基于有效摩擦因数的顶管隧道摩阻力计算方法研究

为降低顶管管壁摩阻力,顶管工程施工过程中往往需要在管壁与土体之间注入泥浆,以改变管节-土体的接触状态,使其由管节-土体全接触转变为部分管土与部分管浆接触状态。从摩擦学基本理论出发,结合既有的3种土压力计算方法,对管土部分接触状态下顶管摩阻力计算问题进行研究。通过引入有效摩擦因数来表征管节-土-泥浆的接触状态,进而在Persson接触模型的基础上,提出考虑管节-土体与管节-泥浆接触角度的有效摩擦因数计算模型,构建出一种适合于管节-土体部分接触条件下的顶管摩阻力计算方法,并开展实例验证和参数影响分析。研究结果表明:与既有方法相比,本文方法充分考虑了地质特性参数(如内摩擦角、黏聚力、容重等)、设计参数(埋深、施工间隙、管径等)及泥浆减阻效果的影响,工程适用性更强。混凝土顶管直径在0.6~4 m范围,接触角度普遍在10°~60°之间,有效摩擦因数在0.01~0.1之间变化。富水条件下,宜采用太沙基计算土压力,而对于非富水情况,则德国“ATVA 161”修正土压力模型更为适用;在采用合理的土压力模型的基础上,预测结果与实测值吻合良好,证明了该方法的适用性与有效性。