CN107330282A - 一种适用于长距离顶管顶进偏移对顶力函数的计算方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适用于长距离顶管顶进偏移对顶力函数的计算方法，属于隧道工程技术领域，包括获取顶管管节数量n以及相邻管节之间的偏移角度之差；基于顶进偏移对顶力的影响函数，对顶管管节数量以及相邻管节之间的偏移角度之差进行计算，得到发生偏移后的顶力与未发生偏移的顶力之比。通过确定顶进偏移对顶力影响函数，解决目前现阶段计算方法在确定顶管顶力时的结果不准确问题。

Description

一种适用于长距离顶管顶进偏移对顶力函数的计算方法

技术领域

本发明涉及隧道工程技术领域，特别涉及一种适用于长距离顶管顶进偏移对顶力函数的计算方法。

背景技术

顶管施工就是在工作坑内借助于顶进设备产生的顶力，克服管道与周围土体的摩擦力，将管道按设计的坡度顶入土中。在一节管子完成顶入土层之后，再下第二节管子继续顶进，依次类推，将管道埋设在两坑之间。在顶管施工过程中，顶力是整个顶管工程中最关键的参数，随着顶管机的不断开挖，管片全部需要依靠顶力将顶管顶入土中。顶力在管节间传递最终传至顶管机，进而去平衡开挖掌子面。

但是在实际工程中，顶力过大会造成管片产生受压破坏，也会使机头前方地面隆起，对千斤顶数量和吨位的选择、后座墙的设计以及中继间布置等各个工艺环节产生影响，且增加了不必要的成本。如果设计顶力偏小，会降低顶进速度，也会导致产生掌子面的塌方破坏，尤其是穿越河流过程中易产生塌方涌水现象导致工程事故。在顶管施工过程中，经常遇到穿越既有构筑物和地下管线等工程问题，施工中也不可避免的会引起地面和地下土体的移动，在土中产生附加应力。当土体位移过大时，将对周围构筑物和邻近地下管线构成危害。

顶管顶进过程是顶力传递的动态过程，顶力传递是通过管与管之间的轴向相互作用传递的，在顶管施工过程中，顶管会发生不同程度的偏移，直线顶管偏移的主要原因在于：一是，由于管道存在制造误差，存在垂直面内和水平面内的校正，以及管线的平顺转弯，当管道被顶进时，一段接一段的管道必然会产生小的角度偏差，从而在管道间的连接处产生应力集中。二是，封填材料受压时会产生不均匀的压缩，使顶进力传递不均与。三是，中继间发生偏斜，主要是由于中继间外侧张口带土造成的。四是，因土质条件或其他因素的变化二使管道顶进时偏离设计轴线。

对此，技术人员通过现场测试，提出顶管顶进是呈波状前进，顶管受力并不是均匀的，会产生应力集中现象。作用力偏离轴心，会产生偏转力矩，接头处产生偏转角度。但是现有的顶力计算均是按照直线顶管进行计算的，未考虑顶进偏移对顶力的影响，造成顶力计算结果不准确。

发明内容

本发明的目的在于提供一种适用于长距离顶管顶进偏移对顶力函数的计算方法，以提高顶力计算的准确性。

为实现以上目的，本发明采用的技术方案为：

获取顶管管节数量n以及相邻管节之间的偏移角度之差α；

基于顶进偏移对顶力的影响函数，对顶管管节数量以及相邻管节之间的偏移角度之差进行计算，得到发生偏移后的顶力与未发生偏移的顶力之比，其中，顶进偏移对顶力的影响函数具体为：

与现有技术相比，本发明存在以下技术效果：本发明基于顶管是呈波状前进顶进的基本假设，通过简化顶管波状前进的顶管受力模型，按照偏移对顶力的影响函数应该按照顶管机的运动轨迹进行计算，通过假设顶管覆土的深度相同，顶管偏移过程中单位长度摩擦阻力f相同，半个波长范围内每个顶管相对于上一个顶管偏移的角度相同，得到顶进偏移对顶力的影响函数，可准确的计算出顶进偏移对顶力的影响。

附图说明

下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述：

图1是本发明中呈波状管线的管土相互作用示意图；

图2是本发明一种适用于长距离顶管顶进偏移对顶力函数的计算方法的流程示意图。

具体实施方式

为了更进一步说明本发明的特征，请参阅以下有关本发明的详细说明与附图。所附图仅供参考与说明之用，并非用来对本发明的保护范围加以限制。

如图1至图2所示，本实施例公开了一种适用于长距离顶管顶进偏移对顶力函数的计算方法，包括如下步骤S1至S2：

S1、获取顶管管节数量n以及相邻管节之间的偏移角度之差α；

S2、基于顶进偏移对顶力的影响函数，对顶管管节数量以及相邻管节之间的偏移角度之差进行计算，得到发生偏移后的顶力与未发生偏移的顶力之比，其中，顶进偏移对顶力的影响函数具体为：

具体地，顶管顶进是个动态过程，尽管顶进时会实时纠偏，但是后续管节还会按照顶管机的轨迹运动，所以，本实施例中偏移对顶力的影响函数应该按照顶管机的运动轨迹进行计算。

本发明中假设顶管覆土深度相同，顶管偏移过程中单位长度摩阻力f相同。顶进偏移呈波形状前进，距离为L1，假设出现的波形形状相同，波长相同，根据图1所示，假设半个波长范围内每个顶管相对于上一个顶管偏移的角度相同，即第1节顶管偏转0度，第2节顶管偏移α，第3节顶管偏移2α，依次类推，第n节顶管偏移(n-1)α。假设第n节顶管达到最大偏转角度，即图1中半波长的中间位置的两节顶管位置，此时整个半波长范围内，共有2个偏转0度的顶管，有2个偏转α的顶管，有2个偏转2α的顶管，此次类推，有2个偏转(n-1)α的顶管。偏移部分波长的个数为λ，本实施例中不考虑顶进轴线偏移对迎面阻力的影响，此时顶力F：

在未发生偏移情况下的顶力F1，未发生偏移时，即α＝0时，F＝F1：

F＝4λL₀f，

偏移对顶力影响函数f_k为发生偏移后的顶力F与未发生偏移的顶力F1的比值，则有：

本发明的有益效果是：针对长距离顶管顶进偏移对直线顶管顶力的影响，考虑长距离顶管顶进呈波形运动的假设，提出一种适用于长距离顶管顶进偏移对顶力影响函数的计算方法，进而确定顶进偏移对顶力影响函数，解决目前现阶段计算方法在确定顶管顶力时的结果不准确问题。为长距离顶管技术应用于市政、石油、电力工程提供必要的理论支撑，改善现阶段长距离顶管工程理论滞后于工程实践的现状。同时本发明为顶管顶进设备选型、工作井布置和后靠背设计具有重要的指导意义。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种适用于长距离顶管顶进偏移对顶力函数的计算方法，其特征在于，包括：

获取顶管管节数量n以及相邻管节之间的偏移角度之差α；

基于顶进偏移对顶力的影响函数，对顶管管节数量以及相邻管节之间的偏移角度之差进行计算，得到发生偏移后的顶力与未发生偏移的顶力之比，其中，顶进偏移对顶力的影响函数具体为：

<mrow> <msub> <mi>f</mi> <mi>k</mi> </msub> <mo>=</mo> <mfrac> <mrow> <mo>&amp;lsqb;</mo> <mfrac> <mn>1</mn> <mrow> <mi>c</mi> <mi>o</mi> <mi>s</mi> <mn>0</mn> </mrow> </mfrac> <mo>+</mo> <mfrac> <mn>1</mn> <mrow> <mi>cos</mi> <mi>&amp;alpha;</mi> </mrow> </mfrac> <mo>+</mo> <mfrac> <mn>1</mn> <mrow> <mi>c</mi> <mi>o</mi> <mi>s</mi> <mn>2</mn> <mi>&amp;alpha;</mi> </mrow> </mfrac> <mo>+</mo> <mo>...</mo> <mo>+</mo> <mfrac> <mn>1</mn> <mrow> <mi>c</mi> <mi>o</mi> <mi>s</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mi>n</mi> <mo>-</mo> <mn>1</mn> <mo>)</mo> </mrow> <mi>&amp;alpha;</mi> </mrow> </mfrac> <mo>&amp;rsqb;</mo> </mrow> <mi>n</mi> </mfrac> <mo>.</mo> </mrow> 1