況一(完建期)：山巖壓力+自重+外水；工況二(運(yùn)行期)：山巖壓力+自重+內(nèi)水+外水工況三(施工期)：山巖壓力+自重+頂進(jìn)力+外水；工況四(檢修期)：山巖壓力+自重+外水。工況一、二為基本荷載組合，工況三、四為特殊荷載組合2.3.3計(jì)算結(jié)果對(duì)不同工況下襯砌承載情況，分別按不同側(cè)向山巖壓力系數(shù)(入=0.51.0）考慮，列出計(jì)算組次，采用桿件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)力學(xué)的方法計(jì)算求出控制性的主要組次下

6、襯砌內(nèi)力后，可進(jìn)行配筋及裂縫計(jì)算分析。表2-3設(shè)計(jì)配筋表洞段圍巖類別壞向鋼筋縱向鋼筋備注內(nèi)層外層內(nèi)層外層Q313（|）1213（|）1245小845（|）82m段長(zhǎng)說(shuō)明：表中環(huán)向鋼筋為二級(jí)鋼筋。3.施工輔助計(jì)算3.1推力設(shè)計(jì)推力計(jì)算是頂管施工最基本的計(jì)算之一，計(jì)算公式如下：F=F0+（兀Bcq+W）廣FBcCL式中：F總才t力（kN）Fo初始推力（kN）Bc管外徑（m）q管周邊士布載荷（kPa）W每m管的重力（kN/m）w'管與土之間的摩擦系數(shù)，w'=tg（0C'管與土之間的粘著力（kPa）L推進(jìn)長(zhǎng)度（m）其中，在手掘式頂管中，F(xiàn)o=13.2兀BcN,N標(biāo)準(zhǔn)貫入值;管周

7、邊均布載荷q計(jì)算公式如下：q=We+p式中：We=（丫-2c/Be）Ce土白容重（kN/m3）c土的凝聚力（kPa）Be管頂土的擾動(dòng)寬度（m）Be=Bt1+sin（45-©/2）/cos（45-©/2）Bt為挖掘直徑（m），Bt=Bc+0.1Ce土的太沙基載荷系數(shù)（m）,Ce=1/（2K區(qū)/Be）1-e-（2KH/Be）H管頂以上覆土影響深度（m）K土的太沙基側(cè)向壓力系數(shù)，K=1-土的摩擦系數(shù)，=tg©0土的內(nèi)摩擦角（°）按全段推進(jìn)計(jì)算，推進(jìn)力為4800噸，鑒于頂進(jìn)設(shè)備限制，以最大頂進(jìn)力1800噸確定單段頂進(jìn)長(zhǎng)度和中繼間個(gè)數(shù)及設(shè)計(jì)相應(yīng)輔助設(shè)備。經(jīng)計(jì)算，單

8、段頂進(jìn)長(zhǎng)度為110m,頂進(jìn)力16750KN,需布置二個(gè)中繼間。3.2 掘進(jìn)方法設(shè)計(jì)擬采用手掘式掘進(jìn)方式，其計(jì)算主要內(nèi)容為：挖掘面自穩(wěn)計(jì)算覆土深度復(fù)核。3.2.1 挖掘面自穩(wěn)計(jì)算對(duì)于砂性土而言，挖掘面自穩(wěn)高度計(jì)算公式如下：%=4c/丫ttg（45+小式中：h0自立高度（m）c土的凝聚力（kPa）丫t土的容重（kN/m3）0土的內(nèi)摩擦角（°）經(jīng)計(jì)算，挖掘面自穩(wěn)高度ho=3.47m挖掘直徑Bt=2.3m,挖掘面穩(wěn)定。3.2.2 覆土深度復(fù)核對(duì)于可自立的砂性土，最小覆土深度計(jì)算公式如下：灰）或45。一孰中式中：Z管頂覆土深度（m）c土的凝聚力（kPa）丫t土的容重（kN/m3）。一一土的內(nèi)摩

9、擦角（°）Bc管外徑（m）Bs工具管挖掘長(zhǎng)度（m）經(jīng)計(jì)算，最小覆土深度為2.2m,頂管上埋度滿足要求。3.3 工作坑設(shè)計(jì)3.3.1 工作坑后座墻尺寸計(jì)算工作坑需提供反力以保證頂管單段推進(jìn)的最大推力，其反力應(yīng)為總推力的1.21.6倍。反力計(jì)算公式如下：R=AB（丫H2Kp/2+2cHKp0.5+丫hHKp）式中：R一一總推力之反力（kN）一一一系數(shù)（取1.52.5）B后座墻的寬度（m）土白容重（kN/m3）H一一后座墻的高度（m）Kp被動(dòng)土壓力系數(shù)，Kp=tg2（45+0/2）C土的凝聚力（kPa）H地面到后座墻頂部土體的高度（m）經(jīng)計(jì)算，確定后座墻埋置深度1.5m,墻高出坑底5m提供反力最大可達(dá)2020噸。3.3.2 工作坑后座墻結(jié)構(gòu)計(jì)算后座墻結(jié)構(gòu)計(jì)算需復(fù)核墻的承受頂推力、土壓力自重作用彎距和局部承壓抗剪切能力。后座墻承受彎距計(jì)算公式為Mr=0.28BT。ct式中：Mr后座墻所能承