專利名稱：圓形沉井的頂管設(shè)置方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種建筑工程施工技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種圓形沉井的頂管設(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(guò)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(wú)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)提供頂推力的作用。隨著頂管施工中頂進(jìn)距離、管徑、埋深的增加，所需要的后座反力也越來(lái)越大，已經(jīng)由過(guò)去的百噸級(jí)上升到千噸級(jí)，工作井設(shè)置最需考量的是安全性問(wèn)題。對(duì)于圓形沉井頂管的設(shè)置而言，其中最重要的一項(xiàng)系因考慮工作井后背堵的土壓力對(duì)頂管工程的最大頂力。最大頂力計(jì)算中，基于土壓力對(duì)土體反力的計(jì)算是重點(diǎn)。目前圓形沉井土體反力的計(jì)算方法主要是近似或經(jīng)驗(yàn)公式。圓形沉井井壁作后背時(shí)，其后背的土壓力分布圖形比較復(fù)雜，一般假定為空間曲面分布。由于作了較多假設(shè)，且沒(méi)有明確說(shuō)明和依據(jù)，得出的計(jì)算結(jié)果與實(shí)際情況相差較大。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，圓形沉井在頂力作用下的土壓力分布如下后背和前壁的土壓力分別為被動(dòng)土壓力和主動(dòng)土壓力，并呈余弦式分布，上下兩側(cè)的土壓力為0，但實(shí)際工程中上下兩側(cè)也受到土壓力作用，并不為O。因此，計(jì)算確定的工作井容許頂力難以反應(yīng)實(shí)際情況。由此，業(yè)界需要有更安全的圓形沉井的頂管設(shè)置方法。

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，提供一種圓形沉井頂管的設(shè)置方法，能通過(guò)獲得圓形沉井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)明提供了一種圓形沉井的頂管設(shè)置方法，包括(a)獲得應(yīng)用所述圓形沉井的工作區(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)獲得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，獲得所述工作井對(duì)所述頂管的最大頂力，并使所述頂管前進(jìn)所需的頂推力小于所述最大頂力。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)用所述圓形沉井的施工方案，確定所述沉井參數(shù)。—些實(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)包括所述圓形沉井的沉井底至原狀地面埋置深度Hs、所述圓形沉井的外徑D、及所述圓形沉井三與設(shè)備自重G。一些實(shí)施例中，所述土體參數(shù)通過(guò)以下方式確定通過(guò)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(guò)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(guò)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，確定出所述圓形沉井的沉井底至原狀地面埋置深度Hs，所述圓形沉井的外徑D，及所述圓形沉井與設(shè)備自重G。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
Fm = Ka7H1 — Ac^KaH + —Ii
Iγ J其中，Ka為主動(dòng)土壓力系數(shù)。一些實(shí)施例中，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
Fa = \ [\-^Κ0γΗ2+^ΚργΗ2 +πο^Κ；Η R其中，VKp分別為靜止、被動(dòng)土壓力系數(shù)；λ i為考慮沉井施工中擾動(dòng)引起的折減系數(shù)。一些實(shí)施例中，所述側(cè)壁摩阻力
./,、= AjaH2(0.64Kr + 0.36/i；j) mn δ + !.SSAiRcHtaiu>'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。一些實(shí)施例中，所述井底摩阻力為f 底=λ 3ff 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)。一些實(shí)施例中，所述允許最大頂力可以用以下公式計(jì)算Fmax = (F 后 +f 壁 +f 底-F 前)/k其中，k為安全系數(shù),并且為2. O。由于本發(fā)明的方法通過(guò)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(guò)土壓力公式及給出的土壓力分布形狀求出作用在所述沉井各個(gè)方向上的土壓力，從而精確計(jì)算工作井的最大頂力。根據(jù)所述最大頂力，可安全地設(shè)置所述圓形沉井的頂管。結(jié)合附圖，根據(jù)下文的通過(guò)示例說(shuō)明本發(fā)明主旨的描述可清楚本發(fā)明的其他方面和優(yōu)點(diǎn)。


結(jié)合附圖，通過(guò)下文的述詳細(xì)說(shuō)明，可更清楚地理解本發(fā)明的上述及其他特征和優(yōu)點(diǎn)，其中圖I為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的圓形沉井頂管的設(shè)置方法的流程圖；圖2為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的圓形沉井頂管的工作井的水平土壓力分布圖；圖3為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的圓形沉井頂管的工作井的豎直土壓力分布圖。
具體實(shí)施例方式參見(jiàn)示出本發(fā)明實(shí)施例的附圖，下文將更詳細(xì)地描述本發(fā)明。然而，本發(fā)明可以以許多不同形式實(shí)現(xiàn)，并且不應(yīng)解釋為受在此提出之實(shí)施例的限制。相反，提出這些實(shí)施例是為了達(dá)成充分及完整公開(kāi)，并且使本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員完全了解本發(fā)明的范圍。這些附 圖中，為清楚起見(jiàn)，可能放大了層及區(qū)域的尺寸及相對(duì)尺寸?，F(xiàn)參考圖I詳細(xì)描述根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的圓形沉井的頂管設(shè)置方法。如圖I所示，對(duì)于所述計(jì)算方法，步驟SlOl中，獲得應(yīng)用所述圓形沉井的工作區(qū)所在區(qū)域的土體參數(shù)和沉井參數(shù)。根據(jù)所述圓形沉井的工作區(qū)所在的作業(yè)地點(diǎn)的不同，確定土體參數(shù)和沉井參數(shù)。本實(shí)施例中，收集應(yīng)用圓形沉井的所述工作區(qū)的已有地質(zhì)資料，以確定所述工作區(qū)的土體參數(shù)。此外，根據(jù)應(yīng)用所述圓形沉井的施工方案，確定所述沉井參數(shù)。本實(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,容重Y ;所述沉井參數(shù)包括沉井底至原狀地面埋置深度Hs，沉井外徑D，沉井與設(shè)備自重G。具體地，所述土體參數(shù)通過(guò)以下方式確定通過(guò)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(guò)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，通過(guò)環(huán)刀法等測(cè)量土容重試驗(yàn)測(cè)定土體的容重Y。優(yōu)選實(shí)施例中，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)。此外，根據(jù)施工設(shè)計(jì)方案，確定出沉井底至原狀地面埋置深度Hs，沉井外徑D，沉井與設(shè)備自重G。步驟S103中，根據(jù)所述土體參數(shù)和沉井參數(shù)獲得所述沉井各方向上的土壓力。本實(shí)施例中，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。下文將詳細(xì)描述前壁土壓力、后壁土壓力、側(cè)壁摩阻力和井底摩阻力的計(jì)算。在所述計(jì)算中，考慮極限狀態(tài)時(shí)的分布形態(tài)，前、后壁土壓力的水平分布模式如圖2所示，其中前壁為主動(dòng)土壓力均勻分布，后背為靜止土壓力加上余弦式分布的被動(dòng)土壓力增量。兩者豎直方向的分布如圖3所示，為豎直方向的三角形分布。所述前壁土壓力為主動(dòng)土壓力均勻分布
權(quán)利要求
1.一種圓形沉井的頂管設(shè)置方法，其特征在于，包括以下步驟 Ca)獲得應(yīng)用所述圓形沉井的工作區(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)獲得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，獲得所述工作井對(duì)所述頂管的最大頂力，并使所述頂管前進(jìn)所需的頂推力小于所述最大頂力。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的設(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)用所述圓形沉井的施工方案，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)包括所述圓形沉井的沉井底至原狀地面埋置深度Hs、所述圓形沉井的外徑D、及所述圓形沉井與設(shè)備自重G。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的設(shè)置方法，其特征在于，所述土體參數(shù)通過(guò)以下方式確定通過(guò)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(guò)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(guò)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，確定出所述圓形沉井的沉井底至原狀地面埋置深度Hs，所述圓形沉井的外徑D，及所述圓形沉井與設(shè)備自重G。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的設(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所述的設(shè)置方法，其特征在于，所述側(cè)壁摩阻力= AU (0.64/(,, -l· 036K0) tan δ-f !.SSAlRcH^i tan J 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所述的設(shè)置方法，其特征在于，所述井底摩阻力為 f 底=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)明提供了一種圓形沉井的頂管設(shè)置方法，包括(a)獲得應(yīng)用所述圓形沉井的工作區(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)獲得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，獲得所述工作井對(duì)所述頂管的最大頂力，并使所述頂管前進(jìn)所需的頂推力小于所述最大頂力。由于本發(fā)明的方法通過(guò)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(guò)土壓力公式及給出的土壓力分布形狀求出作用在所述沉井各個(gè)方向上的土壓力，從而精確計(jì)算工作井的最大頂力。根據(jù)所述最大頂力，可安全地設(shè)置所述圓形沉井的頂管。
文檔編號(hào)H02G9/06GK102829246SQ20121033125
公開(kāi)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), 陳錦劍, 王建華, 雷晗 申請(qǐng)人:上海交通大學(xué)