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考虑土拱效应的顶管迎面阻力计算方法研究

中国公路学报 2024年

作者：张永杰李嘉兵欧雪峰罗志敏郑爽曹文贵长沙理工大学土木工程学院中国市政工程西南设计研究总院有限公司湖南大学土木工程学院

顶管迎面阻力作为评估掘进面稳定性的关键指标，可用于指导顶管机选型和刀盘磨损情况评价，简便有效的顶管迎面阻力计算方法是确保顶管快速掘进的基本保障。为此，本文通过分析掘进过程中机头前方土体的受力模式，在传统被动土压力计算... 详细信息

顶管迎面阻力作为评估掘进面稳定性的关键指标，可用于指导顶管机选型和刀盘磨损情况评价，简便有效的顶管迎面阻力计算方法是确保顶管快速掘进的基本保障。为此，本文通过分析掘进过程中机头前方土体的受力模式，在传统被动土压力计算理论基础上考虑机头前方土体大主应力拱的影响，构建了考虑土拱效应的顶管迎面阻力分析模型及其计算方法，并通过参数分析获得了模型中各因素对迎面阻力的影响规律。土拱效应充分发挥时，顶管迎面阻力随土体重度与粘聚力的增大基本呈线性增加，随刀盘外径、上层覆土厚度及土体内摩擦角的增大而呈非线性增加，其中顶管机刀盘外径与土体内摩擦角对顶管迎面阻力的影响最为显著。通过对比4个实际工程6个典型断面的迎面阻力监测结果、本文方法与既有方法的计算结果可知，本文方法计算结果均大于实测值，平均约为23.7%，且小于规范方法计算值，表明其具有较好的稳定性优势。因此，本文方法能很好的指导顶管机选型，有效防止顶推力不足造成的卡管、顶进效率低或地层不稳定等问题，可为今后类似工程提供有益借鉴。

关键词：顶管施工迎面阻力土拱效应被动土压力粘聚力

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顶管工程中顶进迎面阻力计算探讨

给水排水 2016年第3期42卷 106-111页

作者：刘华清付亚雄郑宏贺雷中国电力科学研究院输变电工程力学研究所北京100055 北京工业大学建筑工程学院北京100124

顶管工程中准确计算顶进力对于实际施工具有重要意义。迎面阻力是顶进力的重要组成部分,但是现有计算迎面阻力的公式较多、适用条件不明确且参数取值盲目性较大。通过对顶进力中迎面阻力的各种计算公式进行系统地整理分类,提出了一种考... 详细信息

顶管工程中准确计算顶进力对于实际施工具有重要意义。迎面阻力是顶进力的重要组成部分,但是现有计算迎面阻力的公式较多、适用条件不明确且参数取值盲目性较大。通过对顶进力中迎面阻力的各种计算公式进行系统地整理分类,提出了一种考虑土体压力作用点的迎面阻力计算公式,并结合计算实例对比分析,验证了改进公式的合理性。

关键词：顶管工程迎面阻力计算

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匀速流场中运动物体迎面阻力系数的确定

弹箭与制导学报 1982年第3期 25-30+101页

作者：周兰庭何顺录

本文对匀速流场中运动物体(如导弹、火箭、弹丸、破片等)的迎面阻力系数的确定,进行了详细的分析讨论。本文所提供的用实验确定阻力系数的计算公式,对今后确定有利弹形和各种形状破片的飞行性能研究具有参考意义。

关键词：运动物体迎面阻力相对误差测量误差场中

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垂直顶升法施工全过程顶升力研究

岩石力学与工程学报 2023年第S01期42卷 3589-3597页

作者：魏新江章书远王霄鲁梁梁丁智浙大城市学院土木工程系浙江杭州310015 浙江大学建筑工程学院浙江杭州310058

垂直顶升法施工过程的顶升力是随着上覆土厚度而变化的。为研究垂直顶升法施工中顶升力的变化规律,基于球形孔扩张理论和剪切破坏原理,提出2种顶升力计算模型:球孔扩张-滑动摩擦模型和剪切破化-滑动摩擦模型,提出一套施工全过程的顶升... 详细信息

垂直顶升法施工过程的顶升力是随着上覆土厚度而变化的。为研究垂直顶升法施工中顶升力的变化规律,基于球形孔扩张理论和剪切破坏原理,提出2种顶升力计算模型:球孔扩张-滑动摩擦模型和剪切破化-滑动摩擦模型,提出一套施工全过程的顶升力的理论计算方法,利用北海市某取排水工程实际监测数据,并设计室内模型试验,验证理论计算公式的正确性和适配性。研究结果表明,该垂直顶升法施工全过程顶升力的计算方法是可行的。

关键词：土力学垂直顶升法顶升力球孔扩张模型试验迎面阻力最大顶升力

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拱北隧道大直径曲线管幕顶管顶力研究

岩石力学与工程学报 2017年第9期36卷 2251-2259页

作者：史培新俞蔡城潘建立刘维苏州大学城市轨道交通学院江苏苏州215002 中铁十八局集团有限公司天津300222

以我国在建港珠澳大桥拱北隧道管幕工程为例,研究长距离大直径曲线管幕的施工顶力。总结曲线顶管顶力的主要组成及影响因素;比较和分析中国和日本顶管规范的预测顶力和现场实测顶力的差异;推荐总顶力中迎面阻力的计算公式以及管壁单位... 详细信息

以我国在建港珠澳大桥拱北隧道管幕工程为例,研究长距离大直径曲线管幕的施工顶力。总结曲线顶管顶力的主要组成及影响因素;比较和分析中国和日本顶管规范的预测顶力和现场实测顶力的差异;推荐总顶力中迎面阻力的计算公式以及管壁单位摩阻力和摩擦因数的取值;基于力学平衡,推导分节曲线顶管顶力的计算公式。研究表明:泥浆润滑后钢管的管壁单位摩阻力和摩擦因数远小于以往研究中提供的混凝土管的管壁单位摩阻力和摩擦因数;推导的分节曲线顶管顶力公式的计算顶力和实测顶力吻合良好。研究结果可为类似的管幕工程以及供水、污水、供电、通信等管道的顶管设计和施工提供有益参考。

关键词：隧道工程曲线管幕顶管顶力迎面阻力摩阻力

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拱北隧道工程中曲线顶管顶进力实测分析

隧道建设 2016年第8期36卷 947-952页

作者：谈力昕张鹏谢红明马保松中国地质大学(武汉)工程学院湖北武汉430074

港珠澳大桥珠海连接线拱北隧道工程口岸暗挖段采用曲线顶管管幕支护的施工方法,在复杂地层条件下计算曲线顶管顶进力是顶管施工的重点与难点。工程共计使用了37根外径为1 620 mm、平均长度约为255 m的钢顶管。结合现场施工记录,采用2种... 详细信息

港珠澳大桥珠海连接线拱北隧道工程口岸暗挖段采用曲线顶管管幕支护的施工方法,在复杂地层条件下计算曲线顶管顶进力是顶管施工的重点与难点。工程共计使用了37根外径为1 620 mm、平均长度约为255 m的钢顶管。结合现场施工记录,采用2种不同的计算方式对顶进力进行了估算并与实际顶进力进行对比验证。结果表明:经验公式中的摩阻力计算在埋深较大时比较符合实际情况,在浅层的淤泥质地层中则偏大;直接采用被动土压力计算迎面阻力是偏保守的;顶进力的大小与泥浆润滑关系密切,初始阶段泥浆的润滑作用并不显著,在形成稳定的泥浆套过程当中摩阻力会逐渐下降,甚至小于1 k N/m2。

关键词：港珠澳大桥拱北隧道曲线顶管顶进力迎面阻力摩阻力

岩石地层中钢顶管顶力计算方法与管道受力特性研究

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岩石地层中钢顶管顶力计算方法与管道受力特性研究

作者：赵文彬中南大学

学位级别：硕士

随着城市化建设纵深发展,交通拥堵、施工噪音等一系列“城市病”问题对人民生活造成了严重的影响,而城市地下与空间工程的开发与利用能够有效避免此类问题,顶管法作为一种非开挖施工技术,在市政地下管线建设工程中占据着重要的地位。顶... 详细信息

随着城市化建设纵深发展,交通拥堵、施工噪音等一系列“城市病”问题对人民生活造成了严重的影响,而城市地下与空间工程的开发与利用能够有效避免此类问题,顶管法作为一种非开挖施工技术,在市政地下管线建设工程中占据着重要的地位。顶管法集中于在一般土体中施工,相应的顶力计算理论和管节受力研究已然较为成熟,在诸多实际工程中得到了良好的验证。而随着顶管机的功能发展日益增强,适用于岩石地层中的顶管机也逐渐应用于实际工程,而顶管在岩石地层中的受力状况及管侧摩阻力和迎面阻力计算研究仍处于起步阶段。本文依托福建平潭闽江口“一闸三线”水资源配置工程中某曲线岩石顶管工程,通过理论分析、现场监测方法对施工过程中的管节应力变化规律、管节接触压力以及顶力计算展开了详细的研究,主要研究内容和成果如下:(1)基于管土接触假设,提出了管岩在不同接触条件和施工状态下的管侧摩阻力计算方法。未注浆状态下,考虑了全接触模式下管道与岩石之间的弹性抗力与粘聚力;注浆状态下,结合Hertz和Persson弹性接触理论推导了管岩部分接触时的接触角度和接触压力,并在此基础上根据现场实际情况提出了一种管渣接触模型。通过工程实例对计算模型进行验证分析,结果表明:未注浆时,在软岩地层中,管岩全接触状态下的顶力计算结果高于实测值,而硬岩地层中基于太沙基法的计算结果能够较好符合实测曲线。注浆条件下,考虑隧洞处于稳定状态时,管道与岩层处于点或线接触状态,考虑管道与沉渣带接触符合实际工况,当沉渣带沿顶进线路占比为80%时,实测曲线基本被包络在管渣接触上限和下限之间。(2)曲线顶进状态下,考虑曲率附加系数,并结合直线顶进状态下的管道与沉渣带接触模型,提出了硬岩地层中曲线顶管顶力计算方法。通过工程实例验证表明:钢顶管在岩石地层中曲线顶进时,曲率附加系数K是真实存在的,当曲率半径R=3000D管径时,拟合后的K值为1.12,误差允许范围内可直接考虑直线顶力模型进行计算。(3)考虑了钢顶管在硬岩地层中推进时,刀具与岩体相互作用时产生的贯入阻力,同时基于泥水平衡顶管刀盘与掌子面水土压力的动态平衡原理,提出顶管在硬岩层中的迎面阻力计算方法,该迎面阻力由滚刀正面推力合力和刀盘前方静止水压力两部分组成。结合现场工程实例表明:硬岩地层中,刀具的贯入阻力是顶力的重要组成部分,采用科罗拉多矿业模型(CSM模型)计算得到的滚刀正面推力大于静止水压力,两者结合与实测迎面阻力值符合良好。(4)通过现场监测试验,揭示了顶管在不同施工工况下的管节应力分布规律和管岩接触压力变化规律。监测结果表明:持续顶进作用下,环向应力变化相对稳定,变化规律不明显,同一监测断面在不同顶进位置时表现出完全相反的趋势,数值上总体表现为顶部≈底部>左部≈右部;管节轴向应力局部表现为受拉,且同一监测断面随顶进出现拉压反转现象,这是由于管线在注浆和纠偏共同作用下易处于空间曲线状态使得弯曲内侧承受额外的注浆压力而弯曲外侧产生额外的岩体抗力;管岩接触压力各测点在数值上表现为底部>顶部>左部≈右部,与环向应力的表现基本一致。持续加载状态下,轴向应力受顶力加载影响显著,复顶后各测点均表现出突增的现象;环向应力在耦合变形影响下各测点均有一定的增长,但变化趋势不明显;停止顶进后,管岩接触压力呈现出明显的回落,其主要与注浆压力的撤销、顶进线形走向等因素相关。图73幅,表18个,参考文献98篇

关键词：岩层钢顶管管岩接触管侧摩阻力迎面阻力现场监测工程验证