一种可预测非直线路径管道受力模型的制作方法

本发明属于隧道及地下工程，具体涉及一种可预测非直线路径管道受力模型。

背景技术：

1、对于非直线路径安装的管道，顶管顶进力实际以偏心荷载的方式作用于管节上，加大了其受力的复杂性。顶力计算是顶管施工的重要参数，是整个工程中最基本也是最关键的计算之一。在顶管施工设计中，顶力的确定直接影响整个工程的造价，工作井的设计、顶进设备的选择、管道的强度和中继间的位置等都受到顶力大小的影响。顶力设计过大时会影响后背墙、中继间的设计，导致不必要的施工成本增加，反之，会导致顶进管道无法正常工作，顶进力不足而中断施工，影响施工进度。

2、对沿非直线路径安装的管道而言，开展顶进轨迹、管节受力、管节间顶力传递模式及曲线顶管顶进力公式研究与优化是极为重要的。

技术实现思路

1、本发明的目的是根据上述现有技术的不足之处，提供一种可预测非直线路径管道受力模型，该受力模型通过分别计算垂直土压力计算模型、水平土压力计算模型以及管侧土体抗力计算模，以实现对非直线路径管道的受力预测。

2、本发明目的实现由以下技术方案完成：

3、一种可预测非直线路径管道受力模型，其特征在于所述受力模型包括垂直土压力计算模型、水平土压力计算模型以及管侧土体抗力计算模型，其中：

4、(1)所述垂直土压力计算模型用于计算顶管所受垂直土压力的径向压力qr，计算公式为：

5、qr＝γ·2d·(h+d/2)-(πd2γ)/4

6、式中：

7、γ为覆土重度，单位为kn/m3；

8、d为顶管外径，单位为m；

9、h为顶管中心轴线至地面高度，单位为m；

10、(2)所述水平土压力计算模型用于计算顶管所受水平土压力的径向压力qr’，计算公式为：

11、qr’＝2ka·γ·d·(h+d/4)

12、式中：

13、ka主动土压力系数，计算公式为其中，为土体的内摩擦角，单位为rad；

14、γ为覆土重度，单位为kn/m3；

15、d为顶管外径，单位为m；

16、h为顶管中心轴线至地面高度，单位为m；

17、(3)所述管侧土体抗力计算模型用于计算管侧土抗力σ1，涉及曲线顶管，所述曲线顶管包括依次连接的工具管道、第一节顶管和第二节顶管，管侧土抗力σ1的计算公式为：

18、

19、式中：

20、σ1为管侧土抗力，是指所述曲线顶管顶进时，所述第一节顶管顶力传递到所述第二节顶管时产生的竖向分力；

21、p0为所述工具管道对第一节顶管产生的反力；

22、f为土体与顶管之间的摩擦力；

23、r为顶管的半径；

24、l为所述第一节顶管的长度；

25、pv1为p1的径向分力，p1为所述第二节顶管对所述第一节顶管产生的局部反力。

26、本发明的优点是：可实现对沿非直线路径安装的管道开展顶进轨迹、管节受力、管节间顶力传递模式及曲线顶管顶进力公式研究与优化。

技术特征：

1.一种可预测非直线路径管道受力模型，其特征在于所述受力模型包括垂直土压力计算模型、水平土压力计算模型以及管侧土体抗力计算模型，其中：

技术总结
本发明公开了一种可预测非直线路径管道受力模型，受力模型包括垂直土压力计算模型、水平土压力计算模型以及管侧土体抗力计算模型，其中：垂直土压力计算模型用于计算顶管所受垂直土压力的径向压力q<subgt;R</subgt;；水平土压力计算模型用于计算顶管所受水平土压力的径向压力q<subgt;R’</subgt;；所述管侧土体抗力计算模型用于计算管侧土抗力s<subgt;1</subgt;，涉及曲线顶管，所述曲线顶管包括依次连接的工具管道、第一节顶管和第二节顶管。本发明的优点是：可实现对沿非直线路径安装的管道开展顶进轨迹、管节受力、管节间顶力传递模式及曲线顶管顶进力公式研究与优化。

技术研发人员：黄昌富,李少华,王鹏,杨宇友,李文兵,姚铁军,魏英杰,周雄,张明聚,李鹏飞,郭佳奇,刘中欣,栾焕强,谢剑楠,童彦劼,田国文
受保护的技术使用者：中铁十五局集团有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/2/21