[发明专利]矩形沉井的顶管设置方法

说明书

技术领域

本发明涉及本发明涉及一种建筑工程施工技术领域，尤其涉及一种矩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后座反力的作用。随着顶管施工中顶进距离、管径、埋深的增加，所需要的顶推力也越来越大，已经由过去的百吨级上升到千吨级，工作井的安全性问题已经不容忽视。尤其是矩形工作井在双管先后顶进时，会偏心顶进的情况，偏心顶进时工作井受力形式发生改变，其安全性问题不容忽视。因此，顶管的设置必须与工作井的受顶容许顶力相适应。

受顶容许顶力计算中，基于土压力对土体反力的计算是重点。在研究矩形工作井土体反力时，少有文献对矩形工作井单侧偏心顶进的土压力分布进行研究。

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，矩形工作井水平方向上，在单侧偏心顶进时的土抗力呈三角形分布，远端抗力为0。但实际工程中远端也受到土压力作用，并且规范也未指明工作井前壁的受力情况。竖直方向上，当时，后背土压力作用高度为，工作井顶部土压力为0；而当时，规范中没有指明顶部土压力是否为0。

在计算允许顶进顶力时，学者们做过很多有益的研究。

冯海宁等（冯海宁，龚晓南，徐日庆，沉井后背墙土抗力计算的探讨，中国市政工程，2001，01：67-69）通过适当的假定，考虑后背墙后土体的三维受力情况及在偏心荷载作用下墙后土体的被动土压力的大小，同时将沉井作为一个整体，在计算总顶力时考虑前端墙体的主动土压力，计算最大顶力，并考虑墙后土体采用模形滑裂面。

蒋燕等（蒋燕，葛春辉，矩形沉井井壁受顶管后座力作用的分析，特种结构，2001，01:1-3）运用顶力和土抗力平衡原理，介绍了矩形沉井井壁在顶管工作时的内力计算方法。龚慈等（龚慈，魏纲，徐日庆，顶管施工中矩形沉井工作井允许反力的计算，岩土力学，2005，07：1127-1131）根据顶管工程中矩形沉井工作井后背墙变形情况，提出采用与位移有关的土压力来计算土体反力。考虑了沉井底部和侧壁的摩阻力，由沉井整体水平向受力平衡计算允许顶力。

魏纲等（魏纲，徐日庆，龚慈，刘家湾，顶管工程中矩形沉井土抗力计算方法探讨，中国市政工程，2005，01:50-52）提出了呈梯形分布的后背竖向土抗力分布形式，并根据沉井的整体受力平衡求得沉井工作井允许的最大土抗力和顶力计算公式。

然而，这些文献基于中心受顶，提出了各自关于工作井的受力状态和最大容许顶力计算方法，但是都没有对矩形工作井的偏心受顶的土压力分布和容许顶力做分析。

由此，业界需要有精确的针对矩形沉井顶管工作井的偏心顶进的容许顶力计算方法，从而可更安全地设置顶管。

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，提供了一种矩形沉井顶管的顶管设置方法，能通过获得矩形沉井的偏心顶管受力特征而安全地设置顶管。

为了达成上述目的，本发明提供了一种矩形沉井的顶管设置方法，包括以下步骤：（a）获得应用矩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计算出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，计算出所述顶管的偏心受顶容许顶力，并使所述顶管前进所需的顶推力小于所述偏心受顶容许顶力。

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；根据应用所述矩形沉井的施工方案，确定所述沉井参数。

一些实施例中，所述土体参数包括：土质的粘聚力c、内摩擦角φ、及容重γ；所述沉井参数包括所述矩形沉井的沉井底至原状地面埋置深度Hs、所述工作井宽度B及长度L、所述矩形沉井与设备自重G、顶力中心距工作井顶距离d、及合力至较近端距离l。