垂直顶升法施工过程中立管与土摩擦系数的反分析方法技术

本发明专利技术公开一种垂直顶升法施工过程中立管与土摩擦系数的反分析方法，所述方法包括根据垂直顶升法施工过程确定顶力等于迎面阻力、管土间的摩擦阻力、立管的自重以及立管上方的水压力之和；通过监测顶力数据，计算立管的自重以及立管上方的水压力，得到管土间的摩擦阻力；根据得到的管土间的摩擦阻力，基于所有土层中作用在立管侧面的单位面积侧向土压力的加权平均值，反分析得到管土间的摩擦系数μ

【技术实现步骤摘要】
垂直顶升法施工过程中立管与土摩擦系数的反分析方法


[0001]本专利技术属于地下隧道工程
，涉及一种垂直顶升法施工过程中立管与土摩擦系数的反分析方法。

技术介绍

[0002]在地下空间的开发中，竖井工程是不可或缺的一部分。竖井可用作隧道通风竖井，隧道始发端或结束端的工作竖井，防灾救援竖井，采矿竖井，竖井式地下停车场，水利工程隧道调压井等。
[0003]为了在水下隧道(水域)中修建取排水竖井，垂直顶升法应运而生。垂直顶升法需要在水平隧道施工过程中预埋立管的顶盖和首节管节，待水平隧道施工完成后，将第二节管节与首节管节连接，采用千斤顶将顶盖、首节管节、第二节管节共同朝上顶进。类似地，顶进第二节、第三节直至最后一节管节。由于顶盖已将立管顶部密封，立管管节是在不排土条件下，自下而上“闷顶”并被顶出海床面。最后，通过潜水员在水下取下顶盖并安装单向取水阀，形成取排水竖井。
[0004]在垂直顶升法施工过程中，管土摩擦系数的确定尤为重要，特别是在不同土体类型条件下的管土摩擦系数的确定。管土摩擦系数不仅关系到管与土之间的摩擦力的大小，也关系到垂直顶升过程中顶力的计算，进而影响到垂直顶升过程的安全性以及水平隧道的稳定性。若摩擦系数取值过大，会导致顶力设计过大，进而引起顶升反力过大，水平隧道管片可能产生变形甚至破裂；若摩擦系数取值过小，会导致顶力设计过小，进而引起顶升反力过小，无法顺利将立管顶出。因此，有必要对垂直顶升法施工过程中，管土之间的摩擦系数及摩擦力进行系统研究。
[0005]现有技术中，基本上都是对水平顶管法中的管土摩擦系数的研究，提出了钢管和混凝土管两类管道与不同类型土体之间的摩擦系数建议值、混凝土、离心混凝土与不同类型土之间的摩擦系数建议值。虽然已经有较多学者提出了管道与不同类型土体之间的摩擦系数建议值，但并未针对垂直顶升过程中的管土摩擦系数进行分析。垂直顶升施工过程中的管土摩擦系数与土体类型及含水量、立管材料、减摩措施等因素有关。因此，亟需提出一种垂直顶升法施工过程中立管与土摩擦系数的分析方法，为垂直顶升法施工提供理论依据。

技术实现思路

[0006]针对现有技术不足，本专利技术提出了一种垂直顶升法施工过程中立管与土摩擦系数的反分析方法。
[0007]为实现上述
技术实现思路
，本专利技术的技术方案为：本专利技术实施例的第一方面提供了一种垂直顶升法施工过程中立管与土摩擦系数的反分析方法，所述方法包括以下步骤：
[0008]采集顶力数据，计算立管的自重以及立管上方的水压力；立管顶出泥面线以后，迎面阻力视为零；顶力减去立管的自重以及立管上方的水压力得到管土间的摩擦阻力；
[0009]根据管土间的摩擦阻力，反分析得到管土间的摩擦系数μ
avg
，计算公式如下：
[0010][0011]式中，L为顶进距离；D为立管外径；为所有土层中作用在立管侧面的单位面积侧向土压力的加权平均值，满足：
[0012][0013]式中，b为土层数，h
i
为第i层土的厚度，σ
ni
为第i层土法向土应力σ
n
的平均值。
[0014]进一步地，第i层土法向土应力σ
n
的平均值σ
ni
的计算公式如下：
[0015]σ
ni
＝K
0i
γ'
i
h
i
[0016]式中，K
0i
为第i层土的静止土压力系数；γ'
i
为第i层土的浮重度；h
i
为施工过程中立管埋置于第i层土中的长度。
[0017]进一步地，顶力F
sl
应等于迎面阻力S
sl
、管土间的摩擦阻力R
sl
、立管的自重G
sl
以及立管上方的水压力W
sl
之和，公式如下：
[0018]F
sl
＝G
sl
+W
sl
+R
sl
+S
sl
[0019]立管顶出泥面线以后，迎面阻力S
sl
视为0；此时，顶力等于立管的自重G
sl
加上立管上方的水压力W
sl
以及管土间的摩擦阻力R
sl
：
[0020]F
sl
＝G
sl
+W
sl
+R
sl
[0021]进一步地，计算立管的自重G
sl
和立管上方的水压力W
sl
的过程包括：
[0022]G
sl
＝G1+G2+n
sl
G3或G
sl
＝γ
p
V
p
[0023]W
sl
＝γ
w
h
w
A
s
＝γ
w
h
w
πD2/4
[0024]式中：G1为顶盖自重，G2为立管首节管节自重，n
sl
为正在顶进的立管管节数量，G3为标准管节自重，γ
p
为立管管节材料的重度；V
p
为立管管节的体积，γ
w
为水的重度，h
w
为顶升过程中顶盖上方距海平面的高度，D为立管外径，A
s
为立管横截面面积。
[0025]进一步地，所述方法还包括：
[0026]根据反分析得到的管土间摩擦系数μ
avg
，得到垂直顶升过程中顶力的各个组成部分，即整个顶升过程中的摩擦阻力G
sl
，立管上方的水压力W
sl
，管土间的摩擦阻力R
sl
、立管顶出泥面线以前的迎面阻力S
sl
。
[0027]本专利技术实施例的第二方面提供了一种电子设备，包括存储器和处理器，所述存储器与所述处理器耦接；其中，所述存储器用于存储程序数据，所述处理器用于执行所述程序数据以实现上述的垂直顶升法施工过程中立管与土摩擦系数的反分析方法。
[0028]本专利技术实施例的第三方面提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述程序被处理器执行时实现上述的垂直顶升法施工过程中立管与土摩擦系数的反分析方法。
[0029]本专利技术的有益效果为：本专利技术提出了一种垂直顶升法施工过程中立管与土摩擦系数的反分析方法，建立了垂直顶升法立管施工过程中顶力的力学模型，创新性地提出了垂直顶升法施工过程中立管与土之间摩擦系数的反分析方法，通过所有土层中作用在立管侧面的单位面积侧向土压力的加权平均值得到该力学模型摩擦力的关键影响参数——平均摩擦系数。本专利技术提出的管土摩擦系数反分析方法计算流程简单，便于工程应用，可为垂直
顶升法施工过程提供理论参考。
附图说明
[0030]图1为垂直本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种垂直顶升法施工过程中立管与土摩擦系数的反分析方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：采集顶力数据，计算立管的自重以及立管上方的水压力；立管顶出泥面线以后，迎面阻力视为零；顶力减去立管的自重以及立管上方的水压力得到管土间的摩擦阻力；根据管土间的摩擦阻力，反分析得到管土间的摩擦系数μ
avg
，计算公式如下：式中，L为顶进距离；D为立管外径；为所有土层中作用在立管侧面的单位面积侧向土压力的加权平均值，满足：式中，b为土层数，h
i
为第i层土的厚度，σ
ni
为第i层土法向土应力σ
n
的平均值。2.根据权利要求1所述的垂直顶升法施工过程中立管与土摩擦系数的反分析方法，其特征在于，第i层土法向土应力σ
n
的平均值σ
ni
的计算公式如下：σ
ni
＝K
0i
γ'
i
h
i
式中，K
0i
为第i层土的静止土压力系数；γ'
i
为第i层土的浮重度；h
i
为施工过程中立管埋置于第i层土中的长度。3.根据权利要求1所述的垂直顶升法施工过程中立管与土摩擦系数的反分析方法，其特征在于，顶力F
sl
等于迎面阻力S
sl
、管土间的摩擦阻力R
sl
、立管的自重G
sl
以及立管上方的水压力W
sl
之和，公式如下：F
sl
＝G
sl
+W
sl
+R
sl
+S
sl
立管顶出泥面线以后，迎面阻力S
sl
视为0；此时，顶力等于立管的自重G
sl
加上立管上方的水压力W
sl
以及管土间的摩擦阻力R
sl
：F
sl
＝G
sl
+W
...

【专利技术属性】
技术研发人员：王霄，魏纲，魏新江，朱成伟，章丽莎，尹鑫晟，张世民，
申请(专利权)人：浙大城市学院，
类型：发明
国别省市：