大口径超长距离顶管施工中继间设置计算要点

发表时间：2020-06-09T01:44:45.787Z 来源：《防护工程》2020年6期作者：李振刚[导读]

阜阳市供水总公司

阜阳市三水厂建设供水规模为40万m3/d，水源水为淮河干流地表水，取水泵站设在阜南县郜台乡曹台村淮堤背水侧，原水管道设计为两根DN1800钢管，输水规模为40万m3/d，沿线穿越淮堤、濛堤、北副坝三处堤坝，穿越退洪通道、濛河、运河三处河道，以及铁路、高速公路、国省干道等，其中穿越濛河段受河道治理、航道等级升级等因素制约，一次管道顶进长度约800米，最大埋设深度约16米。

一、工程概况和设计方案简介

项目位于阜南县郜台乡濛洼蓄洪区，处于农田及河道内，周围无建（构）筑物。地址勘察显示此处微地貌单元属河漫滩，根据钻探揭露场地土层分为5层：高压缩性素填土、均一性差、平均厚1.01米、层底高程平均21.17米；高压缩性粉质粘土、厚5.80米、层底平均15.37米；中压缩性粉砂夹粉土、平均厚3.74米，层底高程平均11.56米；中压缩性粉质粘土、平均厚5.16米、层底高程平均6.25米；中偏低压缩性粉砂夹粉土，本次勘察未揭穿此层，最大探明厚度9.00米，至高程-2.90米。勘察期间测得钻孔中稳定水位21.68～21.77米，平均21.73米，水位埋深0.40～0.50米。

三、中继间设置计算

主要施工技术参数的确定：推顶力不仅受设备的制约，而且受工作井后靠土体稳定的允许反力和管材轴向允许承压力的，因此顶管施工中允许推顶力受诸多因素中的最小允许承载力来决定；顶管中继间的设置与顶管允许推顶力有关。管道的顶进总阻力，由掘进机的正面阻力和管道外壁的摩阻力组成。

1、管道的顶进总阻力

公式R=π×D2/4×Pt+π×f×D×L

其中：D---管道的外径，D=1.820mPt---机头底部以上1/3×D处的被动土压力（KN/㎡） Pt=γ×（H+2/3×D）×tg2（45°+φ/2） γ---土的天然容重

H---管顶土层厚度

φ---土的内摩擦角

f---管壁四周的平均摩阻力系数，因注浆和管外壁打蜡减摩，f=5KN/㎡ L---管道的入土长度（m）取值D=1.820m；L=792m；φ=25o；f=5KN/m2；H=8.7m；γ=18.9KN/m3 Pt=γ×（H+2/3×D）×tg2（45°+φ/2）=250.5KN/㎡则R=π×D2/4×Pt+π×f×D×L=23555.8KN 2、钢管顶管传力面允许最大顶力 Fds=ф1×ф3×ф4×fs×Ap/rQd 式中：Fds---钢管管道允许顶力设计值（KN）； ф1---钢材受压强度折减系数，可取1.00； ф3---钢材脆性系数，可取1.00； ф4---钢管顶管稳定系数，可取0.36：当顶进长度<300m时，穿越土层有比较均匀时，可取0.45，本次取0.36； rQd---顶力分项系数，可取1.3； fs---钢材受压强度设计值（N/mm2）235 N/mm2 Ap---管道的最小有效传力面积（mm2），计算得114296mm2（DN1800，壁厚20mm）由上式可计算得钢管顶管传力面允许最大顶力为：Fds?=7438KN/M2 3、中继间安放位置和需要数量的计算顶管施工中，顶管中继间位置的设置与顶管允许推顶力有关。管道的顶进总推力由掘进机的正面阻力和管道外围的摩阻力组成。 R=π×D2/4×Pt+π×f×D×L 经前面计算R=23555.8KN，而钢管允许最大顶力Fds=7438KN 根据计算结果可知：Fds?=7438KNL0=P“×K2/f2

式中L0--中继间间距（m）：

P“—中继间设计顶力（3500KN，额定工作压力25.0MPa）

f2—单位长度管道摩阻力（28.9KN/M）

K2—工作系数，组合密封中继间取K2=0.70

经计算得：L0=84.7m

（3）、主站顶进长度计算：

Lm=P/×K3/f2

式中Lm--主站顶推管道最大长度（m）：

P/—主站的最大允许顶力（取3500KN）

f2—单位长度管道摩阻力（28.9KN/M）

K3—工作系数取K3=0.90

经计算得：Lm=109米

（4）、中继间数量：

n=（L- Ld- Lm）/ L0＋1

经计算得：n=9个

根据以上计算结果，顶管段需要设9个中继间。

计算结果仅作为参考依据，施工过程中可根据实际情况进行适当调整。

结论与建议：该段管道历时两个半月实施完成，实施过程较为顺利，也存在一些问题：如顶进开始时，对于顶管工作井周围应进行打桩加固，避免机头出井后向下探头，一旦探头将很难矫正回来。随着远距离输水工程实施，顶进工程技术将会越来越多、规模也会越来越大，施工技术和机械设备等发展更新的也必将越来越好。

参考文献：

[1]《给水排水管道工程施工及验收规范》GB50268-2008

[2]《顶管施工技术及验收规范》中国非开挖技术协会行业标准（试行-2006年12月）

[3]《市政管道工程施工手册》（中国建筑工业出版社，2010年第一版）