顶管工作井计算
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顶管顶进参数计算1.1顶力计算顶管过程是一个复杂的力学过程,它涉及材料力学、岩土力学、流体力学、弹塑性力学等诸多学科。
但顶管计算的根本问题是要估计顶管的顶力。
顶管的顶力就是顶管过程管道受的阻力,包括工具头正面泥水压力、管壁摩擦阻力。
根据《给水排水管道工程施工及验收规范》(GB 50268-2008)要求,顶进阻力按下式计算:式中:F p——顶进阻力(kN);D0——管道外径(m);0.8m;L——管道顶进施工长度(m),本工程中为300m;f k——管道外壁与土的单位面积平均摩阻力(kN/m2),通过试验确定;对于采用触变泥浆减阻技术正常顶进时,本工程顶管地质为砾质粘土,采用注浆减阻,为1.0 kN/m2;N F——顶管机的迎面阻力(kN),本工程采用泥水平衡顶管,。
Dg——顶管机外径(m)P——控制土压力(kPa),取400kPa。
N F=0.8×0.8×3.14×400/4=200.96KNFp=3.14×0.8×300×1.0+200.96=3215.36kNFp =3215.96kN<3500 kN(工作井允许顶力),不需加中继间1.2工作井设计顶力计算根据总推力、工作井所能承受的最大顶力及管材轴向允许推力比较后,取最小值作为油缸的总推力。
各油缸有其独立的油路控制系统,可根据施工需要通过调整主顶装置的合力中心来进行辅助纠偏。
工作井设计顶力为3500KN。
顶管管材采用钢管,强度等级Q235-B,壁厚14mm,DN800钢管圆环受力面积S1=(3.14×0.8142-3.14×0.82)/4=0.0176 m2,DN800钢管轴向允许推力F'=235000 kN/m2×0.0176 m2=4136 kN;总推力3215.36 kN<工作井能承受最大顶力3500kN<管材轴向允许推力4136 kN,因此,油缸总推力为3500kN。
二、顶管接收井计算书本工程丫9-2为顶管接收井,基坑深度约5.1米,接收井为封闭圆形钢筋混凝土结构,采用逆作法进行施工对基坑土体进行支护。
[计算条件]一、顶管接收井净空尺D=5.0m5,采用C30混凝土进行浇筑;二、荷载计算:丫9-2顶管接收井基坑深度约5.1米(按6米进行后续计算),施工过程中应做好地下水相关监测工作,若施工时遇有地下水,应采取必要的降水措施,将地下水位降至基坑以下不小于0.5m处,并采取措施,防止其他水源进入基坑,后续按岩土体天然指标计算。
按土层容重为21.OkWrrA综合内摩擦角6=30。
进行土压力计算;地面堆载q=10kN∕m2,邻近道路车辆荷载=30kN∕11Λ该工作井逆作法分段现浇碎护壁时,受力最大处位于井底部,现取工作井最下部一截1米高度作为计算单元进行荷载计算。
(a)主动土压力系数Ku=ta112(45-30°/2)=0.3333;(b)地面堆载和邻近道路车辆荷载二者取大值,则q=30kN∕m2,(c)接收井护壁最大侧向主动土压力P=rhK…+qK n=21x6x0.3333+30x0.3333=52kN/m2,综上,接收井护壁的最大侧压力P偏安全的按60kN∕π√进行后续计算。
三、根据《建筑施工手册》(第五版)第10.4.5.8条,混凝土护壁厚度t可按下式计算:τ>用y或挽P》f2f c式中L护壁厚度(m);N-作用在混凝土护壁截面上的压力(N∕11√),N=PXDaK--安全系数,一般取K=L65,Λ——混凝土轴心抗压强度(MPa);P-—土和地下水对护壁的最大侧压力(MPa)。
井壁计算时考虑混凝土达到轴心抗压强度设计值需要一定的龄期,此处计算时考虑龄期的影响,fc按0.2倍规范取值进行后续计算,即fc=0.2x14.3=2.86N∕mm2则混凝土护壁厚度t≥l.65x60x5.2/(2x2.86)/1000=0.1m;最终设计取值为t=300mm,满足计算要求,井壁按混凝土护壁计算配筋。
4.5.3.5顶管施工关键参数计算以下的顶管机主要性能参数的计算主要是根据本工程地质勘察报告和水文地质资料选取适当参数,并结合顶管机生产厂家设计共同计算完成。
一、顶力计算:顶管过程是一个复杂的力学过程,它涉及材料力学、岩土力学、流体力学、弹塑性力学等诸多学科。
但顶管计算的根本问题是要估计顶管的顶力。
顶管的顶力就是顶管过程管道受的阻力,包括工具头正面泥水压力、管壁摩擦阻力。
(一)4#~5#段4#~5#顶管段,长407.2m ,管顶覆土取13m式中: F ——总推力(kN )F0——初始推力(kN )f0——每米管子与土层之间的综合摩擦阻力(kN/m )(1) 204)0(c B p p F π∆+=式中: Bc ——管外径,取4.14mp0——土水压力(砂分算,粘土合算)δ=r 1h 1tg 2(45-Ф2/2)-2c 2tg(45-Ф2/2)≈350KN/mgh p ρ=0=1000×10×8=80000Pa =80kPa △P ——附加压力(一般取20kPa )式中: ρ——水的密度(kg/m 3)g ——重力加速度(m/s 2)h ——地下水位到挖掘机中心深度,取8m得: F 0=(350+80+20)×××4=6055(kN )(2) f 0=RS式中: R ——综合摩擦阻力(kPa ),取8kPaS ——管外周长(m ),得S =c B π=×=13(m )得: f0=8×13=104(kN/m )(3)最后得出:总推力F =6055+104×=48383(kN )13000(kN ),需加中继间。
(二)5#~6#段5#~6#顶管段,长45.9m ,管顶覆土取13m式中: F ——总推力(kN )F0——初始推力(kN )f0——每米管子与土层之间的综合摩擦阻力(kN/m )(1) 204)0(c B p p F π∆+=得: F 0=6055(kN ) (2) RS f =0式中: R ——综合摩擦阻力(kPa ),取8kPaS ——管外周长(m ),得S =c B π=×=13(m )得: f 0=8×13=104(kN/m )(3)最后得出:总推力F =6055+104×=10839﹤13000(kN ),不需要加中继间。
目录1.工程概况 (1)2.设计依据、遵循及参考规范、规程及标准 (1)2.1.设计依据 (1)2.2.遵循规范、规程及标准 (1)3.结构设计原则及技术标准 (1)3.1.主要设计原则 (1)3.2.主要技术标准 (2)4.工程地质及水文地质概况 (2)4.1.工程地质 (2)4.2.水文地质 (3)4.3.岩土工程评价 (3)4.4.岩土工程分析与评价 (4)5.施工竖井计算 (5)5.1.计算模型及方法 (5)5.2.荷载效应组合 (5)5.3.计算程序 (6)5.4.工程材料 (6)5.5.施工竖井计算 (6)1.工程概况金台路新建雨水管道位于现状道路中心线南侧4m位置。
雨水管径d800~1200mm雨水管,管道坡度为0.06~0.12%,埋深约6.50~9.30m。
板正大街~金容大街段,管径为d1000,流向由中间向两侧:金容大街~罗萨大街段,管径为d2000,流向由西向东排入规划水系。
罗萨大街~津海大街段,管径为d800~d1800,流向由西向东,排入津海大街东侧规划水系。
金台路新建污水管道位于中心线西侧6.5m位置,污水管径d600~d800,管道坡度为0.15~0.12%,埋深约2.20~4.73m,流向由西向东排入津海大街东侧规划预留管道。
金台路新建雨水管、污水管采用顶管法施工,金台路顶管接收井、工作井施工竖井结构采用倒挂井壁施工。
本图册设计范围为:金台路顶管接收井、工作井施工竖井初支结构图。
2.设计依据、遵循及参考规范、规程及标准2.1. 设计依据(1) 国家颁布的现行规范、规程及行业标准,地方主管部门批准的地方标准。
(2)《容城组团雨污分流改造及官网切改项目岩土工程勘察报告》(详细勘察阶段)(工程编号:218197009)(中国兵器工业北方勘察设计研究院有限公司,2021年04月)(3) 本工程施工图设计批复。
(4) 业主提供的周边环境资料、设计单位提供的单体结构施工土、工艺专业管线施工图。
顶管长度计算规则在石油和天然气开发中,井筒是为了提取油气而钻的井孔。
而由于井筒存在不同的深度,因此每个井筒的顶管长度也会存在不同的规则。
下面让我们一起来了解顶管长度计算规则。
首先我们来介绍一下顶管的作用。
顶管顾名思义就是顶部管道的缩写,由于每口井都需要设有顶管,而顶管就是连接井口与油气储层的通道。
每口井的顶管长度不同,是由井底点到油气储层顶的垂直距离加上井口到井底点之间的斜长所组成的。
其次我们介绍一下如何计算井筒深度。
井筒深度一般是指从地面开始到井口的垂直距离。
而当井筒深度达到一定的值时,一般就需要考虑对井筒进行封闭,以确保井内的安全和环境保护。
一般情况下,封闭深度有国家的规定,井的管理部门会根据国家标准来制定封闭深度。
接着我们来介绍一下计算顶管长度的规则。
顶管长度的计算是为了满足井设计的需要,将井开掘到油层至少100米以上,并能够开采油气。
一般来说,计算顶管长度需要遵循以下几个规则:首先,顶管其实也是井的一部分,在顶管设计的时候需要考虑井的根号和井径和顶管内径;其次,顶管长度需要满足油层的深度,且在小于100米的情况下,还必须满足水平控制的需要,并考虑到井的生产情况来计算顶管长度;最后,顶管长度的计算还需要考虑到地面温度和天然气温度的影响。
需要注意的是,地面温度和天然气温度对于顶管长度的计算有着很大的影响。
对于地面温度的计算,需要考虑到井口周围的环境温度,一般情况下,环境温度比较恒定,而在不同的季节时,温度的变化是可以预测的。
对于天然气温度的计算,需要考虑到在顶管内输送天然气时,气体的压缩膨胀和冷却效应。
由于天然气的物性参数对压缩膨胀和冷却效应的影响比较大,因此需要根据天然气物性参数来计算顶管长度。
综上所述,顶管长度的计算规则主要涉及井筒深度、地面温度、天然气温度等多个方面,需要详细的计算和分析。
在实际应用中,需要针对不同的井,结合实际情况来制定相应的计算规则,以确保井的顶管长度能够满足油气开采的需求。
顶管顶进参数计算1.1顶力计算顶管过程是一个复杂的力学过程,它涉及材料力学、岩土力学、流体力学、弹塑性力学等诸多学科。
但顶管计算的根本问题是要估计顶管的顶力。
顶管的顶力就是顶管过程管道受的阻力,包括工具头正面泥水压力、管壁摩擦阻力。
根据《给水排水管道工程施工及验收规范》(GB 50268-2008)要求,顶进阻力按下式计算:式中:F p——顶进阻力(kN);D0——管道外径(m);0.8m;L——管道顶进施工长度(m),本工程中为300m;f k——管道外壁与土的单位面积平均摩阻力(kN/m2),通过试验确定;对于采用触变泥浆减阻技术正常顶进时,本工程顶管地质为砾质粘土,采用注浆减阻,为1.0 kN/m2;N F——顶管机的迎面阻力(kN),本工程采用泥水平衡顶管,。
Dg——顶管机外径(m)P——控制土压力(kPa),取400kPa。
N F=0.8×0.8×3.14×400/4=200.96KNFp=3.14×0.8×300×1.0+200.96=3215.36kNFp =3215.96kN<3500 kN(工作井允许顶力),不需加中继间1.2工作井设计顶力计算根据总推力、工作井所能承受的最大顶力及管材轴向允许推力比较后,取最小值作为油缸的总推力。
各油缸有其独立的油路控制系统,可根据施工需要通过调整主顶装置的合力中心来进行辅助纠偏。
工作井设计顶力为3500KN。
顶管管材采用钢管,强度等级Q235-B,壁厚14mm,DN800钢管圆环受力面积S1=(3.14×0.8142-3.14×0.82)/4=0.0176 m2,DN800钢管轴向允许推力F'=235000 kN/m2×0.0176 m2=4136 kN;总推力3215.36 kN<工作井能承受最大顶力3500kN<管材轴向允许推力4136 kN,因此,油缸总推力为3500kN。
钢筋混凝土顶管工作井、接收井计算书钢筋混凝土顶管工作井、接收井计算书工作井和接收井是顶管施工中必不可少的设施,其作用是为顶管在地下施工过程中提供加固和支撑。
本文将为您介绍如何计算钢筋混凝土顶管工作井和接收井的设计参数。
1. 工作井设计计算工作井通常位于顶管的起点和终点,其作用是支撑并加固顶管起始段和结束段。
设计工作井时,应根据顶管直径、地质情况、周边环境等因素综合考虑,确定其尺寸和深度。
以顶管直径为800mm,工作井深度为8m为例,设计参数如下:(1)工作井底部直径D1= 1.2m(2)工作井顶部直径D2= 2.4m(3)工作井壁厚度t= 0.4m(4)工作井底部垫层厚度h1= 0.2m(5)工作井顶部垫层厚度h2= 0.3m(6)工作井底部细石混凝土垫层厚度h3= 0.15m(7)工作井顶部水泥浆垫层厚度h4= 0.2m(8)工作井混凝土强度等级C30(9)钢筋等级HPB2352. 接收井设计计算接收井通常位于顶管的转折点、支撑点和过渡点,其作用是接收和排水顶管施工过程中产生的土屑和泥浆,同时也是顶管预制件拼装的场所。
设计接收井时,应根据顶管直径、土层等级、水位等因素进行综合考虑,确定其尺寸和深度。
以顶管直径为800mm,土层等级为IV级,水位高度为2m为例,设计参数如下:(1)接收井直径D= 3.2m(2)接收井深度H= 10m(3)接收井壁厚度t= 0.4m(4)接收井底部垫层厚度h1= 0.3m(5)接收井顶部垫层厚度h2= 0.4m(6)接收井底部细石混凝土垫层厚度h3= 0.2m(7)接收井顶部水泥浆垫层厚度h4= 0.3m(8)接收井混凝土强度等级C35(9)钢筋等级HRB335通过以上设计参数计算,可以得出钢筋混凝土顶管工作井和接收井的施工图纸和工程量清单。
在施工过程中,应严格按照设计要求进行施工,确保工作井和接收井的稳定性和承载能力,以保证顶管施工的顺利进行和安全完成。
87中国设备工程Engineer ing hina C P l ant中国设备工程 2020.04 (上)随着社会的发展,对城市景观要求也逐年提升,架空的管网逐渐被地下管道取代。
在土木工程特别是市政工程建设领域,有大量地下管网和地下隧道的新建和改造。
顶管施工以工作井作为推进支座,在千斤顶和中继站的推动下,机头地下进行掘进,是暗挖法的一种,特别适用于管线的顶进施工,具有很好的经济效益,在工程中得到了广泛的应用。
在顶管施工中,所受最主要的活荷载是顶进的水力,因此,井体的内部结构受力情况以及外部土体施加被动土压力的情况是能否成功的关键。
顶管工作井实质就是一个基坑,可以采用沉井、钢板桩、地下连续墙、SMW 工法等作为围护结构,沉井由于自身结构闭合,施工开挖量少,是最常见的工作井采用形式。
由于顶管工程由以上的优越性,相对较大的管径也青睐这种施工工艺,推力可以达到上千吨以上。
在这样大的水平推力作用下,可能会发生一系列的问题。
比如,应力集中可能导致井体开裂,裂缝超过规范规定的限制从而无法正常工作;发生向后倾斜,影响顶管的顶进的定位从而偏离设计路线;顶管工作井后背地面隆起,导致管线和路面结构或者建筑破坏。
因此,不论是井体自身的结构验算还是其背后土体的稳定性验算,都是非常必要的。
1 工作井设计采用沉井方式的顶管工作井主要包括以下几个重要设计阶段:整体抗浮验算、下沉稳定性验算、封底验算、刃脚计浅谈某矩形顶管工作井设计计算马正,葛丰源,叶飞 (济南市市政工程设计研究院(集团)有限责任公司,山东 济南 250000)摘要:市政工程管线设计中往往涉及顶管工程,其中对工作井的计算尤为重要,不仅包括结构自身强度计算,还包括工作井后背土体的稳定性计算。
顶管工作井经常采用沉井的形式,本文以某工程为背景,对沉井形式的顶管工作井进行了设计计算,对相关的工程人员可以起到一定的指导作用。
关键词:顶管;沉井;计算;裂缝;稳定中图分类号:TU990.3 文献标识码:A 文章编号:1671-0711(2020)04(上)-0087-02算、井壁环向计算(封底前、封底后)、底板计算、配筋计算、土体整体稳定性计算。
工作井、接收井、沉井、顶管、模板计算书一、工作井尺寸设计根据《给水排水工程顶管技术规程》CECS246-2008第10.4节要求,对比公式①L≥L1+L3+k(10.4.1)②L≥L2+L3+L4+k(10.4.2)结果,取最大值来确定工作井尺寸。
L—工作井的最小内净长度(m)L1—顶管机下井时最小长度,取2.3mL2—下井管节长度为钢筋砼管,取2.5mL3—千斤顶长度,取2.0mL4—留在井内的管道最小长度,取0.5mk—后座和顶铁的厚度及安装富余量取0.8m计算①L=L1+L3+k=2.3+2.0+0.8=5.1m计算②L=L2+L3+L4+k=2.5+2.0+0.5+0.8=5.8m结论:综上所述L取最大值5.8m,即设计工作井最小净宽度为5.8m,本工程设计工作井内径为6.0m,符合规范要求。
二、接收井尺寸设计根据《给水排水工程顶管技术规程》CECS246-2008第11.2节要求,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求,接收井内最小宽度应按公式B=D1+2*1000计算。
B—接收井内净最小宽度(mm)D1—顶管机外径(mm)计算B=D1+2*1000=980+2*1000=2.98m结论:综上所述接收井内径最小宽度为2.98m,本工程设计工作井内径为4.5m,符合规范要求。
三、砂垫层厚度计算根据第一节沉井重量和垫层底部地基土的承载力,砂垫层的厚度按下式计算:(本工程1层素填土埋深较浅,考虑不作为沉井起沉平台,3层不在高度范围)h=(G k/F d-L)/2tanΦ其中:F d—地基承载力,参照表1.5.5根据土层分别取值,2-1粉质黏土层取150kPa,2-2黏土层取200kPa;G k—第一节沉井沿井壁长度单位长度的重量标准值(kN/m),按照φ6.0m工作井计算,G k =236.7 kN/m;φ—砂垫层扩散角,≯45°,一般取φ=22.5°;h—粗砂垫层厚度;求得①2-1粉质黏土层作起沉平台h =0.638m;②2-2黏土层作起沉平台h=0.161m。
XXXX路及其配套设施建设项目(排水工程)工作井(沉井)结构计算书计算:校核:审定:XXXXX设计建设有限公司二○一二年X月目录1 目录 (2)1.1 工程概况 (3)1.2 结构计算依据 (3)1.3 顶管概况 (3)1.4 顶管工作井、接收井尺寸 (3)1.5 1000mm管顶力计算 (4)1.5.1 推力计算 (4)1.5.2 壁板后土抗力计算: (4)1.5.3 后背土体的稳定计算: (5)1.6 工作井(沉井)下沉及结构计算 (5)1.6.1 基础资料: (5)1.6.2 下沉计算: (5)1.6.3 下沉稳定计算: (6)1.6.4 抗浮稳定计算(沉井下沉到设计标高浇注底板后): (6)1.6.5 刃脚计算: (6)1.6.6 沉井竖向计算: (7)1.6.7 井壁内力计算:(理正结构工具箱计算) (9)1.6.8 底板内力计算:(理正结构工具箱计算) (14)1.7 接收井(沉井)下沉及结构计算 (15)1.7.1 基础资料: (15)1.7.2 下沉计算: (16)1.7.3 下沉稳定计算: (16)1.7.4 抗浮稳定计算(沉井下沉到设计标高浇注底板后): (16)1.7.5 刃脚计算: (16)1.7.6 沉井竖向计算 (17)1.7.7 井壁内力计算:(理正结构工具箱计算) (18)1.7.8 底板内力计算:(理正结构工具箱计算) (24)1.1工程概况本工程污水管道起于XXX污水接入位置,沿XX快速路布设,汇入XXX路西侧的XX污水第一处理厂进场干管,长约1Km。
主要解决包括XXXXX地块等的污水排放,管道布设位置距道路中线7.9m,为了不影响XX路的交通,W24~W26段采用顶管穿越XXX路。
1.2结构计算依据1、测量资料、污水管道平面、纵断面设计图;2 、地勘资料(XXXX工程地质勘察队 2010年10月29日);3、《室外排水设计规范》GB50014-2006;4 、《给水排水工程构筑物结构设计规范》(GB50069-2002);5 、《给水排水工程管道结构设计规范》(GB50332-2002);6 、《给水排水管道工程施工及验收规范》(GB50268-97);7 、《市政排水管道工程及附属设施》(国家标准图集06MS201);8 、《混凝土结构设计规范》GB 50010-2002;9 、《顶管施工技术及验收规范》(试行)中国非开挖技术协会行业标准 2007年2月;10 、《给水排水工程钢筋混凝土沉井结构设计规程》(CECS 137:2002)。
1.1工作坑尺寸的核算
工作坑尺寸的设计由检查井的设计要求及顶管操作技术要求决定。
a、工作坑的宽度
计算公式 B =D+2b+2c
式中:B——工作坑宽度;
D——顶进管节的外径尺寸;
b——工作坑内安好管节后两侧的工作空间,本工程采用每侧1.3m;
c——护壁厚度,本工程采用0.2m。
本工程的顶管直径为D1000,因此,工作坑的宽度尺寸为 B=1000+2×1300+2×200=4000mm;
b、工作坑底的长度:
L=L1+L2+L3+L4+L5
式中: L——工作坑底部开挖长度
L1——管节长度取2m
L2——顶镐机长度取1.1m
L3——出土工作长度,取1.3m;
L4——后背墙的厚度,取0.4m;
L5——已顶进的管节留在导轨上的最小长度,取0.3m。
因此,本工程的顶管长度为35米,因此,确定本工程工作坑的底部长度尺寸为L=2+1.1+1.3+0.4+0.3=5.1m。
c、工作坑的深度
工作坑的深度由设计高程和基础底板的厚度决定。
概述沉井是顶管工作井的常用结构形式。
矩形沉井制作简单,结构布置灵活,平面利用率也较高,但是其主要缺点是受力性能不如圆形沉井好,其计算过程也相对复杂。
而在现有的结构设计手册中,还没有一套完整的矩形沉井在顶管时结构受力计算的标准模式。
故本文以单孔矩形顶管井为例,对矩形顶管工作井井壁的结构计算方法进行探讨。
顶力的确定在计算顶管井受力之前,首先应确定顶力的大小。
《市政工程施工及验收规范》pⅳ-99第四章中有述最大允许顶力是通过对工作井后靠土体稳定验算而求得的,即保证工作井在土体中不移动,不倾覆所能承受的最大外力。
1. 抗滑移计算----确定最大顶力请见下列公式及简图。
f ----最大顶力;fp----顶力作用下井后靠土体产生的被动土压力;fa----主动土压力;f摩----土体对井外表面产生的摩阻力(一般不计);s----安全系数,1.0~1.2。
2. 抗倾覆计算----验算最大顶力《规程》在“顶力估算与后靠土体稳定验算”中指出,顶力所产生的力矩可忽略不计。
井壁内力计算顶力作用下,后背井壁受力较大,但我们并不能就此下结论:井壁的配筋计算应由此工况下得出的内力控制。
相反,大量计算结果证明,使用阶段井外水压力作用下的内力才是控制非受顶侧井壁配筋的首要因素。
使用阶段井壁的内力计算一般情况下,我们认为当沉井沉到设计标高,刃脚内侧土被掏空时,作用于井壁上的水平荷载为最大,此法对于不排水下沉施工方法是可行的,其计算方法也比较简单:沿井壁每隔2~3m或于变截面处划分为若干水平区段按水平框架进行计算,这在《给排水工程结构设计手册》上已有详尽的描述。
就排水下沉的沉井来说,此工况下无水压力作用,并不能就此判断此时所受的水平荷载为最大。
实际的施工情况是到底板浇筑完毕(甚至是顶管施工结束)才恢复地下水位。
因此,我们不妨将底板浇筑完毕,井外水位恢复之时作为控制井壁计算的工况。
这也可以说是“使用阶段井壁内力计算”的确切意义。
前面提到,我们在计算井壁时,常将水平框架作为井壁的不动铰支座。