[发明专利]一种基于分段位移控制法的竖向曲线顶管顶进力估算方法

说明书

本发明涉及一种基于分段位移控制法的竖向曲线顶管顶进力估算方法，包括如下步骤：将曲线顶管划分为若干区段；运用数值分析软件建立位移控制有限单元数值模型；通过对各模型起始环向截面施加一个管节宽度的位移，得到各区段不同顶进位置的顶推力和平均机头端阻力，用各位置的顶推力与平均机头端阻力之差得到各顶进位置的侧阻力；沿顶进方向，将各模型计算得到的顶进力与侧阻力进行适当叠加，就可以得到沿顶进方向，顶推力随顶进长度的拟合函数和拟合曲线，该拟合函数可以作为相同顶管参数和施工条件的竖向曲线顶管顶进力计算的通式。本发明可以避免复杂的算法和较少的计算量较容易地估计大截面、大刚度竖向曲线顶管中间区段的顶推力。

技术领域

本发明涉及城市地下隧道工程技术领域，尤其涉及分段位移控制法的大截面、大刚度矩形截面竖向曲线顶进力预估方法。

背景技术

顶管施工就是在工作坑内借助于顶进设备产生的顶推力克服管道与周围土体的摩擦力，将管道按设计的坡度顶入土中。在一节管子完成顶入土层之后，再下第二节管节继续顶进，依次类推，将管道埋设在两坑之间。在顶管施工中顶进的坡度对模型的建立要求较高，在国内外做该领域的研究较少，与直线型顶管不同，在坡角发生变化时，曲线顶管机头顶进方向会发生变化，经过转折处的后续所有管节的顶进方向都会发生改变。因此，要在整体模型中实现这个过程，需要建立复杂的算法，有时候变得得不偿失。为了避免建立算法，本研究提出了分段位移控制有限单元模型。

顶推力的估算是顶管施工和设计中的一个重要难题，竖向曲线顶管顶进力的估算较直线顶管更加复杂，普通的理论经验公式是基于理论力学范畴得出的，没有考虑顶管、顶管周边土体本身变形对顶管接触属性的影响，基于位移控制有限单元模型能够从连续介质力学的角度考虑施工过程以上影响因素，估算精度更高，计算量也在可以接受的范围内。竖向曲线顶管只能采用分段有有限单元位移控制法进行计算，因为在坡度转折处，顶进方向会发生改变，为了实现顶进力数值估算，以顶管坡度转折处为界，将整个顶管工程划分为若干个模型进行计算，模型与模型之间通过结点应力边界联系，每个模型，按照一般直线顶管进行顶进力的估算，最后采用叠加原理对顶进力实现对顶进力的估算，可以获得较高的估算精度。

公开号CN110197014A的发明公开一种基于位移控制的大尺寸矩形顶管顶推力估算方法，包括如下步骤：步骤1、运用数值分析分析软件Abaqus建立土层-矩形顶管的数值分析模型；步骤2、根据建立的数值分析模型，对矩形顶管施加给定顶距及注浆压力方案；步骤3、根据不同的顶距和注浆压力方案，得到不同的顶推力，绘制不同注浆压力方案下顶推力随顶距变化的拟合曲线；步骤4、重复步骤2、步骤3得到不同拟合曲线，并将其与经验公式、实测数据对比，得到最佳拟合曲线和顶推力拟合函数，估算出顶推力，该拟合函数可以作为相同设计参数和施工条件的顶管顶推力计算通式。能较容易地估计顶推力，而不是用耗时的试错法来估计顶推力，能较好地适应各种管道与土体接触条件。

但是该技术方案主要是基于直线顶管的顶推力估算，没有解决竖向曲线顶管的顶进力估算。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种基于分段位移控制法的竖向曲线顶管顶进力估算方法，以克服上述现有技术中的不足。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：

一种基于分段位移控制法的竖向曲线顶管顶进力估算方法，包括如下步骤：

步骤1、根据竖向曲线顶管的坡率将曲线顶管划分为若干区段；

步骤2、运用数值分析软件分别对曲线顶管不同区段的顶管顶进过程建立位移控制有限单元数值模型；

步骤3、针对每个模型，通过对各模型起始环向截面施加一个管节宽度的位移，得到各区段不同顶进位置的顶推力和平均机头端阻力，用各位置的顶推力与平均机头端阻力之差得到各顶进位置的侧阻力；