[发明专利]一种矩形顶管的顶进力计算方法及系统

说明书

本发明提供一种矩形顶管的顶进力计算方法及系统，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。本发明采用有效应力计算顶进力的方法，并考虑将管节轴向和径向进行分区并取相应摩擦系数计算顶进力，使得顶进力的计算结果与实际情况更相符，对合理预测顶进力从而指导现场施工具有极其重要的意义。

技术领域

本发明涉及顶管非开挖工程领域，尤其涉及一种矩形顶管的顶进力计算方法及系统。

背景技术

顶管施工是继盾构施工后，发展起来的一种新型的隧道工程暗挖技术。顶管施工技术在对土层的适应性范围、周边环境的保护、周围设施的施工扰动、施工安全可靠性、施工质量保证以及施工经济效益等方面具有较大的优越性。矩形顶管相比于圆形顶管的断面利用率更高，在车行人行隧道、综合管廊、地铁连接通道等城市地下工程中运用广泛。顶管施工过程中，顶管管节受到顶进力、迎面阻力、管壁摩阻力、管周水土压力和注浆压力、自身重力以及地表附加荷载等的作用。其中顶进力是管道结构设计、顶管机选型和工作井结构设计的决定性参数之一。顶进力过大将造成开挖面欠挖、地表隆起、管节受损和油缸成本增加，顶进力过小将造成开挖面超挖、地表塌陷、管节无法前进，因此合理设定液压油缸的顶进力参数是顶管顺利施工最关键的因素。

目前的在矩形顶管技术长期的发展过程中，国内外学者开展了大量的顶进力计算方法的研究，提出了很多计算模型和计算公式，选取的影响因素和参数各不相同，计算结果的差异性也很大。但以上方法没有考虑采用有效应力计算的方法，以及没有考虑将轴向分区、径向分区，分区设置摩擦系数计算顶进力，导致顶进力的计算结果不够精确。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种矩形顶管的顶进力计算方法，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。

优选的：

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。

优选的，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

优选的，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。

优选的，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；