基于管土接触特性的顶进力计算模型分析

顶进力是顶管工程中管道结构设计、顶管机选型和工作井结构设计的决定性参数之一。为了更加准确地计算顶进力,假设泥浆压力作用下孔壁保持稳定,管道与孔壁土体发生部分接触,采用协调表面Persson接触模型分析管土接触角度和接触压力分布规律,在此基础上考虑管浆摩阻力影响推导出相应的顶进力计算公式。结果表明:管土接触角度和接触压力分布受管道和地层力学参数影响,软土层中管土接触角度可近似取180°定值,接触压力合力约为管道自重的1.35倍;当管道与岩层力学性质接近时,管土接触趋于点接触状态,接触压力的合力为管道自重,且工程实测顶进力与公式预测值相一致,证明其具有适用性。     

考虑泥浆触变性和管土接触特性的顶管摩阻力公式

顶进力是顶管工程设计和施工的重要参数,而顶管侧摩阻力对顶进力起控制作用,其大小主要受管土接触和管浆接触特性影响。为了更加准确地计算顶管摩阻力,假设隧洞孔壁在泥浆压力作用下保持稳定,管道周围同时存在管土接触和管浆接触,采用协调表面Persson接触模型分析管土接触特性,得出考虑接触压力分布影响的管土摩阻力;然后利用半无限弹性体中柱形圆孔扩张理论分析注浆压力对泥浆套厚度的影响,并结合泥浆触变性和流体力学平行平板模型计算管浆摩阻力。在此基础上考虑管道与隧洞的相对位置,同时将管道顶进时的滑动摩擦阻力作为下限值,顶管重启动时的静摩擦阻力作为上限值,总结出直线和曲线顶管摩阻力公式。通过与工程实例数据对比,结果表明该计算公式下限值与实测值最接近,证明其适用性。