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1、附件一顶 管 结 构 计 算1设计依据及基本资料1.1 设计依据 水工建筑物荷载设计规范0DL 5077-1997）; 水工钢筋混凝土设计规范DJ20-78）。1.2 基本资料工程等级：顶管设计按2级建筑物考虑 地震烈度：工程区域内地震基本烈度为6 度，按不设防考虑 岩土物理力学参数：参考值见表1 - 1 。表 1 -1岩土物理力学参数表岩性 及代号岩石容重变形模里泊松比内摩擦角凝聚力单位弹抗 系数坚固系数YEcK0fg/cm3MPa度KPa104KN/m3Q31.776.590.451412/外水头按6m考虑，运行期内水头为1.378m。砼强度等级：预制顶管砼为C50。钢筋级别：受力钢筋采用
2、II级钢筋（20MnSi）,分布钢筋采用I级钢筋（aj3或a3）。 钢筋保护层：按 2cm 进行计算。2结构计算2.1 设计准则衬砌设计按限裂考虑，最大裂缝宽度不超过0.2mm。2.2 计算荷载及荷载组合荷载：基本荷载包括围岩压力、衬砌自重、内水压力、稳定渗流 场静水压力；特殊荷载包括施工荷载、灌浆压力、温度荷载、地震 荷载等。鉴于顶管所处洞段土质很差，计算可不考虑弹性抗力。荷载组合：见下表2-1。荷载工期山岩 压力自重内水外水弹性 抗力施工 何载温度 作用地震 作用施工期VVVVV完建期VVVVV运行期VVVV检修期VVV2.3.1 荷载内水压力：表 2 - 1荷载组合表按设计水计算一定算工
3、况虑取1.7m。 外水压力：按有一定外水考虑，取 6m。自重：按设计厚度计算自重荷载，钢筋混凝土容重取2.5T/m3施工推进力：按顶管最大推进长度对应的推进力考虑；温度荷载：考虑到衬砌分缝等结构措施，可不计；地震荷载：可不考虑；围岩压力： 可按松动介质平衡理论和弹塑性理论估算围岩压力采用普氏理论、太沙基、铁路公式、弹塑性理论公式分别计算，经 综合分析后，确定不同的围岩压力分布作为计算组次。各种公式类比计算结果见表2-2。围 lJU 岩 类 别计算参数物理力学参数几何参数Q3岩石容重YkN/m317.7洞室开挖宽度B (m)坚固系数0.62.3单位弹抗K0 104xkN/m3/洞室开挖咼度H (
4、m)内摩擦角k142.3计算项目普氏公式太沙基 公式铁路公式弹塑性 理论公式塌落拱高度h (m)4.918.310.5/垂直山岩压力q (kN/m2)611461861239水平山岩压力e (kN/m2)50751401239侧向压力系数入0.820.510.751说 明普氏公式h=（b+2mH）/2fm=tg（45- k/2）q=0.7 Yhe=m2 Y （0.7h+0.5H）太沙基公 式q=0.7 Y（B/2+mH） / （tgk） h=q/ Y e=m2Y （0.7h+0.5H） 式中 m=tg（45- k/2）铁路公式q=0.45x26-sx 丫3e= a qh=q/ Y =1+i（B
5、-5） i=0.1a =1/2、1/3、1/6、0、0 （对应与 V、IV、III、II、I 类围岩）Q3 : a =0.51Q2 : a =0.30.5N2： a =0.150.3s 对应 I、II、III、IV、V （包括 n2、q2、q3依次为：6、 5、 4、 3、 2、 1、 1、 1弹塑性 理论公式q= Y H e=q2.3.2 计算工况工况一(完建期)：山岩压力+自重+外水；工况二(运行期)：山岩压力+自重+内水+外水工况三(施工期)：山岩压力+自重+顶进力+外水； 工况四(检修期)：山岩压力+自重+外水。 工况一、二为基本荷载组合，工况三、四为特殊荷载组合。2.3.3 计算结果
6、对不同工况下衬砌承载情况，分别按不同侧向山岩压力系数（入=0.51.0）考虑，列出计算组次，采用杆件系统结构力学的方法 计算求出控制性的主要组次下衬砌内力后，可进行配筋及裂缝计算 分析。表 2-3设计配筋表洞 段围岩 类别环向钢筋纵向钢筋备注内层外层内层外层Q313G1213G124584582m段长说明：表中环向钢筋为二级钢筋。辅助计算3 施 工3.1 推力设计推力计算是顶管施工最基本的计算之一，计算公式如下：F=F0+（ n Bcq+W） U+n BcCL式中：F 总推力（kN）F0 初始推力（kN）Bc 管外径（ m）q 管周边均布载荷（ kPa）W每m管的重力（kN/m）u 管与土之间
7、的摩擦系数，卩=tg（e/2）C管与土之间的粘着力（kPa）L 推进长度（m）其中，在手掘式顶管中，F0=13.2nBcN , N 标准贯入值;管周边均布载荷q计算公式如下：q = We + p式中：We= （Y - 2c/Be）CeY土的容重（kN/m3）c土的凝聚力（kPa）Be管顶土的扰动宽度（m）Be=Btl+sin（45 - 0/2）/cos（45 -0 Bt 为挖掘直径（ m），Bt= Bc+0.1Ce土的太沙基载荷系数（m）,Ce=1/（2K 卩 /Be）1-e-（2 KuH/ Be）H管顶以上覆土影响深度（m）K 土的太沙基侧向压力系数， K=1u土的摩擦系数，u = tg0
8、土的内摩擦角（）按全段推进计算，推进力为4800吨，鉴于顶进设备限制，以最 大顶进力 1800吨确定单段顶进长度和中继间个数及设计相应辅助设 备。经计算，单段顶进长度为110m，顶进力16750KN，需布置二 个中继间。3.2 掘进方法设计拟采用手掘式掘进方式，其计算主要内容为：挖掘面自稳计 算覆土深度复核。3.2.1 挖掘面自稳计算 对于砂性土而言，挖掘面自稳高度计算公式如下： h0=4c/Yttg（45 +0/2）式中：h0 自立高度（ m）土的凝聚力（kPa）Yt土的容重（kN/m3） e 土的内摩擦角（）经计算，挖掘面自稳高度h0 =3.47m 挖掘直径Bt=2.3m，挖掘面稳 定。3
9、.2.2 覆土深度复核 对于可自立的砂性土，最小覆土深度计算公式如下：y sBc4ctg(A 5- gsB c)-2c(Bs+5.c)0卄占勿:Tt*云斛亍式中：Z管顶覆土深度（m）c土的凝聚力（kPa） Yt土的容重（kN/m3） e 土的内摩擦角（ Be管外径（m）Bs工具管挖掘长度（m）经计算，最小覆土深度为2.2m，顶管上埋度满足要求。3.3 工作坑设计3.3.1 工作坑后座墙尺寸计算 工作坑需提供反力以保证顶管单段推进的最大推力，其反力应为总推力的 1.21.6 倍。反力计算公式如下：R=Ab (yH2K /2+2cHK + YhHK )p p0.5 p 式中：R总推力之反力（kN）
10、 a系数（取1.52.5）B后座墙的宽度（m）Y土的容重（kN/m3）H后座墙的咼度（m）%被动土压力系数，Kp=tg2（45 +0/2）C土的凝聚力（kPa）H地面到后座墙顶部土体的高度（m）经计算，确定后座墙埋置深度1.5m，墙高出坑底5m提供反力 最大可达2020 吨。3.3.2 工作坑后座墙结构计算 后座墙结构计算需复核墙的承受顶推力、土压力自重作用弯距和局部承压抗剪切能力。后座墙承受弯距计算公式为M =0.28BT orct式中：M后座墙所能承受的最大弯距（KNm）;rB后座墙的宽度（m）T后座墙的厚度（m）o t混凝土抗拉强度（KN/m2）ct经计算，确定后座墙厚度lm,取C20混凝土，背土面配置单层 筋025间距100mm。4建议 根据目前选定的顶管顶施工设备和地质条件，顶管选用预制C50混凝土强度等级偏高，建议适当降低，可取为C40。
