某頂管工程土壓力值設定、總推力估算及中繼間設置計算實例

某頂管工程土壓力值設定、總推力估算及中繼間設置計算實例一、工程簡述本工程共有3個頂程共計1803.9m的頂管施工，管徑均為DN3500，三根頂管均穿越圍墾新大堤頂入長江入?？?。管材均為DN3500鋼承口式鋼筋混凝土管，采用“F“型鋼承口式鋼筋砼管，鋼套環(huán)接口，楔型＋半圓型兩道橡膠圈密封。二、頂管主要工程內(nèi)容（1）1#排海管全長L=853.8m，設置6根DN1300上升管（管內(nèi)壁7.8cm鋼筋混凝土、外壁2.2cm鋼管），每根上升管設置噴頭，噴頭處分二層設置12個DN340噴頭。在擴散段處設置拋石護底，尺寸120.0m×20.0m，厚1m。（2）2#排海管全長L=746.3m，設置6根DN1300上升管（管內(nèi)壁7.8cm鋼筋混凝土、外壁2.2cm鋼管），每根上升管設置噴頭，噴頭處分二層設置12個DN340噴頭。在擴散段處設置拋石護底，尺寸120.0m×20.0m，厚1m。（3）應急排放管L=203.8m，設置4根DN1600上升管，每根上升管設置橡膠鴨嘴閥。在擴散段處設置拋石護底，尺寸50.0m×20.0m，厚1m。三、地質(zhì)情況根據(jù)地質(zhì)資料，頂管施工的主要土層為②3粉性土、③灰色淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土、④灰色淤泥質(zhì)粘土。詳見附圖01《1#排海管地質(zhì)剖面圖》、附圖02《2#排海管、應急排海管地質(zhì)剖面圖》。第②3層為粉性土，在動水壓力的作用下易產(chǎn)生流砂現(xiàn)象；頂管過程中在軟硬界面易使管道產(chǎn)生偏離，對頂管是不利的因素。第③層灰色淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土：該層分布、層位及厚度變化較小，整體均勻性較差。其土的物理力學性質(zhì)較差，以流塑狀為主，土質(zhì)軟，高壓縮性。第④層灰色淤泥質(zhì)粘土：該層分布、層位及厚度變化較小，整體均勻性較好。其土的物理力學性質(zhì)較差，以流塑狀為主，土質(zhì)軟，高壓縮性。1#排海管管頂覆土深度為6.3m～10.33m，覆土最淺處位于頂管完成后的工具管位置；2#排海管管頂覆土深度為6.0m～10.33m，覆土最淺處位于頂管出海后260m的位置；應急排放管管頂覆土深度為4.84m～10.33m，覆土最淺處位于頂管完成后的工具管位置；計算：1#排海管全長L=853.6m，2#排海管全長L=746.3m，應急排管全長L=203.8m，1#、2#排海管埋設深度為管中心標高為-8.00～-18.00m，應急排管埋設深度為管中心標高-8.00～-10.00m。4.1、泥水壓力設定泥水壓力設定、總推力估算、1#排海管泥水壓力設定：本工程地下水位為淺部土層潛水水位，隨著季節(jié)、氣候等影響而變化，根據(jù)地質(zhì)資料反映，設計時地下水水位埋深可按0m考慮。泥水艙內(nèi)壓力大于地下水壓力，泥水艙泥水向地層空隙滲透，在泥水艙、泥水于土層之間形成泥膜，且泥水艙壓力托住土層，使切削面穩(wěn)定不塌陷。P≥PW+ΔP式中：P-----表示泥水艙管道基準面泥漿壓力；PW----表示相對于管道基準面地下水壓力；ΔP---表示泥水艙建立高于地下水壓力，一般設為20Kpa；管中心最大埋深標高：-18m；地下水位設計考慮標高水位：0m；地下水位相對管底基準面水頭:HW=18m;地下水位相對管底壓力：PW＝HW*γ水=180Kpa；泥水艙壓力：P≥PW+ΔP＝180Kpa＋20Kpa＝200Kpa泥水艙壓設定暫按P≥200Kpa，施工時要隨時測地下水位，當?shù)叵滤惶岣邥r，要按上式公式及時調(diào)整泥水艙泥水壓力。對泥水艙壓力控制在頂管機泥艙設有壓力傳感器。頂管總推力值估算如下：掘進機迎面阻力F0F1=D2Pmax=×4.142×200=2652.3KN管道的綜合阻力F1F2=μπDL=3×π×4.14×853.8=33297.18KN總推力FF=F1+F2=35950KN本標段高位井所能承受的最大頂力為12000KN，根據(jù)計算該頂程須要設置中繼間。、2#排海管泥水壓力設定：管中心最大埋深標高：-18m；地下水位設計考慮標高水位：0m；地下水位相對管底基準面水頭:HW=18m;地下水位相對管底壓力：PW＝HW*γ水=180Kpa；泥水艙壓力：P≥PW+ΔP＝180Kpa＋20Kpa＝200Kpa泥水艙壓設定暫按P≥200Kpa，施工時要隨時測地下水位，當?shù)叵滤惶岣邥r，要按上式公式及時調(diào)整泥水艙泥水壓力。對泥水艙壓力控制在頂管機泥艙設有壓力傳感器。頂管總推力值估算如下：掘進機迎面阻力F1F1=D2Pmax=×4.142×200=2652.3KN管道的綜合阻力F1F2=μπDL=3×π×4.14×746.3=29104.8KN總推力FF=F1+F2=31757.1KN本標段高位井所能承受的最大頂力為12000KN，根據(jù)計算該頂程須要設置中繼間。、應急排管頂管泥水壓力設定：管中心最大埋深標高：-10m；地下水位設計考慮標高水位：0m；地下水位相對管底基準面水頭:HW=10m;地下水位相對管底壓力：PW＝HW*γ水=100Kpa；泥水艙壓力：P≥PW+ΔP＝100Kpa＋20Kpa＝120Kpa泥水艙壓設定暫按P≥120Kpa，施工時要隨時測地下水位，當?shù)叵滤惶岣邥r，要按上式公式及時調(diào)整泥水艙泥水壓力。對泥水艙壓力控制在頂管機泥艙設有壓力傳感器。頂管總推力值估算如下：掘進機迎面阻力F0F1=D2Pmax=×4.142×120=1615.4KN管道的綜合阻力F1F2=μπDL=3×π×4.14×203.8=7948KN總推力FF=F1+F2=9563KN本標段高位井所能承受的最大頂力為12000KN，根據(jù)計算該頂程無須設置中繼間。4.2、頂力控制與中繼環(huán)設置、1#排海管中繼間的設置估算在綜合分析了主頂液壓裝置，中繼間的最大推力，管子允許的軸向力以及沉井后座最大土抗力以后，我們先確定控制頂力F控＝1200t頂進阻力由二部分組成F=F1+F2；工具管迎面阻力為：F1=265.23t管道周邊摩阻力F2=π×D×L×fD---管外徑L---頂進長度f---單位面積周邊阻力。在1號中繼環(huán)以前，取f=1.2t/m2，在1號中繼環(huán)以后，取f=0.6t/m2，2號中繼環(huán)以后，取f=0.4t/m2這樣可得：L1=[(F控-F1)]/πDf＝(1200-265.23)/（π×4.14×1.2）=60m對1號中繼環(huán)以后的長度L2L2=F控/πDf=1200/（π×4.14×0.8）=155m對2號中繼環(huán)以后的長度L3L3=F控/πDf=1200/(π×4.14×0.4)=230m對3號中繼環(huán)以后的長度L4L4=F控/πDf=1200/(π×4.14×0.4)=230m頂力控制的關鍵是最大限度地降低頂進阻力，而降低頂進阻力最有效方法是注漿。我們設想在管外壁與土層之間形成一條完整的環(huán)狀的泥漿潤滑套，變原來的干摩擦狀態(tài)為液體摩擦狀態(tài)。這樣就可以大大地減少頂進阻力。要達到這一目的，就必須嚴格執(zhí)行頂管注漿操作規(guī)程，由專人操作，質(zhì)量員檢查嚴格把好質(zhì)量關。結合我公司多年施工經(jīng)驗，采取必要減摩措施，對中繼間進行合理調(diào)整后，中繼環(huán)的設置計劃如下：1#排海管：L1＝30m，L2＝150m，L3＝200m，L4＝230m，共需4套中繼環(huán)。（L1指1號中繼環(huán)以前的長度，L2指1號中繼環(huán)以后的長度，L3指3號中繼環(huán)以后的長度，L4指最后一段長度）。、2#排海管中繼間的設置估算L1=[(F控-F1)]/πDf＝(1200-265.23)/π×4.14×1.2=60m對1號中繼環(huán)以后的長度L2L2=F控/πDf=1200/π×4.14×0.6=155m對2號中繼環(huán)以后的長度L3L3=F控/πDf=1200/π×4.14×0.4=230m考慮到曲線頂管的影響，經(jīng)調(diào)整后，中繼環(huán)的設置計劃如下：2#排海管：L1＝30m，L2＝150m，L3＝230m，共需3套中繼環(huán)。（L1指1號中繼環(huán)以前的長度，L2指1號中繼環(huán)以后的長度，L3指指最后一段長度）。、中繼環(huán)設計為提高工程的可靠性，每套中繼環(huán)安裝25只800KN單作用油缸，總推力20000KN，油缸行程為300mm，由于中繼環(huán)的實際總推力是頂進阻力引起的，所以在正常頂進條件下，中繼環(huán)液壓系統(tǒng)工作壓力較低，設備故障率小，可靠性高。中繼環(huán)的結構形式是經(jīng)過立車切削加工的，尺寸精度高。由于中繼間啟動伸縮次數(shù)很多。密封圈極易磨損失效而發(fā)生漏水、漏泥砂、漏漿等現(xiàn)象，給工程帶來嚴重后果，甚至發(fā)生工程