軟土地區頂管施工頂力計算與應用

楊益平　鄭修軍

(寧波市市政公用工程安全質量監督站，浙江寧波　315000)

軟土地區頂管施工頂力計算與應用

楊益平鄭修軍

(寧波市市政公用工程安全質量監督站，浙江寧波315000)

摘要:分析了影響直線頂管施工頂力的因素，根據寧波市區土質的實際情況，以多個排水管道頂管工程為參考，結合現場實測數據，對淤泥質土層中直線頂管的頂推力進行了研究，得出了符合寧波軟土地區管道外壁與土的單位面積平均摩阻力的取值。

關鍵詞:直線頂管，施工頂力，摩阻力，軟土地區

頂管施工作為一種現代化的非開挖施工方法，具有施工時不需要開挖道路的特點，因此在城市管道工程中被廣泛地采用［1］。目前，寧波雖然在頂管技術應用上取得了顯著的進步，但由于缺乏適合于本地土質情況的施工頂力經驗公式，在設計、施工中增加不必要的工程成本，在一定程度上限制了頂管技術的進一步推廣和發展。因此，對頂管實際施工頂力進行計算分析，對其經濟性、安全性具有重要的意義。

1　直線頂管施工頂力影響因素分析

本文主要對直線頂管的施工頂力進行分析，由頂推力組成分析可知［2］，總頂力由兩部分組成:頂進正面阻力和管周摩擦阻力，在通常情況下對于長距離的頂管工程管周摩擦阻力構成了頂力的主要組成部分，對于頂進正面阻力PA和管周摩擦阻力Pf的計算，建立模型如圖1所示。

圖1　頂進正面阻力

頂進正面阻力主要與頂進前端的水平土壓力有關，見圖2，水平土壓力采用朗金主動土壓力理論計算，為簡化計算，假定以頂進前端中心線處的阻力PA均勻分布作用在頂進前端面上，同時由于寧波地區地下水位較高，且管道往往埋設于淤泥質土層中，故對頂進正面阻力采用“水土合算”的方式計算［3，4］，計算公式如下:

其中，c為土的內聚力，kPa;γ為土的重度，kN/m3;γ'為土的有效重度; Ka為主動土壓力系數，Ka=

圖2　頂進正面阻力計算模型

2　工程基本概況

本文主要以寧波市區排水管道頂管施工時取得的實際數據為基礎，上述管道均位于淤泥質土層且采用泥水平衡法施工，管材采用F型承插口式鋼筋混凝土管，詳細信息見表1。

表1　頂管施工基本信息表

由于寧波市區地處濱海淤積平原，高壓縮性的淤泥質軟弱土質較深厚，地下水主要賦存于表部人工填土及其下部的土層中的孔隙潛水，且埋深較淺，所選取的頂管工程管道均埋設于飽和淤泥質土層中，選取的土質參數見表2。

表2　淤泥質土層物理力學指標參數表

由表1可知，本文中頂力提供設備均采用200 t等推力油缸，油缸的技術參數為缸徑280 mm/210 mm，行程2 500 mm，在扣除摩阻力的基礎上取1 MPa的油壓值即頂推力為125 kN。

表1提供的5個項目施工中，在頂進過程中對部分管節進行了觸壁泥漿減阻，泥漿構成主要采用了安吉縣天豐膨潤土，具體參數見表3。

表3　天豐膨潤土技術指標

表4　項目1頂管頂力分析

工程實例頂推力分析。

本文在對頂推力分析時，主要依據GB 50268—2008給水排水管道工程施工及驗收規范中施工頂力計算公式Fp=πD0Lfk+ NF，通過千斤頂油壓表換算出實際頂推力Fp值，通過理論計算取得NF，最后通過公式fk= ( Fp－NF) /πD0L的計算，求得fk值即管道外壁與土的單位面積平均摩阻力，計算結果見表4～表8。

表5　項目2頂管頂推力分析

表6　項目3頂管頂推力分析

表7　項目4頂管頂推力分析

表8　項目5頂管頂推力分析

由表4～表8可知，實際管道外壁與土的單位面積平均摩阻力fk值位于1.93 kN/m2～2.54 kN/m2，較規范fk值小(規范要求中對于觸變泥漿技術成熟可靠、管外壁能形成和保持穩定、連續的泥漿套時，fk值取3.0 kN/m2～5.0 kN/m2)。同時，課題選取的幾個項目，在實際頂進過程中未進行全管段觸壁泥漿減阻，且對注漿后未進行補漿，若嚴格按照工藝要求實施，實際的fk值還要小不少，故通過該批數據的分析，在淤泥質土層中進行頂管作用，在對fk值取值時可取下限即3.0 kN/m2，如果在施工中可以做到全管段采取觸壁泥漿減阻及選用優質泥漿，fk值還可適當降低。

3　結語

本文結合寧波市區土質的實際情況，并以多個排水管道頂管工程為參考，基于現場實測數據的基礎上，通過對現行規范中理論公式的研究，對淤泥質土層中的直線頂管的頂推力進行了分析，全文總結如下:

1)本文在分析影響頂力因素的基礎上，對現有工程的頂進記錄數據進行分析，分析結果表明:淤泥質土層中直線頂管的實際頂推力遠小于規范上的理論值。

2)頂推力的正確計算直接關系著管節強度和后背結構形式的確定，影響到整個工程造價。

3)通過優化頂管施工中采用了觸變泥漿性能，可以有效的減小摩阻力。

參考文獻:

［1］余彬泉，陳傳燦.頂管技術［M］.北京:人民交通出版社，1998.

［2］薛振興.頂管施工計算與力學特性研究［D］.東營:中國石油大學碩士論文，2010:5.

［3］丁傳松.直線及曲線頂管施工中的頂推力研究［D］.南京:南京工業大學碩士論文，2004:5.

［4］何蓮.頂管設計及施工技術的研究［D］.哈爾濱:哈爾濱建筑大學碩士論文，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

作者簡介:楊益平(1985-)，男，碩士，工程師;鄭修軍(1983-)，男，碩士，工程師

收稿日期:2015-11-26

文章編號:1009-6825( 2016) 04-0102-02

中圖分類號:TU756.49

文獻標識碼:A