杨仙等：小间距平行顶管管道土压力计算方法研究 ·1377 the buried depth of the pipe increases,the earth pressure on the vault of the new pipe jacking increases,but compared with the soil column theory and Terzaghi's theory,the earth pressure increment is smaller.With the increase of the spacing between the two pipes,the earth pressure on the vault of the new pipe jacking arch increases. KEY WORDS pipe jacking with small spacing;pipe-pipe interaction;earth pressure;Terzaghi's earth pressure theory;limit equilibrium theory 作为一种环境影响小、综合成本低、施工周期 仍参考既有单管顶进规范来进行，完全未考虑管 短的非开挖工法，顶管法在交通运输、市政工程以 群-土体之间的相互作用 及大型综合性地下空间的开发利用中都得到了广 本文考虑管-管相互作用的影响，结合数值模 泛的应用-)随着城市地下建（构）筑物越来越密 拟反分析，基于太沙基土压力理论和土体极限平 集，地下空间的有限性迫使小间距的双线、甚至是 衡理论，假设了土体松动线和上部既有顶管支挡 多线顶管工程越来越多)同时，在一些新型的 作用线，并进一步构建了小间距平行顶管管道土 管幕类地下工程暗挖工法（如管幕预筑法6刀、管 压力理论计算方法，采用此方法分析了顶管管径、 幕冻结法8-9和管幕箱涵法0-山等)中，小间距多 管间距、土体力学参数等对小间距平行顶管管道 管顶进也是其关键施工步骤.由此可见，随着社会 土压力的影响，并与不考虑既有顶管影响的土柱 经济的进一步发展，以及国家地下空间开发政策 理论和太沙基土压力理论计算结果进行了对比分析 的逐步实施，小间距顶管工程将会越来越多 1理论计算方法假设条件的提出 顶管工程中，管道所受到的最大荷载主要来 自于其上部土体重力，因此在顶管设计中，正确计 如图1所示，以平行两小间距顶管（等直径，上 算管道竖向土压力至关重要.土压力的计算结果， 下排列)为例，来建立后顶进顶管（下部顶管，后文 直接影响顶管工程中荷载确定、结构计算及顶力 简称新建顶管)受先顶进顶管（上部顶管，后文简 估算与控制等重要设计施工因素，从而影响后背 称既有顶管)支挡作用影响下，新建顶管拱顶垂直 墙体的设计、顶推设备的确定、管道强度选择以 土压力的计算方法 及中继间布设等涉及安全性和经济性的重要问 0 题.常用的管道土压力计算理论有土柱理论、普 氏土拱效应理论及太沙基松动土压力理论2-] 等.郭文赓4比较了84项顶管工程实测结果与计 IG B 算结果，认为太沙基理论土压力计算符合率达 h The retaining line of the existing pipe 74.5%.诸多文献基于现场实测及理论分析，对太 Terzaghi soil 沙基理论中土体松动线1刀及侧压力系数⑧-20等 H loosening line 42 进行了探讨和改进.我国及美国、德国、日本等国 ···i0 D 家的顶管工程技术规范中，也都采用了太沙基 或修正的太沙基理论计算管道土压力 E 对于小间距顶管工程，已有较多关于地表沉 降计算方法2-的研究，但对于小间距顶管管道 ...102 土压力计算方法方面的研究还很少见.部分学者 基于模型试验2，结合复变函数理论、解析延拓法 和Schwarz交替法的理论方法，分析了岩体中无 R 支护条件的水平并行隧道围岩应力分布特征，但 图1小间距平行顶管土压力计算示意图 其与一般位于浅层土体中的小间距平行顶管工程 Fig.I Schematic of earth pressure calculation of parallel pipe jacking with small spacing 土压力分布有着本质区别.小间距平行顶管工程 中，由于管群-土体之间相互作用的影响7-2，管 太沙基土压力计算理论由Terzaghi☒于1936年 道土压力分布模式与单管顶进时产生了很大差 基于活动门实验提出，其经过了大量隧道工程实 异，但目前小间距平行顶管工程中的土压力计算 践的验证，目前广泛应用于单管顶进拱顶土压力the  buried  depth  of  the  pipe  increases,  the  earth  pressure  on  the  vault  of  the  new  pipe  jacking  increases,  but  compared  with  the  soil column theory and Terzaghi’s theory, the earth pressure increment is smaller. With the increase of the spacing between the two pipes, the earth pressure on the vault of the new pipe jacking arch increases. KEY  WORDS    pipe  jacking  with  small  spacing； pipe−pipe  interaction； earth  pressure； Terzaghi ’s  earth  pressure  theory； limit equilibrium theory 作为一种环境影响小、综合成本低、施工周期 短的非开挖工法，顶管法在交通运输、市政工程以 及大型综合性地下空间的开发利用中都得到了广 泛的应用[1−3] . 随着城市地下建（构）筑物越来越密 集，地下空间的有限性迫使小间距的双线、甚至是 多线顶管工程越来越多[4−5] . 同时，在一些新型的 管幕类地下工程暗挖工法（如管幕预筑法[6−7]、管 幕冻结法[8−9] 和管幕箱涵法[10−11] 等）中，小间距多 管顶进也是其关键施工步骤. 由此可见，随着社会 经济的进一步发展，以及国家地下空间开发政策 的逐步实施，小间距顶管工程将会越来越多. 顶管工程中，管道所受到的最大荷载主要来 自于其上部土体重力，因此在顶管设计中，正确计 算管道竖向土压力至关重要. 土压力的计算结果， 直接影响顶管工程中荷载确定、结构计算及顶力 估算与控制等重要设计施工因素，从而影响后背 墙体的设计、顶推设备的确定、管道强度选择以 及中继间布设等涉及安全性和经济性的重要问 题. 常用的管道土压力计算理论有土柱理论、普 氏土拱效应理论及太沙基松动土压力理论[12−13] 等. 郭文赓[14] 比较了 84 项顶管工程实测结果与计 算结果 ，认为太沙基理论土压力计算符合率达 74.5%. 诸多文献基于现场实测及理论分析，对太 沙基理论中土体松动线[15−17] 及侧压力系数[18−20] 等 进行了探讨和改进. 我国及美国、德国、日本等国 家的顶管工程技术规范[21] 中，也都采用了太沙基 或修正的太沙基理论计算管道土压力. 对于小间距顶管工程，已有较多关于地表沉 降计算方法[22−24] 的研究，但对于小间距顶管管道 土压力计算方法方面的研究还很少见. 部分学者 基于模型试验[25] ，结合复变函数理论、解析延拓法 和 Schwarz 交替法的理论方法[26] ，分析了岩体中无 支护条件的水平并行隧道围岩应力分布特征，但 其与一般位于浅层土体中的小间距平行顶管工程 土压力分布有着本质区别. 小间距平行顶管工程 中，由于管群−土体之间相互作用的影响[27−28] ，管 道土压力分布模式与单管顶进时产生了很大差 异，但目前小间距平行顶管工程中的土压力计算 仍参考既有单管顶进规范来进行，完全未考虑管 群−土体之间的相互作用. 本文考虑管−管相互作用的影响，结合数值模 拟反分析，基于太沙基土压力理论和土体极限平 衡理论，假设了土体松动线和上部既有顶管支挡 作用线，并进一步构建了小间距平行顶管管道土 压力理论计算方法，采用此方法分析了顶管管径、 管间距、土体力学参数等对小间距平行顶管管道 土压力的影响，并与不考虑既有顶管影响的土柱 理论和太沙基土压力理论计算结果进行了对比分析. 1    理论计算方法假设条件的提出 如图 1 所示，以平行两小间距顶管（等直径，上 下排列）为例，来建立后顶进顶管（下部顶管，后文 简称新建顶管）受先顶进顶管（上部顶管，后文简 称既有顶管）支挡作用影响下，新建顶管拱顶垂直 土压力的计算方法. O O1 O2 x z G h1 h2 I P K M R N L J Q H The retaining line of the existing pipe Terzaghi soil loosening line − π 4 − φ 2 C D E F B A + − π 4 − φ 2 + 图 1    小间距平行顶管土压力计算示意图 Fig.1     Schematic  of  earth  pressure  calculation  of  parallel  pipe  jacking with small spacing 太沙基土压力计算理论由 Terzaghi [12] 于 1936 年 基于活动门实验提出，其经过了大量隧道工程实 践的验证，目前广泛应用于单管顶进拱顶土压力 杨    仙等： 小间距平行顶管管道土压力计算方法研究 · 1377 ·