顶管顶力技术计算

南水北调济南市市区续建配套工程东湖水库输水工程（三标段）济广高速顶管技术指标计算青岛瑞源工程集团有限公司东湖水库输水工程输水管线施工Ⅲ标项目部20161010日目 录一、工程简介...........................................................................................................-1-二、施工方案...........................................................................................................-3-三、顶力计算...........................................................................................................-4-四、结论...................................................................................................................-8-一、工程简介1、位置4车道高速路，现在正在实施拓宽工程，加宽至双向8车道，路面高程约为28.40m。工程位置处道路两侧现状为农田，路基高度约为3.3m。济广高速顶管段管道桩号范围为16+558-16+708，顶管长度为150m。管线与济广高速中心线交角为81.4°。顶管段管道中心线高程为18.20m。2、水文19.86—20.07m18.71m，位于地下水位以下。工程位置处现状有现状雨水管道等市政管线，但因该处为顶管施工，埋深较大，其他管线不影响顶管施工。3、地质情况济广高速顶管穿越地层主要为⑤层壤土和⑥1层粘土，局部涉及到①1层壤土、②层轻壤土、②1层(裂隙)粘土、④层壤土和④1层粘土，地质情况良好。①1层壤土(Q4al)：黄褐色，稍湿，可塑，局部硬塑，局部粉粒含量较高，ZK17ZK35ZK36ZK371.2~3.8m19.39~25.72m。②层轻壤土(Q4al)：黄褐色，稍湿~湿，干强度、韧性低，切面无光泽，摇震反应轻微；该土层分布较连续，层厚0.6~4.8m，平均层厚1.96m。②1层(裂隙)粘土(Q4al)：黄褐色，局部浅灰色，稍湿~湿，可塑，可见发育2~5mm0.3~3.5m1.72m。④层壤土(Q4al)：浅灰色~灰色，局部灰褐色、黑灰色，饱和，可塑~软塑，0.7~4.1m2.03m。④1层粘土(Q4al)~~局部硬塑，干强度、韧性高，切面有光泽，摇震反应无；该土层分布不连续，层0.7~5.9m2.44m。⑤层壤土(Q4al)：黄褐色，局部浅灰褐色，饱和，可塑，局部偶见姜石，含5%0.5~5.0cm10cm，干强度、韧性中等，切面稍有光泽，摇震反应无；该土层分布较连续，层厚0.9~4.9m2.38m7.64~20.19m。⑥1层粘土(Q4al)：黄褐色~褐黄色，饱和，可塑，局部硬塑，见姜石，含量5~10%1.5~4.0cm10cm，干强度、韧性高，切面有光DH2-11.2~5.0m，3.92m6.49~17.54m。4、输水管线与济广高速交叉采用顶管穿越方式通过公路，设计顶管采用DN1600三级钢筋混凝土管内套DN1400螺旋钢管顶管，具体位置见下表：表1 济广高速顶管与公路交叉情况表序序顶管长度 顶管深度套管管径路基宽度桩号 穿越公路名称 备注号 （m） （mm） （m）16+480-161济广高速公路20010.94Φ160045原设计+68016+558-162济广高速公路1509.72Φ160045调整后+7085、顶管高程设计：调整后进洞地面高程25.51米，管底高程17.4925.1117.4928.43米，17.49米。6、顶工作井的深度主要由设计管底高程决定，管外底高程加上基坑轨道及24.4016.70米。综合顶管机具的尺寸及作业要求，顶进坑净空尺寸定为16.0米（长）×8.5米（宽）×7.1米（深。78.5米（长）×6.0米（宽）×7.7（深。二、施工方案基本原理：顶管机在顶进过程中与它所处土层的地下水压力和土压力处于一种平衡状PPa时，地面就会产生沉降。反Pp地面就会隆起。如果把顶管机土仓压力值控制在Pa＜P＜Pp就能达到土压平衡。一般常把控制土压里P设置在静止吐压力P0±20KPa范围之内。顶管机与周围土体的平衡是动态的，顶管机具有动态控制这种平衡的能力。三、顶力计算（一）管道允许顶力计算原设计顶进管道采用DN1600III级钢筋混凝土管，壁厚160mm，内套DN1400螺旋钢管，壁厚12mm特加强级别，顶进DN1600钢筋混凝土管，壁厚160mm，外径1920mm。DN1650钢筋混凝土管允许顶力计算公式：123F 0.5123de

fcApQd 5其中：F

，为混凝土管道允许顶力，单位N；deΦ1Φ2，偏心受压强度提高系数，取1.05；Φ3，材料脆性系数，取0.85；Φ50.79；fcpa；32.4Ap，管道的最小有效传力面积，单位mm2；884224=3.14*9602-3.14*8002γQd，顶力分享系数；取1.3。de经过计算管道允许顶力计算F =11203600N=11204KN。de表3.1 管道允许顶力计算表钢筋混凝土管钢筋混凝土管(d=1600mm)计算公式Fde0.5 1 2 3f Ac p11203600Qd 5式中：Fde混凝土管道允许顶力N混凝土材料受压强度折减系Φ10.9数Φ2偏心受压强度提高系数1.05Φ3材料脆性系数0.85ΦΦ5混凝土强度标准调整系数0.79fc混凝土受压强度设计值paAp管道的最小有效传力面积mm2γQd顶力分享系数1.3基本数值Φ10.9ApΦ21.0588422411204Φ30.85γQd=Φ50.791.31120fc32.4KNt（二）管道顶力计算+F管道顶力包括顶管机迎面阻力和顶进阻力，F=F+F1 211、顶进阻力F= DLf11 k其中：D1为管道外径，取1.92m；L为管道设计顶进长度，设计150m；kf kN/m2；k其数值一般通过试验确定，如果采用触变泥浆减阻技术按下表选用钢筋砼管3.0-5.05.0-8.08.0-11.011.0-16.0钢管3.0-4.04.0-7.07.0-10.010.0-13.0土类粘性土粉土粉、细砂土土类粘性土粉土粉、细砂土中、粗砂土管材可直接取值3.0-5.0kN/m2，本工程取5.0kN/m2。经过计算，顶进阻力F1=4521.6KN。2

D2 H4 g g g其中：D 顶管机外径，取1.92m；g 18.45kN/m3；gH 9.72m。g经过计算，迎面阻力F2=518.96KN。3、管道总顶力F=F1+F2=4521.6KN+518.96KN=5040.56KN=504.06t。表3.2 管道顶力计算表顶力计算顶力计算钢筋混凝土管(d=1600mm)计算公式FDLf F21k5040.56式中：F总顶力标准值KND1管道外径mL管道设计顶进长度mfk管道外壁和土的平均摩阻力kN/m2F2顶管机的迎面阻力kN基本数值D11.92L150fk5F2518.96F5041KN=504.0