(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210537822.8 (22)申请日 2022.05.17 (71)申请人 浙大城市学院 地址 310000 浙江省杭州市拱 墅区湖州街 51号 (72)发明人 魏新江　章书远　王霄　闫自海　 丁智　鲁梁梁　严佳佳　 (74)专利代理 机构 浙江杭州金通专利事务所有 限公司 3 3100 专利代理师 刘晓春 (51)Int.Cl. G06F 30/13(2020.01) G06F 30/20(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种垂直顶升法施工全过程的顶升力预测 方法 (57)摘要 本发明公开一种垂直顶升法施工全过程的 顶升力预测方法， 基于球形孔扩张理论和剪切破 坏原理， 提出两种顶升力计算模型： 球孔扩张 ‑滑 动摩擦模型和剪切破坏 ‑滑动摩擦模型， 并推导 相应的计算公式。 当上覆土层较高， 采用球孔扩 张‑滑动摩擦模型计算顶升力较小时， 立管管盖 处看成球孔扩张问题； 当上覆土层较低， 采用剪 切破坏‑滑动摩擦模型计算顶升力较小时， 立管 管盖处土体破坏形式为剪切破坏 。 本发明考虑了 上覆土厚度的动态变化对迎面阻力的影 响， 具有 更客观和全面的理论基础， 能够更加准确的估算 垂直顶升法施工全过程的顶升力。 权利要求书1页 说明书7页 附图4页 CN 114925426 A 2022.08.19 CN 114925426 A 1.一种垂直顶升法施工全过程的顶升力预测方法， 其特 征在于包括以下步骤： 步骤一， 确定垂直顶升法施工中顶升力的组成部分， 将垂直顶升法的顶升力F根据三部分匹配， 分别为迎面阻力Fy、 管土间摩擦力Ff和管自 重Gp； 其中的迎面阻力Fy是立管管盖处受力的总和； 即有： F＝Fy+Ff+Gp； 步骤二， 选择立管顶升过程中的受力模型， 计算迎面阻力Fy， 根据上覆土层的厚度将迎面阻力的受力分为两种受力模型， 分别为球孔扩张 ‑滑动摩 擦模型和剪切破坏 ‑滑动摩擦模型； 当上覆土层较高， 有Fyb＜Fys时， 立管管盖处看成球孔扩 张问题， 则 当上覆土层较低， 有Fys＜Fyb时， 立管管盖处土体破坏形式为剪 切破坏， 则Fy＝Fys＝Gs+Gw+Fcf， 其中Gs为剪切破坏线内土重(kN)， 有Gs＝γ′πh[Rd2+Rm2+ RaRm]/3， Gw为立管范围内水重(kN)， 有 Fcf为剪切破 线内因土体粘聚力引起的阻力(kN)， 有 Fyb为球孔扩张 ‑滑 动摩擦模型下的迎面阻力(kN)， Fys为剪切破坏 ‑滑动摩擦模 型下的迎面阻力(kN)， Pu为极限 扩孔压力(kPa)， Rd为立管半径(m)， γ ′为土体有效重度(kN ·m‑3)， h为立管管盖距泥面线高 度(m)， Rm为剪切破坏线延伸至泥面线与立管中心距离(m)， γw为水体重度(kN ·m‑3)， H为水 平隧道上侧距泥面线高度(m)， c为粘聚力(kPa)； 步骤三， 根据计算的F＝Fy+Ff+Gp， 计算顶升力。 2.如权利要求1所述的一种垂直顶升法施工全过程的顶升力预测方法， 其特征在于管 土间摩擦力Ff的取值， 按以下公式计算： Ff＝ μKπDL2[γ′h+γwhw+γw(H+h)/2]； μ为管土间摩 擦系数， K为侧向土 压力系数， D为 立管外径(m)。 3.如权利要求1所述的一种垂直顶升法施工全过程的顶升力预测方法， 其特征在于管 自重Gp的取值， 按以下公式计算： Gp＝nG′， n为已顶升管节数， G ′为管节平均自重(k N)。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 114925426 A 2一种垂直顶升法施工全过 程的顶升力预测方 法 技术领域 [0001]本发明属于地下隧道工程技术领域， 涉及 一种垂直顶升法施工全过程中顶升力的 预测方法。 背景技术 [0002]随着我国经济快速增长， 沿海地区大型火力发电厂、 核电厂等取排水工程也随之 增加， 不仅如此， 城市管廊等地下工程建设往往会遇到通风及检修竖井等诸多施工问题， 此 背景下， 垂直顶升法因其工期短、 对环境影响小及效益高等优点被广泛应用。 [0003]在垂直顶升法施工中， 顶升力的确定尤为重要， 特别是对最大顶升力的确定， 它不 仅关系到顶升的可行性、 水平隧道的稳定性， 同时涉及到顶升管节的设计、 隧道底部的加固 以及是否需要对上部土体挖除减阻等措施。 当顶升力过大时， 可能造成顶升立管变形开裂 及水平隧道失稳， 当顶升力过小时， 会 无法顶升， 因此有必 要对垂直顶升法的顶升力进行系 统性的研究。 然 而目前对顶升力的计算及顶升力的动态变化 规律的研究较少。 [0004]国内外对垂直顶升法的研究大都围绕其施工工艺、 止水措施， 有关顶升力的计算 多以经验为主， 理论性不强。 目前主要有两种 方式计算顶升力， 一种是王寿生等提出的， 假 定剪切破坏线顶端按1.2D～1.5D(D为立管外径)计算， 顶升力由五个部分组成： 水重、 破坏 线内土重、 顶管自重、 管土之间剪切力以及顶升过程中的摩擦力； 另一种是上海市顶管工程 施工规范[2]推荐的经验算法， 给出了最大顶升力的计算 公式， 认为顶升首节管节时， 顶升力 最大， 其中破土力被认为是影响顶升力的最大组成部分， 针对砂土和粘土分别给出了经验 取值。 上述方法的不足之处有： [0005]1)实际工程案例中， 最大顶升力并不发生在 初顶时， 一般发生在顶升过程中； [0006]2)王寿生 算法里取值具体是采用1.2还是1.5未说明； [0007]3)多为经验取值， 理论 性稍有不足。 [0008]垂直顶升法中立管不断向上顶升， 土体对其的阻碍作用也在不断发生变化， 因而 顶升力是动态变化的。 因此， 根据其施工特点， 需要考虑上覆土厚度的变化， 重新提出一种 垂直顶升法施工全过程的顶升力的预测方法。 发明内容 [0009]本发明的目的是针对现有技术中存在的不足之处， 提供一种垂直顶升法施工全过 程的顶升力预测方法， 能够更准确和 动态地预估施工中需要的顶升力。 为此， 本发 明采用以 下技术方案 [0010]一种垂直顶升法施工全过程的顶升力预测方法， 其特 征在于包括以下步骤： [0011]步骤一， 确定垂直顶升法施工中顶升力的组成部分， [0012]将垂直顶升法的顶升力 F根据三部分匹配， 分别为迎面阻力 Fy、 管土间摩擦力 Ff和 管自重Gp； 其中的迎面阻力Fy是立管管盖处受力的总和； 即有： F＝Fyb+Ff+Gp； [0013]步骤二， 选择立管顶升过程中的受力模型， 计算迎面阻力Fy，说　明　书 1/7 页 3 CN 114925426 A 3