顶管技术规程设计部分.pps

顶管技术规程 CECS 246 设计部分介绍 上海市政工程设计研究总院教授级高级工程师葛春辉 顶管工程勘察规定3 1一般规定3 1 1顶管工程勘察时 应查明沿线各地段的地质 地貌 地层结构特征 各类土层的性质 空间分布 3 1 2当顶管工程地段有暗埋的河 湖 沟 坑时 应查明分布范围 埋置深度 提供覆盖层的工程地质特性 3 1 3应查明沿线各地段可能产生潜蚀 流沙 管涌和地震液化地层的分布范围 埋深 厚度及其工程地质特性 3 1 4当有地下障碍物时 应查明地下障碍物及邻近地段地下埋设物的分布范围 埋置深度和特性 3 1 5当顶管管线范围内存在对人有害气体和其它有害物质时 应查明分布位置 3 1 6当在化工区内顶管时 应查明地下受工业污染的程度和分布范围 3 2地下水勘察3 2 1当进行地下水勘察时 应调查地下水历史上的最高水位和最低水位 3 2 2在有地下水地区 应测定地下水的水温随深度的变化 无地下水时应测定土体温度随埋深的变化 3 2 3在地下水有污染的场地 应测定地下水的pH值 氯离子 钙离子和硫酸根离子等的含量以及对混凝土 钢 铸铁及橡胶的腐蚀程度 3 2 4当地下有承压水分布时 应测定承压水的压力 并评价对顶管施工的影响 3 3布孔要求3 3 1顶管勘探孔应布置在管道设计轴线的两侧 陆上各10m 水上各20m范围内 但不宜布置在顶管管体范围 管道穿越小河道或主要道路时 应在河道两岸和道路两侧及绿化带内布置勘探孔 3 3 2矩形工作井和接收井勘探孔应布置在四角 圆形井勘探孔沿周边均匀布置 3 3 3顶管勘察的勘探孔间距应符合表3 3 3的规定 表3 3 3顶管勘察勘探孔间距 m 在管道穿越暗埋的河 湖 沟 坑地段和可能产生流沙和地震液化的地段 勘探孔应适当予以加密 在管道穿越铁道 公路和河谷的地段 勘探孔间距以能控制地层土质变化为原则 宜采用30 100m 但在穿越铁道 公路地段 不宜少于2个勘探孔 在穿越河谷的地段 不应少于3个勘探孔 3 3 4工作井和接收井勘探孔的间距不宜超过30m 孔的数量不宜少于2个 3 3 5顶管的勘探孔深度在一般情况下应达到管底设计标高以下3 5m 遇有下列情况之一时 应适当增加勘探孔深度 1当管道穿越河道时 勘探孔深度应达到河床最大冲刷深度以下4 6m 并应满足管底勘探深度要求 2当基底下存在松软土层或未经固结的回填土时 勘探孔深度应适当增加 3当基底下存在可能产生流沙 潜蚀 管涌或地震液化地层时 应予以钻穿 4当采取降低地下水位施工时 勘探孔深度应钻至管底以下5 10m 5当已有资料证明 或勘探过程中发现粘性土层下存在承压含水层 且其水压较大 需要降水施工时 勘探孔应适当加深 并应测量其水压 3 3 6工作井和接收井的勘探孔深度可取井底下5m 特殊情况应适当加深 3 4勘察报告3 4 1勘察报告由文字和图表构成 应满足相应设计阶段的技术要求 工程地质条件简单和勘察工作量小的工程 可适当简化勘察报告的内容 3 4 2初步勘察报告 应阐述场地工程地质条件 评价场地稳定性和适应性 为合理确定平面布置 选择顶进标高 防治不良地质现象提供依据 3 4 3详细勘察报告 应提供顶管段和工作井 接收井设计和施工所需的各土层物理力学性质设计参数 以及地下水和环境资料 并作出针对性的分析评价 结论和建议 3 4 4施工勘察报告 应满足设计 施工的具体要求 提供相应的资料 并作出结论和建议 3 4 5勘察报告文字部分应包括下列内容 1勘察目的和任务要求 2拟建顶管工程的基本特性 3勘察方法和工作布置说明 4场地地形 地质 地层 地质构造 地貌 岩土性质 地下水及不良地质现象的阐述和评价 5地基与斜坡上土的稳定性评价 6岩土参数的分析及选用 7建议地基处理方案 8工程施工及使用期间可能发生的岩土工程问题的预测及监控 防治措施的建议 有关顶管工程设计及施工措施的建议 3 4 6勘察报告图表部分应包括以下内容 1勘探点平面布置图 2工程地质柱状图 3工程地质剖面图 4原位测试成果图表 5室内试验成果图表 6岩土工程计算简图及计算成果图表 7建议地基处理方案的图表 必要时 可附特殊性岩土分布图 综合工程地质图 或工程地质分区 段 图 地下水等水位线图 素描及照片等 3 5提供岩土物理力学指标的基本要求3 5 1岩石和土的物理力学性质指标 应按工程地质区 段 及层位分别统计 当同层土指标差别较大时 应进一步划分土质单元 并分别进行统计 3 5 2在勘察报告中 应提供岩土参数的平均值 最大值 最小值 子样数 均方差和变异系数 3 5 3土层物理力学性质参数表必须具有下列内容 土的颗粒分析 密实度 垂直和水平渗透系数 粘聚力 内摩擦角 土与混凝土 钢和玻璃钢等材料的摩擦系数 土的变形模量 泊桑比 地基承载力及其它必需的常规参数 4管材选用及管件构造要求4 1管材选用4 1 1顶管材质应根据管道用途 管材特性及当地具体情况确定 4 1 2给水工程管道宜选用钢管或玻璃纤维增强塑料夹砂管 4 1 3排水工程管道宜选用玻璃纤维增强塑料夹砂管或钢筋混凝土管 4 1 4输送腐蚀性水体及管外水土有腐蚀性时 应优先选用玻璃纤维增强塑料夹砂管 4 2钢管4 2 1顶管用钢材宜选用Q235B 4 2 2顶管钢材的规格和性能应符合现行国家标准 碳素结构钢 GB T700的要求 4 2 3管壁厚度应采用计算厚度加腐蚀量厚度 腐蚀量构造厚度应根据使用年限及环境条件确定 且不应小于2mm 钢管年腐蚀量标准可按表4 2 3确定 表4 2 3钢管年腐蚀量 单面 标准4 2 4卷制钢管的长度一般为钢板宽度 同一横断面内宜采用一条纵向焊缝 若采用两条纵向焊缝 对大直径管焊缝间距应大于300mm 小直径管纵向焊缝间距应大于100mm 4 2 5卷制钢管接长时 管口对接应平整 当采用300mm的直尺在接口外纵向贴靠检查时 相邻管壁的错位允许偏差为0 2倍壁厚 且不大于2mm 相邻管段对接时 纵向焊缝位置错开的距离应大于300mm 4 2 6下井管段的长度应为卷制管段的倍数 管段长度不宜小于6m 长距离顶管管段长度可适当增长 4 2 7下井管件几何尺寸的制作允许偏差应符合表4 2 7的规定 表4 2 7钢管管件几何尺寸允许偏差 mm 4 2 8小直径管道焊缝宜采用V形坡口 大直径管道宜采用K形坡口 不论采用何种坡口形式 同顶铁的接触面应为坡口的平端 4 2 9钢管焊缝质量检验 非压力管不应低于焊缝质量分级的 级标准 压力管不应低于焊缝质量分级的 级标准 4 2 10钢管内外应做防腐处理 下井管段两端各100mm范围应在井下焊缝检查合格后再涂快干型涂料防腐 给水管道的内壁防腐可采用涂料或水泥砂浆 所用防腐涂料应具有相应的卫生检验合格证书 管道的外壁防腐可采用环氧玻璃鳞片或环氧沥青 4 2 11水泥砂浆内防腐层厚度可根据钢管直径在15mm 20mm范围内选择 水泥砂浆内宜掺入无毒纤维材料 加强抗裂性能 水泥砂浆的抗压强度标准值不应小于30N mm2 4 2 12当顶管两端设有工作井和接收井 并且管道长度在100m以上时 两井中应有一口井的穿墙管可让管道伸缩 长度超过600m时 两井墙的穿墙管 接收孔均应让管道伸缩 长度超过1000m时 每500m宜设一只伸缩接头 4 2 13钢管与工作井 接收井的井墙均采用刚性连接时 必须验算温差作用下的井墙受力和管道的连接强度 4 3钢筋混凝土管4 3 1钢筋混凝土顶管的混凝土强度等级不宜低于C50 抗渗等级不应低于S8 4 3 2当地下水或管内贮水对混凝土和钢筋具有腐蚀性时 应对钢筋混凝土管内外壁做相应的防腐处理 4 3 3混凝土骨料的碱含量最大限值应符合现行协会标准 混凝土碱含量限值标准 CECS53 的规定 在含碱环境中使用时应选用非活性骨料 4 3 4采用外加剂时应符合现行国家标准 混凝土外加剂应用技术规范 GB50119 的规定 4 3 5钢筋应选用HPB235 HRB335和HRB400钢筋 宜优先选用变形钢筋 4 3 6混凝土及钢筋的力学性能指标 应按现行国家标准 混凝土结构设计规范 GB50010 的规定采用 4 3 7钢筋混凝土顶管管节长度应根据使用条件和起吊能力确定 4 3 8钢筋混凝土管管节几何尺寸制作允许误差应符合现行行业标准 顶进施工法用钢筋混凝土排水管 JC T640 的规定 4 3 9混凝土管接头可按下列原则选用 1混凝土管接头宜使用钢承口和双插口接头 见图4 3 9 1 图4 3 9 2 2双插口管接头应使用钢套环或不锈钢套环 3应优先选用钢承口接头 4接头的允许偏转角应大于0 5 图4 3 9 1钢承口接头 图4 3 9 2双插口接头 图4 3 9 1钢承口接头 4 3 10混凝土管传力面上均应设置环形木垫圈 并用胶粘剂粘在传力面上 4 3 11钢承口接头的钢套管与混凝土的接缝应采用弹性密封填料勾缝 4 3 12接头钢套管必须有良好的防腐措施 4 4玻璃纤维增强塑料夹砂管4 4 1玻璃纤维增强塑料夹砂管质量应符合现行行业标准 玻璃纤维增强塑料夹砂管 GB T21238 的要求 4 4 2缠绕管管体受压强度等级不应小于75MPa 管端受压强度不应小于105MPa 离心管管体受压强度不应小于90MPa 4 4 3顶管的刚度等级不应小于15kPa 4 4 4玻璃纤维增强塑料夹砂管接头可使用双插口接头或承插口接头 无内水压顶管接头见图4 4 4 1 有内水压顶管接头见图4 4 4 2 图4 4 4 3 承插口接头见图4 4 4 3 图4 4 4 1无内水压双插口接头 图4 4 4 2有内水压双插口接头 图4 4 4 3有内水压承插口接头 4 4 5玻璃纤维增强塑料夹砂管可不做防腐处理 4 4 6管道内表面应光滑 无缺陷和损伤 管道外表面平直度应小于3mm 顶管段长度由设计确定 一般不宜超过6m 4 4 7管道长度允许误差应符合表4 4 7的规定 表4 4 7管道长度允许误差 mm 4 4 8管径允许误差应符合现行国家标准 玻璃纤维增强塑料夹砂管 GB T21238 的规定 4 4 9管端垂直度误差应符合表4 4 9的规定 表4 4 9管端垂直度允许误差 mm 4 4 10用于输送饮用水的顶管 管内涂层树脂必须达到食品级标准 4 4 11双插口接头的玻璃纤维增强塑料夹砂管在顶进时 应在与顶铁及中继间接触面加设木垫圈 承插式接头的玻璃纤维增强塑料夹砂管在顶进时 应在每根管节头处加设木垫圈 4 5橡胶密封圈4 5 1无压排水管接头用的橡胶密封圈可使用单胶圈 4 5 2有压水管接头用橡胶密封圈应使用双胶圈 4 5 3双插口管接头的密封圈宜采用L形 齿形及半圆半方形密封圈 密封圈材料技术标准应符合现行行业标准 橡胶密封件给 排水管及污水管道用接口密封圈材料规范 HG T3091的要求 4 5 4接头用的密封圈在遇有含油地下水的地方 宜选用丁晴橡胶 在含有弱酸弱碱地下水时宜选用氯丁橡胶 遇霉菌侵蚀时宜选用防霉等级达二级及二级以上的橡胶 在平均气温低的地方 宜选用三元乙丙橡胶 4 6木垫圈4 6 1木垫圈应选用质地均匀富有弹性的松木 杉木或胶合板 4 6 2木垫圈的压缩模量不应大于140MPa 4 6 3木垫圈厚度通常为10 30mm 木垫圈厚度应根据管道直径和曲率半径确定 4 6 4混凝土管木垫圈外径应与橡胶密封圈槽口齐平 内径应比管道内径大20mm 4 6 5玻璃纤维增强塑料夹砂管木垫圈应等于接头的最小外径 内径宜比管道内径大2mm 5顶管设计规定5 1顶管管位选择5 1 1顶管位置应避开地下障碍物 5 1 2顶管管线不应在活动性地震断裂带通过 5 1 3顶管穿越河道时的埋置深度 应满足河道的规划要求 并应布置在河床的冲刷线以下 5 2顶进土层选择5 2 1顶管可在淤泥质粘土 粘土 粉土及砂土中顶进 5 2 2下列情况不宜采用顶管施工 1土体承载力 30kPa 2岩体强度大于15Mpa 3土层中砾石含量大于30 或粒径大于200mm的砾石含量大于5 4江河中覆土层渗透系数K 10 2cm s 5 2 3长距离顶管不宜在土层软硬明显的界面上顶进 5 3顶管间距5 3 1互相平行的管道水平净距应根据土层性质 管道直径和管道埋置深度等因素确定 一般情况下宜大于1倍的管道外径 5 3 2空间交叉管道的净间距 钢管不宜小于0 5倍管道外径 且不应小于1 0m 钢筋混凝土管和玻璃纤维增强塑料夹砂管不宜小于1倍管道外径 且不应小于2m 5 3 3顶管底与建筑物基础底面相平时 直径小于1 5m的管道宜保持2倍管径净距 直径大于1 5m的管道宜保持3m净距 5 3 4顶管底低于建筑基础底标高时 顶管间距除应满足本规程第5 3 3条要求外 尚应考虑基底土体稳定 5 4管顶覆盖层厚度5 4 1管顶覆盖层厚度在不稳定土层中宜大于管道外径的1 5倍 并应大于1 5m 5 4 2穿越江河水底时 覆盖层最小厚度不宜小于外径的1 5倍 且不宜小于2 5m 5 4 3在有地下水地区及穿越江河时 管顶覆盖层的厚度尚应满足管道抗浮要求 5 5曲线顶管5 5 1设有中继间的曲线顶管最小管径不宜小于DN1400 5 5 2曲线顶管宜选用较短的管节 5 5 3曲率半径小的曲线顶管应选用较厚的和弹性模量较小的木垫圈 5 5 4预制管节顶管的曲率半径应按下列条件估算 1当传力面一侧压应力为零 另一侧压应力为最大的受力模式时 可按下式估算 见图5 5 4 1 图5 5 4 1不张口接头的受力模式 2管道接头出现张口时的受力模式 可按下式估算 见图5 5 4 2 式中Z 接头处张口高度 mm 图5 5 4 2张口接头的受力模式 5 5 5焊接钢管不宜用于曲线顶管 6顶管结构上的作用6 1作用的分类和作用代表值6 1 1顶管结构上的作用 可分为永久作用和可变作用两类 1永久作用应包括管道结构自重 竖向土压力 侧向土压力 管道内水重和顶管轴线偏差引起的纵向作用 2可变作用应包括管道内的水压力 管道真空压力 地面堆积荷载 地面车辆荷载 地下水作用 温度变化作用和顶力作用 6 1 2顶管结构设计时 对不同性质的作用应采用不同的代表值 1对永久作用 应采用标准值作为代表值 2对可变作用 应根据设计要求采用标准值 组合值或准永久值作为代表值 3可变作用组合值应为可变作用标准值乘以作用组合系数 可变作用准永久值应为可变作用标准值乘以作用的准永久值系数 6 1 3当顶管结构承受两种或两种以上可变作用时 承载能力极限状态设计或正常使用极限状态应按短期效应的标准组合设计 可变作用应采用组合值作为代表值 6 1 4正常使用极限状态应按长期效应组合设计 可变作用应采用准永久值作为代表值 6 2永久作用标准值6 2 1管道结构自重标准值可按下式计算 6 2 2作用在管道上的竖向土压力 其标准值应按覆盖层厚度和力学指标确定 1当管顶覆盖层厚度小于或等于1倍管外径或覆盖层均为淤泥土时 管顶上部竖向土压力标准值应按下式计算 管拱背部的竖向土压力可近似化成均布压力 其标准值为 3当管道位于地下水位以下时 尚应计入地下水作用在管道上的压力 6 2 3作用在混凝土管道上的侧向土压力 标准值可按下列几种条件分别计算 1当管道处于地下水位以上时 侧向土压力标准值可按下式计算主动土压力 2当管道处于地下水位以下时 侧向水土压力标准值应采用水土分算 土的侧压力按 6 2 3 1 式计算 重度取有效重度 地下水压力按静水压力计算 水的重度可取10kN m3 6 2 4管道内水重的标准值 可按不同水质的重度计算 6 3可变作用标准值及其准永久值系数6 3 1管道设计水压力的标准值 可按表6 3 1采用 准永久值系数可取0 7 但不得小于工作压力 7顶管结构基本设计规定7 1一般规定7 1 1本规程采用以概率理论为基础的极限状态设计方法 以可靠指标度量管道结构的可靠度 除管道的稳定验算外 均应采用分项系数的设计表达式进行设计 7 1 2钢管及玻璃纤维增强塑料夹砂管应按柔性管计算 钢筋混凝土管应按刚性管计算 7 1 3管道结构设计应计算下列两种极限状态 1承载能力极限状态 顶管结构纵向超过最大顶力破坏 管壁因材料强度被超过而破坏 柔性管道管壁截面丧失稳定 管道的管段接头因顶力超过材料强度破坏 2正常使用极限状态 柔性管道的竖向变形超过规定限值 钢筋混凝土管道裂缝宽度超过规定限值 7 1 4管道结构的内力分析 均应按弹性体系计算 不考虑由非弹性变形所引起的塑性内力重分布 7 2承载能力极限状态计算规定7 2 1管道结构按承载能力极限状态进行强度计算时 结构上的各项作用均应采用设计值 作用设计值 应为作用代表值与作用分项系数的乘积 7 2 2管道按强度计算时 应采用下列极限状态计算表达式 7 2 3作用效应的组合设计值 应按下式确定 7 2 4承载能力极限状态强度计算的作用组合 应根据顶管实际条件按表7 2 4的规定采用 7 2 5对柔性钢管管壁截面进行稳定验算时 各项作用应取标准值 并应满足稳定系数不低于2 0 作用组合应按表7 2 5规定采用 7 2 6施工期间管道纵向尚应对允许顶力进行验算 7 3正常使用极限状态验算规定7 3 1管道结构按正常使用极限状态进行验算时 各项作用效应均应采用作用代表值 7 3 2当验算构件截面的最大裂缝开展宽度时 应按准永久组合作用计算 作用效应的组合设计值应按下式确定 7 3 4柔性管道在准永久组合作用下长期竖向变形允许值 应符合下列要求 7 3 5钢筋混凝土管道在准永久组合作用下 最大裂缝宽度不应大于0 2mm 8承载能力极限状态计算8 1管道允许顶力验算8 1 1钢筋混凝土管顶管传力面允许最大顶力可按下式计算 8 1 2玻璃纤维增强塑料夹砂管顶管传力面允许最大顶力可按下式计算 8 1 3钢管顶管传力面允许的最大顶力可按下式计算 8 2管道强度计算8 2 1钢管管壁截面的最大组合折算应力应满足下式要求 8 2 2钢管管壁横截面的最大环向应力应按下式确定 8 2 3钢管管壁的纵向应力可按下式核算 8 2 4混凝土管道在组合作用下 管道横截面的环向内力可按下式计算 8 2 5玻璃纤维增强塑料夹砂管的强度应按下列公式计算 8 2 6玻璃纤维增强塑料夹砂管管道设计内水压力产生的管壁环向等效折算拉应力按下式计算 8 2 7玻璃纤维增强塑料夹砂管管道在外压力作用下 管壁最大的环向等效折算弯曲应力可按下式计算 8 3稳定验算8 3 1钢管在真空工况作用下管壁截面环向稳定验算应满足下式要求 8 3 2钢管管壁截面的临界压力应按下式计算 8 3 3玻璃纤维增强塑料夹砂管管道的管壁截面环向稳定验算 应满足下式的要求 8 3 4玻璃纤维增强塑料夹砂管管壁截面环向失稳的临界压力同样可按式 8 3 2 确定亦可按下式计算 9正常使用极限状态验算9 1柔性管道竖向变形验算 9 2钢筋混凝土管道裂缝宽度验算9 2 1钢筋混凝土管道结构构件在长期效应组合作用下 计算截面处于大偏心受拉或大偏心受压状态时 最大裂缝宽度可按现行国家标准 给水排水工程构筑物结构设计规范 GB50069 的有关规定计算 并应符合本规程第7 3 5条的规定 10工作井10 1工作井选址10 1 1工作井的位置应按以下因素确定 1应利用管线上的工艺井 2应考虑排水 出土和运输方便 3应靠近电源和水源 4应远离居民区和高压线 5应避免对周围建 构筑物和设施产生不利的影响 6当管线坡度较大时 工作井宜设置在管线埋置较深一端 7在有曲线又有直线的顶管中 工作井宜设在直线段的一端 10 2工作井结构形式10 2 1工作井结构形式可采用钢板桩 沉井 地下连续墙 灌注桩或SMW工法 10 2 2当工作井埋置较浅 地下水位较低 顶进距离较短时 宜选用钢板桩或SMW工法 工作井内水平支撑应形成封闭式框架 在矩形工作井水平支撑的四角应设斜撑 10 2 3在顶管埋置较深 顶管顶力较大的软土地区 工作井宜采用沉井或地下连续墙 10 2 4当场地狭小且周边建筑需要保护时 工作井宜优先选用地下连续墙 10 2 5在地下水位较低或无地下水的地区 工作井可选用灌注桩 10 2 6除沉井外其它形式的工作井 当顶力较大时皆应设置钢筋混凝土后座墙 10 3工作井平面形状10 3 1工作井可分为圆形 矩形和多边形三种 管线交叉的中间井和深度大的工作井宜采取圆形或多边形工作井 10 4工作井最小长度确定10 4 1当按顶管机长度确定时 工作井的最小内净长度可按下列公式计算 10 4 2当按下井管节长度确定时 工作井的内净长度可按下列公式计算 10 4 3工作井的最小内净长度应按上述两种方法计算结果取大值 10 5工作井最小宽度确定10 5 1浅工作井内净宽度可按下列公式计算 10 5 2深工作井内净宽度可按下列公式计算 10 6工作井深度确定10 6 1工作井底板面深度应按下列公式计算 10 7穿墙管止水装置10 7 1盘根止水穿墙管构造见图10 7 1 盘根止水穿墙管可用于以下情况 1穿墙管处于透水层 包括砂土 粉土和砾石 2地下水压力大于0 08Mpa 3穿墙管兼作释放管道温度应力的伸缩机构 10 7 2橡胶板止水穿墙管的构造见图10 7 2 橡胶板止水穿墙管可用于以下情况 1穿墙管处于渗透系数小的粘性土土层 2穿墙管处的地下水压力小于或等于0 08Mpa 10 7 3顶管结束后 永久性工作井上的橡胶板止水穿墙管应改造成永久性柔性堵头 10 7 4穿墙管临时封填可采用下列材料 1沉井穿墙管可采用砖砌体或低强度水泥土 2地下连续墙穿墙管可用低强度水泥土或钢板 10 7 5工作井底板上应埋设安装导轨的预埋钢板 10 7 6工作井的允许顶力可按现行协会标准 给水排水工程钢筋混凝土沉井结构设计规程 CECS137进行验算 11接收井11 1接收井结构形式11 1 1接收井可以采用钢板桩 沉井 地下连续墙 灌注桩及SMW工法等结构形式 11 1 2专为施工用的临时接收井可以不做钢筋混凝土内衬 11 2接收井尺寸确定11 2 1接收井内净最小宽度应按下式计算 11 2 2接收井的最小内净长度应满足顶管机在井内拆除和吊出的需要 11 2 3接收井尺寸应满足工艺管道连接的要求 11 3接收孔11 3 1接收井的接收口尺寸应按下式确定 11 3 2出井墙孔和接收井的接收孔处于流砂层时 孔外的砂性土层应经过地基处理 11 3 3管道进接收孔后 应按设计要求将接收孔和管道之间空隙封堵 当接收井与管道之间可能产生不均匀沉降时 应采用柔性材料封堵 条文说明 7顶管结构基本设计规定7 2承载能力极限状态计算规定7 2 4顶管的计算分四个工况 顶管期间 空管期间 管内满水 使用期间 顶管期间管内不可能有水 水压 也没有温差作用 顶管计算只考虑顶力 当采取注浆减阻并且浆液确实饱满时 管外水土压力和地面堆载可以不计 只承受减阻泥浆压力 此工况不是受力控制工况 所以在计算组合中不考虑 管内满水工况不同于使用工况 因为管内静水压力 对管壁横截面弯矩起控制作用 当不使用减阻泥浆施工时 施工阶段管道计算可参照使用阶段工况设计 并应考虑顶力作用 但不考虑温度作用 7 2 5验算柔性管截面稳定时 竖向土压和侧向土压应分别按本规程第6 2 2条和第6 2 3所列公式计算 地面车辆或地面堆积荷载是否考虑视计算土柱高度决定 使用期间承载能力和稳定验算时 对于钢管应扣除腐蚀构造厚度 对于玻璃纤维增强塑料夹砂管应考虑老化系数和长期作用的强度值 而施工阶段则不应考虑这些因素 7 3正常使用极限状态验算规定7 3 4钢管内防腐为水泥砂浆时 其最大竖向变形不应超过0 02D0 超过此值以后 砂浆会因此而开裂 如果采取措施提高水泥砂浆抗裂性能 钢管变形也可以控制到0 03D0 如果先顶管 水泥砂浆在顶管后再抹 水泥砂浆就不易开裂了 玻璃纤维增强塑料夹砂管最大竖向变形不应超过0 05D0 由于玻璃纤维增强塑料夹砂管会产生老化 刚度老化系数为0 5 所以这里的变形是指长期变形 因为顶管采用的管道刚度较大 经计算竖向变形很小 不会达到0 05D0 用变形控制的计算受力设计指标可以使用实际计算的长期挠度 8承载能力极限状态计算8 1管道允许顶力验算8 1 1钢筋混凝土管顶管允许顶力计算公式 式8 1 1 参考了美国标准ASCE27 00 建立此公式时 假定顶力存在偏心 并且顶力的合力作用点在管道截面核心区的边缘 即假定管道截面压应力呈三角形分布 管道一侧为0 管道另一侧受力最大 如本规程第5 5 4条图5 5 4 1所示 8 1 2玻璃纤维增强塑料夹砂管顶管允许顶力计算模式同混凝土管 根据本规程的计算式 安全系数为3 61 同我国目前通用的离心管安全系数3 5比较接近 与缠绕管的安全系数3 61基本相同 关于玻璃纤维增强塑料夹砂管的受压强度设计值 至今尚无规范规定 厂家提供的受压强度是破坏强度 把破坏强度当作设计强度不妥当 为此本规程建议设计强度取厂家提供系列试验报告的最低值 每批试验报告的样品数量不应少于10个 或者按照平均受压破坏强度除以1 2当作设计值 8 1 3钢管顶管接触面最大允许顶力计算 1计算模型 管道纠偏在减少偏差的同时 必然造成管轴线弯曲 由弯曲造成的纵向弯矩的大小与管道的抗弯刚度 曲率半径有关 刚度越大 曲率半径越小 则抗弯刚度越大 弯曲应力越大 实践经验证明 管径较大的钢管弯曲应力如不加重视 容易造成不良后果的 钢管设计允许顶力的计算模式是 钢管最大允许弯曲应力加顶力造成的钢管平均应力应等于钢管最大允许应力 见图1 钢管最大允许压应力为 3验算方法 为了防止钢管弯曲超过允许范围 可以通过检验管轴线的最小弯曲半径来实现 首先测定弯曲最严重部分的管轴线 在轴线上确定最大弯曲平面上的三个点的平面坐标 点与点的间距不宜太大或太小 可采用5倍管道外径 三点已知后求出管道的曲率半径 通过下式可得到钢管的实际弯曲应力并检验钢管的实际弯曲应力是否超过 8 2管道强度计算8 2 2钢管的内力计算公式同埋地钢管结构设计规程相同 由于钢管的侧向弹抗力是通过钢和土的弹性模量比来反映的 不计侧向水土压力作用 由于压力水作用下管道的变形同土压作用下是相反的 计算M的组合作用公式的折减系数取0 7 当有地下水时 计算竖向土压力取土的有效重度 8 2 3钢管的纵向应力通常包括三个部分 1因钢材的泊桑比影响产生的纵向应力 2温度应力 一般顶管埋置较深 温差不大 并且顶管在土层中不可能呈直线 而是不同曲率的曲线 它能释放部分温度应力 本规程建议温差取20 8 2 4计算公式来源于协会标准 给水排水工程埋地预制混凝土圆形管管道结构设计规程 CECS143 2002 公式应按本规程有关公式计算 有地下水时 水土压力按水土分算 8 2 6 8 2 7公式 8 2 6 公式 8 2 7 均取自协会标准 给水排水工程埋地玻璃钢增强塑料夹砂管管道结构设计规程 CECS190 2005 其中取最大长期竖向挠度值 而不取0 05D0限值 因为顶管刚度大 可能达不到此值 公式中形状系数则是根据已有系数按曲线延伸得出 9正常使用极限状态验算9 1柔性管道竖向变形验算9 1本节中公式 9 1 1 和公式 9 1 2 摘自 给水排水工程埋地钢管管道结构设计规程 CECS141 2002 和 给水排水工程埋地玻璃钢增强塑料夹砂管管道结构设计规程 CECS190 2002 所不同的是本规程公式中没有变形滞后系数 并且管侧土的综合变形模量应取原状土的试验值 顶管同埋管不一样 顶管管侧基本上是原状土 据在软土地基上的实测 施工阶段管道是有一定变形量 使用阶段变形反而减小 10工作井10 2工作井结构形式10 2 1工作井承受千斤顶的推力 必须满足在顶力和周边水土压力作用下的强度和变形要求 工作井变形过大就必然导致顶管轴线偏移 如果用土坑或板桩替代工作井一定要慎重 10 2 2工作井结构形式应根据顶力大小和地下水情况因地制宜选择 10 3工作井平面形状圆形工作井受力性能好 特别适用于超深的情况 而矩形井则适用于多根平行顶进的工作井 可根据使用功能选择 10 4工作井最小长度确定10 4 1确定顶管工作井长度所需的各种平衡类顶管机的参考长度如下 小于DN1000的小直径顶管机长度为3 5m 大中直径顶管机长度大于或等于5 5m 10 7穿墙管止水装置10 7 1盘根止水穿墙管构造 图10 7 1 的具体尺寸可参照表2使用 10 7 2橡胶板止水穿墙管的构造 图10 7 2 的具体尺寸可参照表3用 11接收井接收井的结构形式基本上同工作井 不是每个顶管工程都需要接收井 如果管道不需要检修则可不设接受井 而挖一个接收坑即可 接收井的尺寸满足工艺管道的连接要求 以及顶管机拆除吊出的尺寸要求 顶管机的尺寸可参见本规程第10 4节的条文解释