1泥水平衡顶管施工选材计算

覆土厚度H(m)推进长度L(m)7001.80.630水位至地面车轮分布角度θ°＝活载车轮接地宽度(m)a＝壁厚t(m)管外径Bc(m)管的资料容重γ(kN/m3)地质资料16.4管侧粘聚力取值范围管c'12.441.441、基础资料（取W42～W55段，地质为全风化片岩）0.7管口径D(m)管重W(kN/m)1.20.12管法向土压力取值范围α0.37.113.47.50.8244摩擦角φ粘聚力c(kPa）汽车单只后轮荷载(kN)P'＝冲击系数i＝车身宽度(m)B＝第19页计算方法(一）F－－总推力(kN)F=Fo+πBcτaL=3697.47Fo－－初始推力(kN)Bc－－管外径(m)τa－－管与土间的剪切应力(kPa)L－－推进长度(m)Fo＝(pe+pw+△p)πBc2/4pe－－挖掘面前土压力(取pe＝150kPa)＝385.98pw－－地下水压力(kPa)△p－－附加压力(一般为20kPa)τa=min(3,0.2(C'+σ'μ'))＝3.00C'管土的粘聚力(kPa)(C'=c'*c)σ'－－管子法向土压力(kPa)μ'=tg(φ/2)=0.12μ'－－管与土的摩擦系数σ'＝αq+2W/(π2(Bc-t))α--管子法向土压力取值范围=45.41q－－管周环向均布荷载(kPa)Bc－－管外径(m)t－－管壁厚度(m)q=We+pW－－每米管子的重力(kN/m)=62.14We－－管顶垂直荷载(kpa)p－－地面动荷载(kPa)We=(γ-2c/Be)Ceγ－－土的容重(kN/m3)=53.74c－－土的粘聚力(kPa)Be－－管顶土的扰动宽度(m)Ce－－土的太沙基荷载系数Ce=[1-e-(2KμH/Be)]/(2Kμ/Be)K－－土的太沙基车厢土压系数(K=1)=4.50μ－－土的摩擦系数(μ=tgφ)H－－管顶以上覆土深度(m)Be=Bt[(1+sin(45°-φ/2))/cos(45°-φ/2)]=3.18Bt=Bc+0.1Bt--挖掘直径(m)=1.54P'－－汽车单只后轮荷载(kN)i－－冲击系数p=2P'(1+i)/[B(a+2Htanθ°)]B－－车身宽度(m)=8.40a－－车轮接地宽度(m)θ°－－车轮分布角度计算方法(二)简易方法F=Fo+(RS+Wf)L=4304.58R－－综合摩擦阻力(kPa)R＝3.00S－－管外周长(m)S＝4.52f－－管在土中摩擦系数(取0.2）选C40砼管fck=26.8(MPa)允许顶力F=0.8Afck=10669.15(kN)计算表明：施工顶力小于所选管材最大允许顶力为F,管材满足施工要求。注：计算考虑注浆减少摩擦的有利影响，摩擦折减系数取0.2。2、泥水平衡顶管推力计算(参考余彬泉、陈传灿编著《顶管施工技术》)第20页主动土压系数Ka=0.3主动土压力(kPa):qa＝14.40汽车土侧压力(kPa):qQ'＝2.52管顶上部土压在管顶影响宽度(m):B＝Bc[1+tg(45°-φ/2)]=2.58不开槽施工土压系数Cj=[1-e-(2KμH/B)]/(2Kμ)=1.57管顶竖向土压力(kPa):Fsv,k=CjγBBc=95.81管顶汽车竖向压力(kPa):qQ＝8.40(1)、承载能力极限状态组合管顶竖向荷载(kPa):qv=1.27Fsv,k+*1.4qQ(D+t)=137.21管侧向荷载(kPa):qH=(1.27qa+1.4qQ')(D+t)=28.80基础支撑角度管底A管顶B管中Cqv作用下内力系数kmv120°0.1540.136-0.138qH作用下内力系数kmH120°-0.125-0.1250.125M=0.5(D+t)(qvkmv+qHkmH)120°11.579.94-10.12(2)、正常使用极限状态组合管顶竖向荷载(kPa):qv=Fsv,k+0.5*qQ(D+t)=101.36管侧向荷载(kPa):qH=(qa+0.5*qQ')(D+t)=16.06基础支撑角度管底A管顶B管中Cqv作用下内力系数km120°0.1540.136-0.138qH作用下内力系数km120°-0.125-0.1250.125M=0.5(D+t)(qvkmv+qHkmH)120°8.987.77-7.91管道壁厚(m):t＝0.12C40砼抗拉强度(Mpa):ftk＝2.4截面模量(m3/m):W＝0.0024受拉区塑性影响系数:γp=2So/W=1.5重心轴面积矩(m3/m):So＝0.0018开裂弯矩(kN·m/m):Mcr=γpftkW=8.64结论：计算可见，所选管材满足使用要求3、管材抗弯计算(参照CECS143:2002计算,不计相对于土压力很小的管道自重及管内水重)第21页覆土厚度H(m)推进长度L(m)7001.80.630计算方法(一）F－－总推力(kN)F=Fo+πBcτaL=3502.62Fo－－初始推力(kN)Bc－－管外径(m)τa－－管与土间的剪切应力(kPa)L－－推进长度(m)Fo＝(pe+pw+△p)πBc2/4pe－－挖掘面前土压力(取pe＝150kPa)＝268.04pw－－地下水压力(kPa)△p－－附加压力(一般为20kPa)τa=min(3,0.2（C'+σ'μ'))＝3.00C'管土的粘聚力(kPa)(C'=c'*c)σ'－－管子法向土压力(kPa)μ'=tg(φ/2)=0.12μ'－－管与土的摩擦系数σ'＝αq+2W/(π2(Bc-t))α--管子法向土压力取值范围=39.70q－－管周环向均布荷载(kPa)Bc－－管外径(m)t－－管壁厚度(m)q=We+pW－－每米管子的重力(kN/m)=54.44We－－管顶垂直荷载(kpa)p－－地面动荷载(kPa)We=(γ-2c/Be)Ceγ－－土的容重(kN/m3)=46.04c－－土的粘聚力(kPa)Be－－管顶土的扰动宽度(m)Ce－－土的太沙基荷载系数0.7活载车轮分布角度θ°＝2、泥水平衡顶管推力计算(参考余彬泉、陈传灿编著《顶管施工技术》)16.40.828613.4车身宽度(m)B＝车轮接地宽度(m)a＝汽车单只后轮荷载(kN)P'＝冲击系数i＝管的资料10.11.28.647.5水位至地面管法向土压力取值范围α容重γ(kN/m3)摩擦角φ粘聚力c(kPa）管侧粘聚力取值范围c'7.1地质资料管口径D(m)壁厚t(m)管外径Bc(m)管重W(kN/m)0.31、基础资料（取W102～W124段，地质为淤泥质土）第22页Ce=[1-e-(2KμH/Be)]/(2Kμ/Be)K－－土的太沙基车厢土压系数(K=1)=4.14μ－－土的摩擦系数(μ=tgφ)H－－管顶以上覆土深度(m)Be=Bt[(1+sin(45°-φ/2))/cos(45°-φ/2)]=2.68Bt=Bc+0.1Bt--挖掘直径(m)=1.3P'－－汽车单只后轮荷载(kN)i－－冲击系数p=2P'(1+i)/[B(a+2Htanθ°)]B－－车身宽度(m)=8.40a－－车轮接地宽度(m)θ°－－车轮分布角度计算方法(二)简易方法F=Fo+(RS+Wf)L=3996.80R－－综合摩擦阻力(kPa)R＝3.00S－－管外周长(m)S＝3.77f－－管在土中摩擦系数(取0.2）选C40砼管fck=26.8(MPa)允许顶力F=0.8Afck=7409.13(kN)计算表明：施工顶力小于所选管材最大允许顶力为F,管材满足施工要求。注：计算考虑注浆减少摩擦的有利影响，摩擦折减系数取0.2。主动土压系数Ka=0.3主动土压力(kPa):qa＝14.40汽车土侧压力(kPa):qQ'＝2.52管顶上部土压在管顶影响宽度(m):B＝Bc[1+tg(45°-φ/2)]=2.15不开槽施工土压系数Cj=[1-e-(2KμH/B)]/(2Kμ)=1.70管顶竖向土压力(kPa):Fsv,k=CjγBBc=71.91管顶汽车竖向压力(kPa):qQ＝8.40(1)、承载能力极限状态组合管顶竖向荷载(kPa):qv=1.27Fsv,k+*1.4qQ(D+t)=104.26管侧向荷载(kPa):qH=(1.27qa+1.4qQ')(D+t)=24.00基础支撑角度管底A管顶B管中Cqv作用下内力系数kmv120°0.1540.136-0.138qH作用下内力系数kmH120°-0.125-0.1250.125M=0.5(D+t)(qvkmv+qHkmH)120°7.186.15-6.263、管材抗弯计算(参照CECS142:2002计算,不计相对于土压力很小的管道自重及管内水重)第23页(2)、正常使用极限状态组合管顶竖向荷载(kPa):qv=Fsv,k+0.5*qQ(D+t)=76.53管侧向荷载(kPa):qH=(qa+0.5*qQ')(D+t)=15.79基础支撑角度管底A管顶B管中Cqv作用下内力系数km120°0.1540.136-0.138qH作用下内力系数km120°-0.125-0.1250.125M=0.5(D+t)(qvkmv+qHkmH)120°5.404.64-4.72管道壁厚(m):t＝0.1C40砼抗拉强度(Mpa):ftk＝2.4截面模量(m3/m):W＝0.001666667受拉区塑性影响系数:γp=2So/W=1.5重心轴面积矩(m3/m):So＝0.00125开裂弯矩(kN·m/m):Mcr=γpftkW=6结论：计算可见，所选管材满足使用要求覆土厚度H(m)推进长度L(m)7001.80.630计算方法(一）F－－总推力(kN)F=Fo+πBcτaL=1656.57Fo－－初始推力(kN)Bc－－管外径(m)τa－－管与土间的剪切应力(kPa)L－－推进长度(m)Fo＝(pe+pw+△p)πBc2/4pe－－挖掘面前土压力(取pe＝150kPa)＝178.77pw－－地下水压力(kPa)△p－－附加压力(一般为20kPa)τa=min(3,0.2（C'+σ'μ'))＝3.00C'管土的粘聚力(kPa)(C'=c'*c)管重W(kN/m)0.80.090.986.291、基础资料（取W102～W124段，地质为淤泥质土）管的资料管口径D(m)壁厚t(m)管外径Bc(m)16.413.47.10.3地质资料容重γ(kN/m3)摩擦角φ粘聚力c(kPa）管侧粘聚力取值范围c'活载汽车单只后轮荷载(kN)P'＝冲击系数i＝车身宽度(m)B＝水位至地面管法向土压力取值范围α7.50.81600.7车轮接地宽度(m)a＝车轮分布角度θ°＝2、泥水平衡顶管推力计算(参考余彬泉、陈传灿编著《顶管施工技术》)第24页σ'－－管子法向土压力(kPa)μ'=tg(φ/2)=0.12μ'－－管与土的摩擦系数σ'＝αq+2W/(π2(Bc-t))α--管子法向土压力取值范围=33.55q－－管周环向均布荷载(kPa)Bc－－管外径(m)t－－管壁厚度(m)q=We+pW－－每米管子的重力(kN/m)=45.88We－－管顶垂直荷载(kpa)p－－地面动荷载(kPa)We=(γ-2c/Be)Ceγ－－土的容重(kN/m3)=37.48c－－土的粘聚力(kPa)Be－－管顶土的扰动宽度(m)Ce－－土的太沙基荷载系数Ce=[1-e-(2KμH/Be)]/(2Kμ/Be)K－－土的太沙基车厢土压系数(K=1)=3.74μ－－土的摩擦系数(μ=tgφ)H－－管顶以上覆土深度(m)Be=Bt[(1+sin(45°-φ/2))/cos(45°-φ/2)]=2.23Bt=Bc+0.1Bt--挖掘直径(m)=1.08P'－－汽车单只后轮荷载(kN)i－－冲击系数p=2P'(1+i)/[B(a+2Htanθ°)]B－－车身宽度(m)=8.40a－－车轮接地宽度(m)θ°－－车轮分布角度计算方法(二)简易方法F=Fo+(RS+Wf)L=1857.89R－－综合摩擦阻力(kPa)R＝3.00S－－管外周长(m)S＝3.08f－－管在土中摩擦系数(取0.2）选C40砼管fck=26.8(MPa)允