曲線頂管初探（二）
發布時間：2010-01-14 共1頁
曲線頂管的頂力可分成軸向力和側向力兩部分,下面分析作用在管段上的側向力的小。由圖2可知,折線轉向角δ是∠ABC的補角。
因為 ∠ABC=2β所示
δ=180-2β
α=180-2β
δ=α
假設忽略管壁摩阻力,并假設AB管段的軸向頂力是P1,則BC管段的軸向頂力和側向分力是
p2=p1ctgα
p′2=p1tgα
式中 p2—下一管段的軸向頂力;
p′2—下一管段的側向分力。
由此可見,曲線頂管存在側向分力,因此要驗算土體的承載力。如果承載力不夠,管軸線會因此失穩,側向分力使管道靠向曲線外側,并作用在土體上,還會使管道的頂進阻力增加。因此曲線頂管在頂力配置時要考慮管道摩阻力增加的因素。
已知彎曲半徑R和管段長度l,就可以求得α。根據軸向頂力的小,就可求得側向分力。再根據μ值,即可求得管段的附加摩阻力。
四、頂力的調正
曲線頂進時,管段的允許頂力要折減。折減系數與管段轉角有關,混凝土管還與木墊片的彈性模量、木墊片的厚薄有關。曲線頂管不但會使混凝土管的允許頂力下降,而且還會使管道總頂力增加。如果中繼環設計頂力不變,則曲線頂管中繼環的數量要比直線頂管多。
管道進入曲線段,管段間的頂力傳遞面靠向曲線內側(見圖2),因此中繼環進入曲線段后頂力要調正,使中繼環的頂力合力中心與其他管段傳力一致。調正的辦法是曲線外側的中繼油缸要封住,即部份油缸不使用。停用油缸數量可通過計算。最簡單的辦法是,觀測中繼環轉角有無變化。轉角增加,表示要增加停用的油缸,合力中心還要靠向曲線內側;轉角減小,表示停用的油缸太多了,需要減少;只有當轉角不增不減,或者變化不時,認為調正是正確的。
中繼環的頂力調整降低了中繼環的實際使用頂力,因此中繼環的允許使用頂力還要比設計頂力低,頂力配置時要考慮這一因素。
五、曲線頂管的超挖
曲線頂管,要求直線形的管段沿圓弧移動(見圖4),因此必然要超挖。超量小與彎曲半徑、管道直徑、管段長度有關。超挖量可按下式計算:
式中 m—半徑方向超挖量(m);
R—彎曲半徑(m);
D—管道外徑(m);
l—管段長度(m)。
例如管道外徑2.4m,管段長2.5m,彎曲半徑400m,則:
可見混凝土曲線頂管中存在超挖的問題。對硬土來說這是曲線頂進的需要,否則管段很難轉向,摩阻力也會因此而增加。對于軟土情況就會好一些。所以在硬土中頂管,要考慮超挖的方法。但鋼管頂管因為設計的彎曲半徑很,超挖量就很小,可以忽略不計。
六、曲線頂管測量
曲線頂管的測量是曲線頂管的關鍵技術問題。曲線頂進時因管內外無法通視,因此必須改變常規的施工測量方法,經緯儀必須進管。但管道在施工過程中是不斷向前移動的,因此測站的座標也是在不斷變化的。要在測站座標不斷改變的情況下,隨時隨地指出管道前進方向,這就是曲線頂管中管道定向測量要解決的中心問題。
解決的辦法有2個:
1.管道內布置多臺全站儀,依靠全站儀的優勢,在短時間內通過計算機確定每站經緯儀的方向,指出管道頂進方向。這一方法實質上是經緯儀導線法,方法可行但成本高。
2.管道內設置一臺普通經緯儀,一個覘標,2者均布置在工具管的后部。工具管上的標尺、經緯儀、后視覘標3者間保持一定的距離,并與管道固定,隨管頂進而跟進。經緯儀、后視覘標的中心坐標是根據事先測定的實際管軸線計算所得,工具管上的測點座標查設計軸線可得。依靠這3者的關系就可算出管道的頂進方向,并由經緯儀指向。管軸線的測定需要一臺全站儀,管道每頂進數10m,測定一次工具管后的管軸線,并輸入計算機。施工中可以根據頂進距離,推算出3者的即時坐標,通過計算機的運算,就能指出工具管頂進方向。采用這一方法,速度快、成本低,使用人力少。
上面分析了曲線頂管中的6個主要問題,還很膚淺,尚需各方面共同進一步研究完善。
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