[发明专利]一种矩形顶管的顶进力计算方法及系统

权利要求书

1.一种矩形顶管的顶进力计算方法，其特征在于，包括：

S1：获取矩形顶管，将矩形顶管管节进行轴向分区，获得管节轴向分区；将矩形顶管管节进行径向分区，获得管节径向分区；

S2：根据不同的管节轴向分区和管节径向分区，计算获得各管节轴向分区的顶管管周摩阻力；

S3：根据太沙基理论计算获得矩形顶管管端的迎面阻力；

S4：通过矩形顶管管端的迎面阻力和各管节轴向分区的顶管管周摩阻力，计算获得各管节轴向分区的顶进力。

2.根据权利要求1所述的矩形顶管的顶进力计算方法，其特征在于：

所述管节轴向分区包括：无泥浆润滑区、泥浆润滑过渡区和泥浆润滑发挥区；

所述管节径向分区包括：Ⅰ区、Ⅱ区和Ⅲ区。

3.根据权利要求1所述的矩形顶管的顶进力计算方法，其特征在于，步骤S2具体为：

S21：计算获得无泥浆润滑区的土的有效应力通过计算获得无泥浆润滑区的顶管管周摩阻力

S22：计算获得泥浆润滑过渡区的土的有效应力通过计算获得泥浆润滑过渡区的顶管管周摩阻力

S23：计算获得泥浆润滑发挥区的土的有效应力通过计算获得泥浆润滑发挥区的顶管管周摩阻力

4.根据权利要求3所述的矩形顶管的顶进力计算方法，其特征在于，所述有效应力的计算公式为：

其中，σ_被为被动土压力，σ_水为地下水压力。

5.根据权利要求3所述的矩形顶管的顶进力计算方法，其特征在于，步骤S22具体为：

S221：有效应力的表达式为：

其中，σ_主为主动土压力；

S222：管节侧向土压力P_l的计算公式为：

其中，K_a为主动土压力系数；H₀为顶管机外边高，γ₀为管节周边土体的平均重度，c为土的黏聚力；

S223：顶管管周摩阻力的计算公式为：

其中，三面管土是指Ⅰ区和Ⅱ区管土均直接接触，两面管土是指Ⅰ区和Ⅱ区中的一边管土直接接触，B₀为管节外宽，P_s为底板荷载标准值，f为管节与周围土体之间的摩擦系数，L为顶管顶进距离；τ_y、K、n为流体参数，τ_y为泥浆剪切应力；K为稠度系数；n为流变系数，V为顶进速度，d为泥浆厚度。

6.根据权利要求3所述的矩形顶管的顶进力计算方法，其特征在于，步骤S23具体为：

S231：刚注浆时，有效应力的计算公式为：

泥浆滤失阶段，有效应力的计算公式为：

其中，σ_被为被动土压力，σ_主为主动土压力，σ_水为地下水压力，σ_注为注入压力，σ_泥为泥浆压力；

S232：泥浆润滑发挥区的顶管管周摩阻力的计算公式为：

其中，H₀为顶管机外边高；B₀为管节外宽；f为管节与周围土体之间的摩擦系数；L为顶管顶进距离；τ_y、K、n为流体参数，τ_y为泥浆剪切应力；K为稠度系数；n为流变系数，V为顶进速度，d为泥浆厚度。