专利名称：圆形沉井的顶管设置方法
技术领域：
本发明涉及一种建筑工程施工技术领域，尤其涉及一种圆形沉井的顶管设置方法。
背景技术：
作为一种暗挖施工方法，顶管法施工具有诸多优点，如占地面积少；地下施工不影响地面活动；穿越铁路、公路、河流、建筑物等障碍物时可减少沿线的拆迁工作量；施工过程中不破坏现有管线及构筑物，不影响正常使用；施工无噪音，减少对沿线环境的污染。因此，顶管工法施工技术在近几年得到广泛的应用。市政工程的上、下水道、煤气、电力、通信工程、液化石油气、天然气输送管道以及各种油管、动力电缆、宽频网、光纤网等通讯电缆等的敷设都相继采用顶管工法施工。 顶管工作井是顶管施工的起始点，起着为顶管顶进提供顶推力的作用。随着顶管施工中顶进距离、管径、埋深的增加，所需要的后座反力也越来越大，已经由过去的百吨级上升到千吨级，工作井设置最需考量的是安全性问题。对于圆形沉井顶管的设置而言，其中最重要的一项系因考虑工作井后背堵的土压力对顶管工程的最大顶力。最大顶力计算中，基于土压力对土体反力的计算是重点。目前圆形沉井土体反力的计算方法主要是近似或经验公式。圆形沉井井壁作后背时，其后背的土压力分布图形比较复杂，一般假定为空间曲面分布。由于作了较多假设，且没有明确说明和依据，得出的计算结果与实际情况相差较大。我国的《给水排水工程钢筋混凝土沉井结构设计规程》CECS 137 :2002中规定，圆形沉井在顶力作用下的土压力分布如下后背和前壁的土压力分别为被动土压力和主动土压力，并呈余弦式分布，上下两侧的土压力为0，但实际工程中上下两侧也受到土压力作用，并不为O。因此，计算确定的工作井容许顶力难以反应实际情况。由此，业界需要有更安全的圆形沉井的顶管设置方法。
发明内容
本发明针对我国现有计算方法和规范中沉井受力模式不足和缺陷，提供一种圆形沉井顶管的设置方法，能通过获得圆形沉井顶管受力特征而安全地设置顶管。为了达成上述目的，本发明提供了一种圆形沉井的顶管设置方法，包括(a)获得应用所述圆形沉井的工作区所在区域的土体参数和沉井参数；(b)根据所述土体参数和沉井参数获得所述沉井各方向上的土压力；且((3)根据所述土压力的分布模式及所述土压力，获得所述工作井对所述顶管的最大顶力，并使所述顶管前进所需的顶推力小于所述最大顶力。一些实施例中，步骤(a)包括收集所述工作区的已有地质资料以确定所述工作区的土体参数；根据应用所述圆形沉井的施工方案，确定所述沉井参数。—些实施例中,所述土体参数包括土质的粘聚力C、内摩擦角Φ、及容重Y ;所述沉井参数包括所述圆形沉井的沉井底至原状地面埋置深度Hs、所述圆形沉井的外径D、及所述圆形沉井三与设备自重G。一些实施例中，所述土体参数通过以下方式确定通过充分收集工作区的地质资料，分析资料的可利用程度，取点对钻孔资料进行分类整理和分析，通过取样试验或原位试验，测定土体的内摩擦角φ和粘聚力C，且通过环刀法等测量土容重试验测定土体的容重Y，其中对于成层土，可根据每层土的厚度等效计算出相应参数；并且根据施工设计方案，确定出所述圆形沉井的沉井底至原状地面埋置深度Hs，所述圆形沉井的外径D，及所述圆形沉井与设备自重G。一些实施例中，根据所述土体及沉井参数，用考虑位移的土压力计算方法分别确定作用在所述沉井上的前壁土压力、后壁土压力、侧壁摩阻力和井底摩阻力。一些实施例中，所述前壁土压力为主动土压力均匀分布
Fm = Ka7H1 — Ac^KaH + —Ii
Iγ J其中，Ka为主动土压力系数。一些实施例中，所述后背土压力为静止土压力加上余弦式分布的被动土压力增量
Fa = \ [\-^Κ0γΗ2+^ΚργΗ2 +πο^Κ；Η R其中，VKp分别为静止、被动土压力系数；λ i为考虑沉井施工中扰动引起的折减系数。一些实施例中，所述侧壁摩阻力
./,、= AjaH2(0.64Kr + 0.36/i；j) mn δ + !.SSAiRcHtaiu>'其中，λ2为摩阻力比例系数；δ为所述沉井侧壁与土体接触摩擦角。一些实施例中，所述井底摩阻力为f 底=λ 3ff μ其中，λ 3为折减系数，W为沉井与设备自重减去水浮力，μ为摩阻系数。一些实施例中，所述允许最大顶力可以用以下公式计算Fmax = (F 后 +f 壁 +f 底-F 前)/k其中，k为安全系数,并且为2. O。由于本发明的方法通过地质资料和试验资料，确定工作区土体参数，结合管道的顶力，通过土压力公式及给出的土压力分布形状求出作用在所述沉井各个方向上的土压力，从而精确计算工作井的最大顶力。根据所述最大顶力，可安全地设置所述圆形沉井的顶管。结合附图，根据下文的通过示例说明本发明主旨的描述可清楚本发明的其他方面和优点。
结合附图，通过下文的述详细说明，可更清楚地理解本发明的上述及其他特征和优点，其中图I为根据本发明实施例的圆形沉井顶管的设置方法的流程图；图2为根据本发明实施例的圆形沉井顶管的工作井的水平土压力分布图；图3为根据本发明实施例的圆形沉井顶管的工作井的竖直土压力分布图。
具体实施例方式参见示出本发明实施例的附图，下文将更详细地描述本发明。然而，本发明可以以许多不同形式实现，并且不应解释为受在此提出之实施例的限制。相反，提出这些实施例是为了达成充分及完整公开，并且使本技术领域的技术人员完全了解本发明的范围。这些附 图中，为清楚起见，可能放大了层及区域的尺寸及相对尺寸。现参考图I详细描述根据本发明实施例的圆形沉井的顶管设置方法。如图I所示，对于所述计算方法，步骤SlOl中，获得应用所述圆形沉井的工作区所在区域的土体参数和沉井参数。根据所述圆形沉井的工作区所在的作业地点的不同，确定土体参数和沉井参数。本实施例中，收集应用圆形沉井的所述工作区的已有地质资料，以确定所述工作区的土体参数。此外，根据应用所述圆形沉井的施工方案，确定所述沉井参数。本实施例中，所述土体参数包括土质的粘聚力C、内摩擦角Φ,容重Y ;所述沉井参数包括沉井底至原状地面埋置深度Hs，沉井外径D，沉井与设备自重G。具体地，所述土体参数通过以下方式确定通过充分收集工作区的地质资料，分析资料的可利用程度，取点对钻孔资料进行分类整理和分析，通过取样试验或原位试验，测定土体的内摩擦角φ和粘聚力C，通过环刀法等测量土容重试验测定土体的容重Y。优选实施例中，对于成层土，可根据每层土的厚度等效计算出相应参数。此外，根据施工设计方案，确定出沉井底至原状地面埋置深度Hs，沉井外径D，沉井与设备自重G。步骤S103中，根据所述土体参数和沉井参数获得所述沉井各方向上的土压力。本实施例中，据所述土体及沉井参数，用考虑位移的土压力计算方法分别确定作用在所述沉井上的前壁土压力、后壁土压力、侧壁摩阻力和井底摩阻力。下文将详细描述前壁土压力、后壁土压力、侧壁摩阻力和井底摩阻力的计算。在所述计算中，考虑极限状态时的分布形态，前、后壁土压力的水平分布模式如图2所示，其中前壁为主动土压力均匀分布，后背为静止土压力加上余弦式分布的被动土压力增量。两者竖直方向的分布如图3所示，为竖直方向的三角形分布。所述前壁土压力为主动土压力均匀分布
权利要求
1.一种圆形沉井的顶管设置方法，其特征在于，包括以下步骤 Ca)获得应用所述圆形沉井的工作区所在区域的土体参数和沉井参数； (b)根据所述土体参数和沉井参数获得所述沉井各方向上的土压力；且 (c)根据所述土压力的分布模式及所述土压力，获得所述工作井对所述顶管的最大顶力，并使所述顶管前进所需的顶推力小于所述最大顶力。
2.根据权利要求I所述的设置方法，其特征在于，步骤(a)包括收集所述工作区的已有地质资料以确定所述工作区的土体参数；根据应用所述圆形沉井的施工方案，确定所述沉井参数。
3.根据权利要求2所述的设置方法，其特征在于，所述土体参数包括土质的粘聚力C、内摩擦角Φ、及容重Y ;所述沉井参数包括所述圆形沉井的沉井底至原状地面埋置深度Hs、所述圆形沉井的外径D、及所述圆形沉井与设备自重G。
4.根据权利要求3所述的设置方法，其特征在于，所述土体参数通过以下方式确定通过充分收集工作区的地质资料，分析资料的可利用程度，取点对钻孔资料进行分类整理和分析，通过取样试验或原位试验，测定土体的内摩擦角Φ和粘聚力C，且通过环刀法等测量土容重试验测定土体的容重Y，其中对于成层土，可根据每层土的厚度等效计算出相应参数；并且根据施工设计方案，确定出所述圆形沉井的沉井底至原状地面埋置深度Hs，所述圆形沉井的外径D，及所述圆形沉井与设备自重G。
5.根据权利要求I所述的设置方法，其特征在于，根据所述土体及沉井参数，用考虑位移的土压力计算方法分别确定作用在所述沉井上的前壁土压力、后壁土压力、侧壁摩阻力和井底摩阻力。
6.根据权利要求4所述的设置方法，其特征在于，所述前壁土压力为主动土压力均匀分布
7.根据权利要求4所述的设置方法，其特征在于，所述后背土压力为静止土压力加上余弦式分布的被动土压力增量
8.根据权利要求4所述的设置方法，其特征在于，所述侧壁摩阻力= AU (0.64/(,, -l· 036K0) tan δ-f !.SSAlRcH^i tan J 其中，λ2为摩阻力比例系数；δ为所述沉井侧壁与土体接触摩擦角。
9.根据权利要求4所述的设置方法，其特征在于，所述井底摩阻力为 f 底=μ 其中，λ 3为折减系数，w为沉井与设备自重减去水浮力，μ为摩阻系数。
10.根据权利要求I所述的设置方法，其特征在于，所述允许最大顶力可以用以下公式计算 Fmax = (F 后 +f 侧壁 +f 底-F 前)/k其中，k为安全系数,并且为2. O。
全文摘要
本发明提供了一种圆形沉井的顶管设置方法，包括(a)获得应用所述圆形沉井的工作区所在区域的土体参数和沉井参数；(b)根据所述土体参数和沉井参数获得所述沉井各方向上的土压力；且(c)根据所述土压力的分布模式及所述土压力，获得所述工作井对所述顶管的最大顶力，并使所述顶管前进所需的顶推力小于所述最大顶力。由于本发明的方法通过地质资料和试验资料，确定工作区土体参数，结合管道的顶力，通过土压力公式及给出的土压力分布形状求出作用在所述沉井各个方向上的土压力，从而精确计算工作井的最大顶力。根据所述最大顶力，可安全地设置所述圆形沉井的顶管。
文档编号H02G9/06GK102829246SQ20121033125
公开日2012年12月19日 申请日期2012年9月7日 优先权日2012年9月7日
发明者程仕远, 陈锦剑, 王建华, 雷晗 申请人:上海交通大学