專利名稱：圓形沉井的頂管設置方法
技術領域：
本發明涉及一種建筑工程施工技術領域，尤其涉及一種圓形沉井的頂管設置方法。
背景技術：
作為一種暗挖施工方法，頂管法施工具有諸多優點，如占地面積少；地下施工不影響地面活動；穿越鐵路、公路、河流、建筑物等障礙物時可減少沿線的拆遷工作量；施工過程中不破壞現有管線及構筑物，不影響正常使用；施工無噪音，減少對沿線環境的污染。因此，頂管工法施工技術在近幾年得到廣泛的應用。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、動力電纜、寬頻網、光纖網等通訊電纜等的敷設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，起著為頂管頂進提供頂推力的作用。隨著頂管施工中頂進距離、管徑、埋深的增加，所需要的后座反力也越來越大，已經由過去的百噸級上升到千噸級，工作井設置最需考量的是安全性問題。對于圓形沉井頂管的設置而言，其中最重要的一項系因考慮工作井后背堵的土壓力對頂管工程的最大頂力。最大頂力計算中，基于土壓力對土體反力的計算是重點。目前圓形沉井土體反力的計算方法主要是近似或經驗公式。圓形沉井井壁作后背時，其后背的土壓力分布圖形比較復雜，一般假定為空間曲面分布。由于作了較多假設，且沒有明確說明和依據，得出的計算結果與實際情況相差較大。我國的《給水排水工程鋼筋混凝土沉井結構設計規程》CECS 137 :2002中規定，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土壓力和主動土壓力，并呈余弦式分布，上下兩側的土壓力為0，但實際工程中上下兩側也受到土壓力作用，并不為O。因此，計算確定的工作井容許頂力難以反應實際情況。由此，業界需要有更安全的圓形沉井的頂管設置方法。
發明內容
本發明針對我國現有計算方法和規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置方法，能通過獲得圓形沉井頂管受力特征而安全地設置頂管。為了達成上述目的，本發明提供了一種圓形沉井的頂管設置方法，包括(a)獲得應用所述圓形沉井的工作區所在區域的土體參數和沉井參數；(b)根據所述土體參數和沉井參數獲得所述沉井各方向上的土壓力；且((3)根據所述土壓力的分布模式及所述土壓力，獲得所述工作井對所述頂管的最大頂力，并使所述頂管前進所需的頂推力小于所述最大頂力。一些實施例中，步驟(a)包括收集所述工作區的已有地質資料以確定所述工作區的土體參數；根據應用所述圓形沉井的施工方案，確定所述沉井參數。—些實施例中,所述土體參數包括土質的粘聚力C、內摩擦角Φ、及容重Y ;所述沉井參數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備自重G。一些實施例中，所述土體參數通過以下方式確定通過充分收集工作區的地質資料，分析資料的可利用程度，取點對鉆孔資料進行分類整理和分析，通過取樣試驗或原位試驗，測定土體的內摩擦角φ和粘聚力C，且通過環刀法等測量土容重試驗測定土體的容重Y，其中對于成層土，可根據每層土的厚度等效計算出相應參數；并且根據施工設計方案，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備自重G。一些實施例中，根據所述土體及沉井參數，用考慮位移的土壓力計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、側壁摩阻力和井底摩阻力。一些實施例中，所述前壁土壓力為主動土壓力均勻分布
Fm = Ka7H1 — Ac^KaH + —Ii
Iγ J其中，Ka為主動土壓力系數。一些實施例中，所述后背土壓力為靜止土壓力加上余弦式分布的被動土壓力增量
Fa = \ [\-^Κ0γΗ2+^ΚργΗ2 +πο^Κ；Η R其中，VKp分別為靜止、被動土壓力系數；λ i為考慮沉井施工中擾動引起的折減系數。一些實施例中，所述側壁摩阻力
./,、= AjaH2(0.64Kr + 0.36/i；j) mn δ + !.SSAiRcHtaiu>'其中，λ2為摩阻力比例系數；δ為所述沉井側壁與土體接觸摩擦角。一些實施例中，所述井底摩阻力為f 底=λ 3ff μ其中，λ 3為折減系數，W為沉井與設備自重減去水浮力，μ為摩阻系數。一些實施例中，所述允許最大頂力可以用以下公式計算Fmax = (F 后 +f 壁 +f 底-F 前)/k其中，k為安全系數,并且為2. O。由于本發明的方法通過地質資料和試驗資料，確定工作區土體參數，結合管道的頂力，通過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方向上的土壓力，從而精確計算工作井的最大頂力。根據所述最大頂力，可安全地設置所述圓形沉井的頂管。結合附圖，根據下文的通過示例說明本發明主旨的描述可清楚本發明的其他方面和優點。
結合附圖，通過下文的述詳細說明，可更清楚地理解本發明的上述及其他特征和優點，其中圖I為根據本發明實施例的圓形沉井頂管的設置方法的流程圖；圖2為根據本發明實施例的圓形沉井頂管的工作井的水平土壓力分布圖；圖3為根據本發明實施例的圓形沉井頂管的工作井的豎直土壓力分布圖。
具體實施例方式參見示出本發明實施例的附圖，下文將更詳細地描述本發明。然而，本發明可以以許多不同形式實現，并且不應解釋為受在此提出之實施例的限制。相反，提出這些實施例是為了達成充分及完整公開，并且使本技術領域的技術人員完全了解本發明的范圍。這些附 圖中，為清楚起見，可能放大了層及區域的尺寸及相對尺寸。現參考圖I詳細描述根據本發明實施例的圓形沉井的頂管設置方法。如圖I所示，對于所述計算方法，步驟SlOl中，獲得應用所述圓形沉井的工作區所在區域的土體參數和沉井參數。根據所述圓形沉井的工作區所在的作業地點的不同，確定土體參數和沉井參數。本實施例中，收集應用圓形沉井的所述工作區的已有地質資料，以確定所述工作區的土體參數。此外，根據應用所述圓形沉井的施工方案，確定所述沉井參數。本實施例中，所述土體參數包括土質的粘聚力C、內摩擦角Φ,容重Y ;所述沉井參數包括沉井底至原狀地面埋置深度Hs，沉井外徑D，沉井與設備自重G。具體地，所述土體參數通過以下方式確定通過充分收集工作區的地質資料，分析資料的可利用程度，取點對鉆孔資料進行分類整理和分析，通過取樣試驗或原位試驗，測定土體的內摩擦角φ和粘聚力C，通過環刀法等測量土容重試驗測定土體的容重Y。優選實施例中，對于成層土，可根據每層土的厚度等效計算出相應參數。此外，根據施工設計方案，確定出沉井底至原狀地面埋置深度Hs，沉井外徑D，沉井與設備自重G。步驟S103中，根據所述土體參數和沉井參數獲得所述沉井各方向上的土壓力。本實施例中，據所述土體及沉井參數，用考慮位移的土壓力計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、側壁摩阻力和井底摩阻力。下文將詳細描述前壁土壓力、后壁土壓力、側壁摩阻力和井底摩阻力的計算。在所述計算中，考慮極限狀態時的分布形態，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土壓力均勻分布
權利要求
1.一種圓形沉井的頂管設置方法，其特征在于，包括以下步驟 Ca)獲得應用所述圓形沉井的工作區所在區域的土體參數和沉井參數； (b)根據所述土體參數和沉井參數獲得所述沉井各方向上的土壓力；且 (c)根據所述土壓力的分布模式及所述土壓力，獲得所述工作井對所述頂管的最大頂力，并使所述頂管前進所需的頂推力小于所述最大頂力。
2.根據權利要求I所述的設置方法，其特征在于，步驟(a)包括收集所述工作區的已有地質資料以確定所述工作區的土體參數；根據應用所述圓形沉井的施工方案，確定所述沉井參數。
3.根據權利要求2所述的設置方法，其特征在于，所述土體參數包括土質的粘聚力C、內摩擦角Φ、及容重Y ;所述沉井參數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備自重G。
4.根據權利要求3所述的設置方法，其特征在于，所述土體參數通過以下方式確定通過充分收集工作區的地質資料，分析資料的可利用程度，取點對鉆孔資料進行分類整理和分析，通過取樣試驗或原位試驗，測定土體的內摩擦角Φ和粘聚力C，且通過環刀法等測量土容重試驗測定土體的容重Y，其中對于成層土，可根據每層土的厚度等效計算出相應參數；并且根據施工設計方案，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備自重G。
5.根據權利要求I所述的設置方法，其特征在于，根據所述土體及沉井參數，用考慮位移的土壓力計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、側壁摩阻力和井底摩阻力。
6.根據權利要求4所述的設置方法，其特征在于，所述前壁土壓力為主動土壓力均勻分布
7.根據權利要求4所述的設置方法，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土壓力增量
8.根據權利要求4所述的設置方法，其特征在于，所述側壁摩阻力= AU (0.64/(,, -l· 036K0) tan δ-f !.SSAlRcH^i tan J 其中，λ2為摩阻力比例系數；δ為所述沉井側壁與土體接觸摩擦角。
9.根據權利要求4所述的設置方法，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，w為沉井與設備自重減去水浮力，μ為摩阻系數。
10.根據權利要求I所述的設置方法，其特征在于，所述允許最大頂力可以用以下公式計算 Fmax = (F 后 +f 側壁 +f 底-F 前)/k其中，k為安全系數,并且為2. O。
全文摘要
本發明提供了一種圓形沉井的頂管設置方法，包括(a)獲得應用所述圓形沉井的工作區所在區域的土體參數和沉井參數；(b)根據所述土體參數和沉井參數獲得所述沉井各方向上的土壓力；且(c)根據所述土壓力的分布模式及所述土壓力，獲得所述工作井對所述頂管的最大頂力，并使所述頂管前進所需的頂推力小于所述最大頂力。由于本發明的方法通過地質資料和試驗資料，確定工作區土體參數，結合管道的頂力，通過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方向上的土壓力，從而精確計算工作井的最大頂力。根據所述最大頂力，可安全地設置所述圓形沉井的頂管。
文檔編號H02G9/06GK102829246SQ20121033125
公開日2012年12月19日 申請日期2012年9月7日 優先權日2012年9月7日
發明者程仕遠, 陳錦劍, 王建華, 雷晗 申請人:上海交通大學