頂管頂力技術(shù)計(jì)算

南水北調(diào)濟(jì)南市市區(qū)續(xù)建配套工程?hào)|湖水庫(kù)輸水工程（三標(biāo)段）濟(jì)廣高速頂管技術(shù)指標(biāo)計(jì)算青島瑞源工程集團(tuán)有限公司東湖水庫(kù)輸水工程輸水管線施工Ⅲ標(biāo)項(xiàng)目部20161010日目 錄一、工程簡(jiǎn)介...........................................................................................................-1-二、施工方案...........................................................................................................-3-三、頂力計(jì)算...........................................................................................................-4-四、結(jié)論...................................................................................................................-8-一、工程簡(jiǎn)介1、位置4車道高速路，現(xiàn)在正在實(shí)施拓寬工程，加寬至雙向8車道，路面高程約為28.40m。工程位置處道路兩側(cè)現(xiàn)狀為農(nóng)田，路基高度約為3.3m。濟(jì)廣高速頂管段管道樁號(hào)范圍為16+558-16+708，頂管長(zhǎng)度為150m。管線與濟(jì)廣高速中心線交角為81.4°。頂管段管道中心線高程為18.20m。2、水文19.86—20.07m18.71m，位于地下水位以下。工程位置處現(xiàn)狀有現(xiàn)狀雨水管道等市政管線，但因該處為頂管施工，埋深較大，其他管線不影響頂管施工。3、地質(zhì)情況濟(jì)廣高速頂管穿越地層主要為⑤層壤土和⑥1層粘土，局部涉及到①1層壤土、②層輕壤土、②1層(裂隙)粘土、④層壤土和④1層粘土，地質(zhì)情況良好。①1層壤土(Q4al)：黃褐色，稍濕，可塑，局部硬塑，局部粉粒含量較高，ZK17ZK35ZK36ZK371.2~3.8m19.39~25.72m。②層輕壤土(Q4al)：黃褐色，稍濕~濕，干強(qiáng)度、韌性低，切面無光澤，搖震反應(yīng)輕微；該土層分布較連續(xù)，層厚0.6~4.8m，平均層厚1.96m。②1層(裂隙)粘土(Q4al)：黃褐色，局部淺灰色，稍濕~濕，可塑，可見發(fā)育2~5mm0.3~3.5m1.72m。④層壤土(Q4al)：淺灰色~灰色，局部灰褐色、黑灰色，飽和，可塑~軟塑，0.7~4.1m2.03m。④1層粘土(Q4al)~~局部硬塑，干強(qiáng)度、韌性高，切面有光澤，搖震反應(yīng)無；該土層分布不連續(xù)，層0.7~5.9m2.44m。⑤層壤土(Q4al)：黃褐色，局部淺灰褐色，飽和，可塑，局部偶見姜石，含5%0.5~5.0cm10cm，干強(qiáng)度、韌性中等，切面稍有光澤，搖震反應(yīng)無；該土層分布較連續(xù)，層厚0.9~4.9m2.38m7.64~20.19m。⑥1層粘土(Q4al)：黃褐色~褐黃色，飽和，可塑，局部硬塑，見姜石，含量5~10%1.5~4.0cm10cm，干強(qiáng)度、韌性高，切面有光DH2-11.2~5.0m，3.92m6.49~17.54m。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(jì)頂管采用DN1600三級(jí)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序頂管長(zhǎng)度 頂管深度套管管徑路基寬度樁號(hào) 穿越公路名稱 備注號(hào) （m） （mm） （m）16+480-161濟(jì)廣高速公路20010.94Φ160045原設(shè)計(jì)+68016+558-162濟(jì)廣高速公路1509.72Φ160045調(diào)整后+7085、頂管高程設(shè)計(jì)：調(diào)整后進(jìn)洞地面高程25.51米，管底高程17.4925.1117.4928.43米，17.49米。6、頂工作井的深度主要由設(shè)計(jì)管底高程決定，管外底高程加上基坑軌道及24.4016.70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(zhǎng)）×8.5米（寬）×7.1米（深。78.5米（長(zhǎng)）×6.0米（寬）×7.7（深。二、施工方案基本原理：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PPa時(shí)，地面就會(huì)產(chǎn)生沉降。反Pp地面就會(huì)隆起。如果把頂管機(jī)土倉(cāng)壓力值控制在Pa＜P＜Pp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(dòng)態(tài)的，頂管機(jī)具有動(dòng)態(tài)控制這種平衡的能力。三、頂力計(jì)算（一）管道允許頂力計(jì)算原設(shè)計(jì)頂進(jìn)管道采用DN1600III級(jí)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(jí)別，頂進(jìn)DN1600鋼筋混凝土管，壁厚160mm，外徑1920mm。DN1650鋼筋混凝土管允許頂力計(jì)算公式：123F 0.5123de

fcApQd 5其中：F

，為混凝土管道允許頂力，單位N；deΦ1Φ2，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；Φ50.79；fcpa；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。de經(jīng)過計(jì)算管道允許頂力計(jì)算F =11203600N=11204KN。de表3.1 管道允許頂力計(jì)算表鋼筋混凝土管鋼筋混凝土管(d=1600mm)計(jì)算公式Fde0.5 1 2 3f Ac p11203600Qd 5式中：Fde混凝土管道允許頂力N混凝土材料受壓強(qiáng)度折減系Φ10.9數(shù)Φ2偏心受壓強(qiáng)度提高系數(shù)1.05Φ3材料脆性系數(shù)0.85ΦΦ5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(jì)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Φ10.9ApΦ21.0588422411204Φ30.85γQd=Φ50.791.31120fc32.4KNt（二）管道頂力計(jì)算+F管道頂力包括頂管機(jī)迎面阻力和頂進(jìn)阻力，F(xiàn)=F+F1 211、頂進(jìn)阻力F= DLf11 k其中：D1為管道外徑，取1.92m；L為管道設(shè)計(jì)頂進(jìn)長(zhǎng)度，設(shè)計(jì)150m；kf kN/m2；k其數(shù)值一般通過試驗(yàn)確定，如果采用觸變泥漿減阻技術(shù)按下表選用鋼筋砼管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土類粘性土粉土粉、細(xì)砂土土類粘性土粉土粉、細(xì)砂土中、粗砂土管材可直接取值3.0-5.0kN/m2，本工程取5.0kN/m2。經(jīng)過計(jì)算，頂進(jìn)阻力F1=4521.6KN。2

D2 H4 g g g其中：D 頂管機(jī)外徑，取1.92m；g 18.45kN/m3；gH 9.72m。g經(jīng)過計(jì)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(jì)算表頂力計(jì)算頂力計(jì)算鋼筋混凝土管(d=1600mm)計(jì)算公式FDLf F21k5040.56式中：F總頂力標(biāo)準(zhǔn)值KND1管道外徑mL管道設(shè)計(jì)頂進(jìn)長(zhǎng)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D11.92L150fk5F2518.96F5041KN=504.0