软土地区顶管施工顶力计算与应用

杨益平　郑修军

(宁波市市政公用工程安全质量监督站，浙江宁波　315000)

软土地区顶管施工顶力计算与应用

杨益平郑修军

(宁波市市政公用工程安全质量监督站，浙江宁波315000)

摘要:分析了影响直线顶管施工顶力的因素，根据宁波市区土质的实际情况，以多个排水管道顶管工程为参考，结合现场实测数据，对淤泥质土层中直线顶管的顶推力进行了研究，得出了符合宁波软土地区管道外壁与土的单位面积平均摩阻力的取值。

关键词:直线顶管，施工顶力，摩阻力，软土地区

顶管施工作为一种现代化的非开挖施工方法，具有施工时不需要开挖道路的特点，因此在城市管道工程中被广泛地采用［1］。目前，宁波虽然在顶管技术应用上取得了显著的进步，但由于缺乏适合于本地土质情况的施工顶力经验公式，在设计、施工中增加不必要的工程成本，在一定程度上限制了顶管技术的进一步推广和发展。因此，对顶管实际施工顶力进行计算分析，对其经济性、安全性具有重要的意义。

1　直线顶管施工顶力影响因素分析

本文主要对直线顶管的施工顶力进行分析，由顶推力组成分析可知［2］，总顶力由两部分组成:顶进正面阻力和管周摩擦阻力，在通常情况下对于长距离的顶管工程管周摩擦阻力构成了顶力的主要组成部分，对于顶进正面阻力PA和管周摩擦阻力Pf的计算，建立模型如图1所示。

图1　顶进正面阻力

顶进正面阻力主要与顶进前端的水平土压力有关，见图2，水平土压力采用朗金主动土压力理论计算，为简化计算，假定以顶进前端中心线处的阻力PA均匀分布作用在顶进前端面上，同时由于宁波地区地下水位较高，且管道往往埋设于淤泥质土层中，故对顶进正面阻力采用“水土合算”的方式计算［3，4］，计算公式如下:

其中，c为土的内聚力，kPa;γ为土的重度，kN/m3;γ'为土的有效重度; Ka为主动土压力系数，Ka=

图2　顶进正面阻力计算模型

2　工程基本概况

本文主要以宁波市区排水管道顶管施工时取得的实际数据为基础，上述管道均位于淤泥质土层且采用泥水平衡法施工，管材采用F型承插口式钢筋混凝土管，详细信息见表1。

表1　顶管施工基本信息表

由于宁波市区地处滨海淤积平原，高压缩性的淤泥质软弱土质较深厚，地下水主要赋存于表部人工填土及其下部的土层中的孔隙潜水，且埋深较浅，所选取的顶管工程管道均埋设于饱和淤泥质土层中，选取的土质参数见表2。

表2　淤泥质土层物理力学指标参数表

由表1可知，本文中顶力提供设备均采用200 t等推力油缸，油缸的技术参数为缸径280 mm/210 mm，行程2 500 mm，在扣除摩阻力的基础上取1 MPa的油压值即顶推力为125 kN。

表1提供的5个项目施工中，在顶进过程中对部分管节进行了触壁泥浆减阻，泥浆构成主要采用了安吉县天丰膨润土，具体参数见表3。

表3　天丰膨润土技术指标

表4　项目1顶管顶力分析

工程实例顶推力分析。

本文在对顶推力分析时，主要依据GB 50268—2008给水排水管道工程施工及验收规范中施工顶力计算公式Fp=πD0Lfk+ NF，通过千斤顶油压表换算出实际顶推力Fp值，通过理论计算取得NF，最后通过公式fk= ( Fp－NF) /πD0L的计算，求得fk值即管道外壁与土的单位面积平均摩阻力，计算结果见表4～表8。

表5　项目2顶管顶推力分析

表6　项目3顶管顶推力分析

表7　项目4顶管顶推力分析

表8　项目5顶管顶推力分析

由表4～表8可知，实际管道外壁与土的单位面积平均摩阻力fk值位于1.93 kN/m2～2.54 kN/m2，较规范fk值小(规范要求中对于触变泥浆技术成熟可靠、管外壁能形成和保持稳定、连续的泥浆套时，fk值取3.0 kN/m2～5.0 kN/m2)。同时，课题选取的几个项目，在实际顶进过程中未进行全管段触壁泥浆减阻，且对注浆后未进行补浆，若严格按照工艺要求实施，实际的fk值还要小不少，故通过该批数据的分析，在淤泥质土层中进行顶管作用，在对fk值取值时可取下限即3.0 kN/m2，如果在施工中可以做到全管段采取触壁泥浆减阻及选用优质泥浆，fk值还可适当降低。

3　结语

本文结合宁波市区土质的实际情况，并以多个排水管道顶管工程为参考，基于现场实测数据的基础上，通过对现行规范中理论公式的研究，对淤泥质土层中的直线顶管的顶推力进行了分析，全文总结如下:

1)本文在分析影响顶力因素的基础上，对现有工程的顶进记录数据进行分析，分析结果表明:淤泥质土层中直线顶管的实际顶推力远小于规范上的理论值。

2)顶推力的正确计算直接关系着管节强度和后背结构形式的确定，影响到整个工程造价。

3)通过优化顶管施工中采用了触变泥浆性能，可以有效的减小摩阻力。

参考文献:

［1］余彬泉，陈传灿.顶管技术［M］.北京:人民交通出版社，1998.

［2］薛振兴.顶管施工计算与力学特性研究［D］.东营:中国石油大学硕士论文，2010:5.

［3］丁传松.直线及曲线顶管施工中的顶推力研究［D］.南京:南京工业大学硕士论文，2004:5.

［4］何莲.顶管设计及施工技术的研究［D］.哈尔滨:哈尔滨建筑大学硕士论文，2000.

Calculation and application on jacking force induced by pipe jacking construction in soft soil

Yang Yiping Zheng Xiujun
( Ningbo Municipal Utilities Engineering Safety Quality Surveillance，Ningbo 315000，China)

Abstract:This paper analyzed the factors influence the linear pipe jacking construction jacking force，according to the actual situation of area soil quality in Ningbo，taking multiple drainage pipe jacking engineering as reference，combining with the field measured data，researched the linear pipe jacking force in muddy soil，concluded that the evaluation conformed the soft soil area pipeline outer wall in Ningbo and unit area average friction resistance of soil.

Key words:linear pipe jacking，construction jacking force，frictional resistance，soft soil area

作者简介:杨益平(1985-)，男，硕士，工程师;郑修军(1983-)，男，硕士，工程师

收稿日期:2015-11-26

文章编号:1009-6825( 2016) 04-0102-02

中图分类号:TU756.49

文献标识码:A