本發(fā)明涉及隧道工程技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種適用于長距離頂管頂進偏移對頂力函數(shù)的計算方法。

背景技術(shù)：

頂管施工就是在工作坑內(nèi)借助于頂進設(shè)備產(chǎn)生的頂力，克服管道與周圍土體的摩擦力，將管道按設(shè)計的坡度頂入土中。在一節(jié)管子完成頂入土層之后，再下第二節(jié)管子繼續(xù)頂進，依次類推，將管道埋設(shè)在兩坑之間。在頂管施工過程中，頂力是整個頂管工程中最關(guān)鍵的參數(shù)，隨著頂管機的不斷開挖，管片全部需要依靠頂力將頂管頂入土中。頂力在管節(jié)間傳遞最終傳至頂管機，進而去平衡開挖掌子面。

但是在實際工程中，頂力過大會造成管片產(chǎn)生受壓破壞，也會使機頭前方地面隆起，對千斤頂數(shù)量和噸位的選擇、后座墻的設(shè)計以及中繼間布置等各個工藝環(huán)節(jié)產(chǎn)生影響，且增加了不必要的成本。如果設(shè)計頂力偏小，會降低頂進速度，也會導(dǎo)致產(chǎn)生掌子面的塌方破壞，尤其是穿越河流過程中易產(chǎn)生塌方涌水現(xiàn)象導(dǎo)致工程事故。在頂管施工過程中，經(jīng)常遇到穿越既有構(gòu)筑物和地下管線等工程問題，施工中也不可避免的會引起地面和地下土體的移動，在土中產(chǎn)生附加應(yīng)力。當土體位移過大時，將對周圍構(gòu)筑物和鄰近地下管線構(gòu)成危害。

頂管頂進過程是頂力傳遞的動態(tài)過程，頂力傳遞是通過管與管之間的軸向相互作用傳遞的，在頂管施工過程中，頂管會發(fā)生不同程度的偏移，直線頂管偏移的主要原因在于：一是，由于管道存在制造誤差，存在垂直面內(nèi)和水平面內(nèi)的校正，以及管線的平順轉(zhuǎn)彎，當管道被頂進時，一段接一段的管道必然會產(chǎn)生小的角度偏差，從而在管道間的連接處產(chǎn)生應(yīng)力集中。二是，封填材料受壓時會產(chǎn)生不均勻的壓縮，使頂進力傳遞不均與。三是，中繼間發(fā)生偏斜，主要是由于中繼間外側(cè)張口帶土造成的。四是，因土質(zhì)條件或其他因素的變化二使管道頂進時偏離設(shè)計軸線。

對此，技術(shù)人員通過現(xiàn)場測試，提出頂管頂進是呈波狀前進，頂管受力并不是均勻的，會產(chǎn)生應(yīng)力集中現(xiàn)象。作用力偏離軸心，會產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)力矩，接頭處產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)角度。但是現(xiàn)有的頂力計算均是按照直線頂管進行計算的，未考慮頂進偏移對頂力的影響，造成頂力計算結(jié)果不準確。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種適用于長距離頂管頂進偏移對頂力函數(shù)的計算方法，以提高頂力計算的準確性。

為實現(xiàn)以上目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：

獲取頂管管節(jié)數(shù)量n以及相鄰管節(jié)之間的偏移角度之差α；

基于頂進偏移對頂力的影響函數(shù)，對頂管管節(jié)數(shù)量以及相鄰管節(jié)之間的偏移角度之差進行計算，得到發(fā)生偏移后的頂力與未發(fā)生偏移的頂力之比，其中，頂進偏移對頂力的影響函數(shù)具體為：

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明存在以下技術(shù)效果：本發(fā)明基于頂管是呈波狀前進頂進的基本假設(shè)，通過簡化頂管波狀前進的頂管受力模型，按照偏移對頂力的影響函數(shù)應(yīng)該按照頂管機的運動軌跡進行計算，通過假設(shè)頂管覆土的深度相同，頂管偏移過程中單位長度摩擦阻力f相同，半個波長范圍內(nèi)每個頂管相對于上一個頂管偏移的角度相同，得到頂進偏移對頂力的影響函數(shù)，可準確的計算出頂進偏移對頂力的影響。

附圖說明

下面結(jié)合附圖，對本發(fā)明的具體實施方式進行詳細描述：

圖1是本發(fā)明中呈波狀管線的管土相互作用示意圖；

圖2是本發(fā)明一種適用于長距離頂管頂進偏移對頂力函數(shù)的計算方法的流程示意圖。

具體實施方式

為了更進一步說明本發(fā)明的特征，請參閱以下有關(guān)本發(fā)明的詳細說明與附圖。所附圖僅供參考與說明之用，并非用來對本發(fā)明的保護范圍加以限制。

如圖1至圖2所示，本實施例公開了一種適用于長距離頂管頂進偏移對頂力函數(shù)的計算方法，包括如下步驟s1至s2：

s1、獲取頂管管節(jié)數(shù)量n以及相鄰管節(jié)之間的偏移角度之差α；

s2、基于頂進偏移對頂力的影響函數(shù)，對頂管管節(jié)數(shù)量以及相鄰管節(jié)之間的偏移角度之差進行計算，得到發(fā)生偏移后的頂力與未發(fā)生偏移的頂力之比，其中，頂進偏移對頂力的影響函數(shù)具體為：

具體地，頂管頂進是個動態(tài)過程，盡管頂進時會實時糾偏，但是后續(xù)管節(jié)還會按照頂管機的軌跡運動，所以，本實施例中偏移對頂力的影響函數(shù)應(yīng)該按照頂管機的運動軌跡進行計算。

本發(fā)明中假設(shè)頂管覆土深度相同，頂管偏移過程中單位長度摩阻力f相同。頂進偏移呈波形狀前進，距離為l1，假設(shè)出現(xiàn)的波形形狀相同，波長相同，根據(jù)圖1所示，假設(shè)半個波長范圍內(nèi)每個頂管相對于上一個頂管偏移的角度相同，即第1節(jié)頂管偏轉(zhuǎn)0度，第2節(jié)頂管偏移α，第3節(jié)頂管偏移2α，依次類推，第n節(jié)頂管偏移(n-1)α。假設(shè)第n節(jié)頂管達到最大偏轉(zhuǎn)角度，即圖1中半波長的中間位置的兩節(jié)頂管位置，此時整個半波長范圍內(nèi)，共有2個偏轉(zhuǎn)0度的頂管，有2個偏轉(zhuǎn)α的頂管，有2個偏轉(zhuǎn)2α的頂管，此次類推，有2個偏轉(zhuǎn)(n-1)α的頂管。偏移部分波長的個數(shù)為λ，本實施例中不考慮頂進軸線偏移對迎面阻力的影響，此時頂力f：

在未發(fā)生偏移情況下的頂力f1，未發(fā)生偏移時，即α＝0時，f＝f1：

f＝4λl0f，

偏移對頂力影響函數(shù)fk為發(fā)生偏移后的頂力f與未發(fā)生偏移的頂力f1的比值，則有：

本發(fā)明的有益效果是：針對長距離頂管頂進偏移對直線頂管頂力的影響，考慮長距離頂管頂進呈波形運動的假設(shè)，提出一種適用于長距離頂管頂進偏移對頂力影響函數(shù)的計算方法，進而確定頂進偏移對頂力影響函數(shù)，解決目前現(xiàn)階段計算方法在確定頂管頂力時的結(jié)果不準確問題。為長距離頂管技術(shù)應(yīng)用于市政、石油、電力工程提供必要的理論支撐，改善現(xiàn)階段長距離頂管工程理論滯后于工程實踐的現(xiàn)狀。同時本發(fā)明為頂管頂進設(shè)備選型、工作井布置和后靠背設(shè)計具有重要的指導(dǎo)意義。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。

技術(shù)特征：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種適用于長距離頂管頂進偏移對頂力函數(shù)的計算方法，屬于隧道工程技術(shù)領(lǐng)域，包括獲取頂管管節(jié)數(shù)量n以及相鄰管節(jié)之間的偏移角度之差；基于頂進偏移對頂力的影響函數(shù)，對頂管管節(jié)數(shù)量以及相鄰管節(jié)之間的偏移角度之差進行計算，得到發(fā)生偏移后的頂力與未發(fā)生偏移的頂力之比。通過確定頂進偏移對頂力影響函數(shù)，解決目前現(xiàn)階段計算方法在確定頂管頂力時的結(jié)果不準確問題。

技術(shù)研發(fā)人員：紀新博;夏云朋;張效銘;趙呂平;楊雁;李檸君;劉路濤;王磊
受保護的技術(shù)使用者：中鐵四局集團第五工程有限公司
技術(shù)研發(fā)日：2017.07.05
技術(shù)公布日：2017.11.07