(完整版)顶管施工技术参数计算

4.5.3.5顶管施工关键参数计算以下的顶管机主要性能参数的计算主要是根据本工程地质勘察报告和水文地质资料选取适当参数，并结合顶管机生产厂家设计共同计算完成。

一、顶力计算：顶管过程是一个复杂的力学过程，它涉及材料力学、岩土力学、流体力学、弹塑性力学等诸多学科。

但顶管计算的根本问题是要估计顶管的顶力。

顶管的顶力就是顶管过程管道受的阻力，包括工具头正面泥水压力、管壁摩擦阻力。

（一）4#～5#段4#~5#顶管段，长407.2m ，管顶覆土取13mL f F F 00+=式中： F ——总推力（kN ）F0——初始推力（kN ）f0——每米管子与土层之间的综合摩擦阻力（kN/m ）（1） 204)0(c B p p F π∆+=式中： Bc ——管外径，取4.14mp0——土水压力（砂分算，粘土合算）δ=r 1h 1tg 2(45-Ф2/2)-2c 2tg(45-Ф2/2)≈350KN/mgh p ρ=0＝1000×10×8＝80000Pa ＝80kPa△P ——附加压力（一般取20kPa ）式中： ρ——水的密度（kg/m 3）g ——重力加速度（m/s 2）h ——地下水位到挖掘机中心深度，取8m得： F 0＝（350+80+20）×3.14×4.14×4.14/4＝6055（kN ）（2） f 0=RS式中： R ——综合摩擦阻力（kPa ），取8kPaS ——管外周长（m ），得S ＝c B π＝3.14×4.14＝13（m ）得： f0＝8×13＝104（kN/m ）（3）最后得出：总推力F ＝6055+104×407.2＝48383（kN ）›13000（kN ），需加中继间。

(二)5#~6#段5#~6#顶管段，长45.9m ，管顶覆土取13mL f F F 00+=式中： F ——总推力（kN ）F0——初始推力（kN ）f0——每米管子与土层之间的综合摩擦阻力（kN/m ）（1） 204)0(c B p p F π∆+=得： F 0＝6055（kN ）（2） RS f =0式中： R ——综合摩擦阻力（kPa ），取8kPaS ——管外周长（m ），得S ＝c B π＝3.14×4.14＝13（m ）得： f 0＝8×13＝104（kN/m ）（3）最后得出：总推力F ＝6055+104×45.9＝10839﹤13000（kN ），不需要加中继间。

顶管施工工艺顶力及后背计算：1、顶力计算D=1000mm泥水平衡机械顶管顶力计算（1）顶力计算π=F+NfLfkDF--顶进阻力(KN)D0--顶管外径(m),按线路管径D=1200mm，取D0＝1.22 mL—管道设计最大顶进长度(m)，150mfk—管道外壁与土的单位面积平均摩阻力(KN/㎡)经验值fk=6KN/㎡NF--顶管机的迎面阻力(KN)，查表得：NF=π∕4Dg2P式中 H0—管道覆土厚度，取最大值5mγ—土的湿密度，取18KN/m3解得：NF=（3.14/4）×1.222×5×18=105.2KN则：F=3.14×1.22×150×6+105.2KN =3552.92KN即F=355.292t根据以上计算需要两支（型号）200t顶镐。

根据总顶力计算出顶力为3552.92kN，实际施工过程中选用的顶镐设备为2台200吨的顶镐，能够提供4000kN的顶力，根据现场情况与实际施工经验，采取注浆、涂蜡等减阻措施，可以不使用中继间，能够满足顶力的要求。

1.1.1.12、后背安全系数的核算：根据顶力计算取D=1200进行后背核算根据管道直径选择墙宽2.6m，高2.4m，墙厚0.8m，内衬Φ14@150双层钢筋网片，网片生根于底板钢筋，外侧以预制钢后背为模板，两侧支模，内浇混凝土，混凝土强度采用C30。

后背面积计算：F=V×n/Kp×r×hV：主顶推力n: 安全系数，取n≥1.5Kp ：被动土压力系数，取2r：土的重度，取19h：工作井深度F：后背面积F=3552.9×1.5/2×19×6=30.93后背墙的核算按右公式计算F≥P/[σ]；F—混凝土后背面积P—计算顶力5877.21KN[σ]—混凝土允许承载力1000 KN/m2F=P/[σ]= 5877.2÷1000≈5.88m2取安全系数2，（P/[σ]）’=11.76m2实际施工时采用9*4=36 m2〉30.96 m2 >11.76 能够保证安全由此计算出实际顶进坑的后背可以承受顶推力的作用，能够安全施工。

顶管施工技术参数计算一、顶推力计算（1）推力的理论计算： (CJ2~CJ3段)F=F1+F2其中：F —总推力Fl 一迎面阻力 F2—顶进阻力F1＝π/4×D 2×P (D —管外径2.64m P —控制土压力)P ＝Ko ×γ×Ho式中 Ko —静止土压力系数，一般取0.55Ho —地面至掘进机中心的厚度，取最大值6.43mγ—土的湿重量，取1.9t/m 3P ＝0.55×1.9×6.56＝6.8552t/m 2F1=3.14/4×2.642×6.8552＝37.5tF2＝πD ×f ×L式中f 一管外表面平均综合摩阻力，取0.85t/m 2D —管外径2.64mL —顶距，取最大值204.53mF2＝3.14×2.64×0.85×204.53＝1441.15t因此，总推力F=37.5+1441.53=1479.04t 。

（2）钢管顶管传力面允许的最大顶力按下式计算：F ds =φ1φ3φ4γQdf s A p 式中 F ds — 钢管管道允许顶力设计值（KN ）φ1—钢材受压强度折减系数，可取1.00φ3—钢材脆性系数，可取1.00φ4—钢管顶管稳定系数，可取0.36：当顶进长度＜300 m 时，穿越土层又均匀时，可取0.45,：本式取0.36γQd —顶力分项系数，可取1.3A p —管道的最小有效传力面积（mm 2）计算得181127=3.14*13222-3.14*13002f s —钢材受压强度设计值（N/mm 2）235 N/mm 2由上式可得钢管顶管传力面允许的最大顶力11787KN,约1202.75t经计算得知总推力F=1479.04t ，大于钢管顶管传力面允许的最大顶力1202.75t ，顶管时只能用其80%，1202.75×80%=966.2t 。

顶管计算书一、顶管顶力计算根据《给水排水管道工程施工及验收规范》GB50268中采用公式Fp=πD0Lfk+NF式中Fp---计算的总顶进阻力（KN）D0管道外径（m）L顶进长度（m）fk管道外壁与土的单位面积平均阻力（KN/m2）NF 顶管机的迎面阻力NF=лDg2HS/4：土的容重（KN/m3）取19.5 KN/m3HS 覆盖土层厚度（m）Dg顶管机外径（m）将顶进222m，管道外径2.2m，顶管机外径2.2m，fk 取5KN/m2，带入上述公式计算Fp=3.1415*2.2*222*5+3.1415*2.2*19.5*14.1/4=8146.6KN 因此总推力大于9000KN，即大于900t可满足顶管施工。

二、顶管后背墙稳定性计算1、后背墙要求：4.5m×4.5m×0.6m（采用钢筋混凝土）；2、后背铁要求：4.5m×3.5m×0.2m（采用箱式结构）。

工作井后背的受力分析分析见图工作井后背受力分析图反力R应为总推力P的1.2～1.6倍,确保安全R=B(γH2KP/2+2cH KP1/2+γhH KP)式中：R：总推力之反力（KN）α：系数（取1.5～2.5之间）取1.5B：后座墙的宽度取4.5米γ：土的容重（KN/m3）取20.5 KN/m3H：后座墙的高度（米）取5米KP：被动土压系数为 tg2(45︒+φ/2) φ取26︒c：土的内聚力（KPa）取24 KPah：地面到后座墙顶部土体的高度（m）取4.5米代入得：R =αB(γH2KP/2+2cH KP1/2+γhH KP)=1.5⨯5⨯[20.5⨯4.52tg2(45︒+26︒/2)/2+2⨯24⨯4.5⨯tg(45︒+26︒/2)+20.5⨯4.5⨯5⨯tg2 (45︒+26︒/2) ]=7.5⨯(532+345+1063)=14550KN4口250T油缸总顶力10000 KNR/P=14550/10000=1.455可确保安全工作井后背以钢筋混凝土浇筑墙体为后背墙，底板施工中应预留钢筋，后背墙钢筋与预留钢筋连接，与底板形成整体。

顶管计算书（混凝土管）一、设计条件计算为不开槽顶管施工为检查井W152至W155段管，基本参数如下：内径D0=1.00m管壁厚度t=0.10m选用等级：Ⅲ级γ1=1.20γ2=1.27支撑角2a=120°覆土深度H S=3.60m 管内水重力密度γw=10kN/m3K aμ=0.11 参照CECS 246：2008的6.2.1取钢筋混凝土管重力密度γc=26kN/m3K0=0.50管底土层内摩擦角ψ=30°覆土平均重力密度γs=18kN/m3C=0.0kPa二、荷载计算1、永久作用1.1管自重：管自重标准值:G0k=γcπ(D0+t)t=9.0kN/m设计值:G0=γ1G0k=10.8kN/m1.2管内水重：管内水重标准值:G wk=γwπ(D0/2)2=7.9kN/m设计值:G w=γ2G wk=10.0kN/m1.3管顶土压力：H S/D1=H S/(D0+2t)=3.00c je=0.73竖向土压力标准值:F SV,k=C jeγs H s D1=56.8kN/m设计值:F sv=γ2F sv,k=72.1kN/m1.3管侧土压力：标准值:F ep,k=K0(F sv,k/D1+γs+D1/2)=33.0kN/mp ep,k=F rp,k D1=39.5kN/m2、可变作用2.1地面堆积荷载：q mk=10kN/m2q mk D1=12kN/m设计傎q m D1=16.8kN/m三、圆管内力分析管底弯矩最大时，地基土支撑角取2a=120°-30°=90°查表得：k m0=0.123k mw=0.123k mv=0.178k mp=-0.1253.1满水时：M A=∑k mi p iγc=(D0+t)[k mo G0+k mw G w+k mv(F sv+q m D1)+k mp p ep,k]/2==14.8kN/mM A,k=∑k mi p iγc=(D0+t)[k mo G0k+k mw G wk+k mv(F sv,k+q mk D1)+k mp p ep,k]/2==11.2kN/m3.2空水时：M A=∑k mi p iγc=(D0+t)[k mo G0+k mv(F sv+q m D1)+k mp p ep,k]/2==13.4kN/mM A,k=∑k mi p iγc=(D0+t)[k mo G0k+k mv(F sv,k+q mk D1)+k mp p ep,k]/2==10.1kN/m3.3计算取值：M A=14.8kN/m M A,k=11.2kN/m四、核定圆管的荷载查表知，预制钢筋混凝土管的破坏荷载为:179kN/mp=2M A/0.318(D0+t)=84kN/m<197kN/m，满足要求。

顶管施工工艺顶力及后背计算Prepared on 22 November 2020顶管施工工艺顶力及后背计算：1、顶力计算D=1000mm泥水平衡机械顶管顶力计算（1）顶力计算F--顶进阻力(KN)D0--顶管外径(m),按线路管径D=1200mm，取D0＝1.22 mL—管道设计最大顶进长度(m)，150mfk—管道外壁与土的单位面积平均摩阻力(KN/㎡)经验值fk=6KN/㎡NF--顶管机的迎面阻力(KN)，查表得：NF=π∕4Dg2P式中H0—管道覆土厚度，取最大值5mγ—土的湿密度，取18KN/m3解得：NF=（4）××5×18=则：F=××150×6+=即F=根据以上计算需要两支（型号）200t顶镐。

根据总顶力计算出顶力为，实际施工过程中选用的顶镐设备为2台200吨的顶镐，能够提供4000kN的顶力，根据现场情况与实际施工经验，采取注浆、涂蜡等减阻措施，可以不使用中继间，能够满足顶力的要求。

1.1.1.12、后背安全系数的核算：根据顶力计算取D=1200进行后背核算根据管道直径选择墙宽2.6m，高2.4m，墙厚0.8m，内衬Φ14@150双层钢筋网片，网片生根于底板钢筋，外侧以预制钢后背为模板，两侧支模，内浇混凝土，混凝土强度采用C30。

后背面积计算：F=V×n/Kp×r×hV：主顶推力n:安全系数，取n≥Kp：被动土压力系数，取2r：土的重度，取19h：工作井深度F：后背面积F=×2×19×6=后背墙的核算按右公式计算F≥P/[σ]；F—混凝土后背面积P—计算顶力[σ]—混凝土允许承载力1000KN/m2F=P/[σ]=÷1000≈5.88m2取安全系数2，（P/[σ]）’=11.76m2实际施工时采用9*4=36 m2〉30.96 m2>能够保证安全由此计算出实际顶进坑的后背可以承受顶推力的作用，能够安全施工。

一、工程概况本项目为某市某道路下新建一条直径为DN1200mm的污水管道，管道全长约800m，穿越道路、绿化带、河道等复杂地形。

为保证施工质量、安全及工期，采用顶管法进行管道施工。

二、顶管施工方案计算1. 顶管机选型根据工程地质条件、管道直径、施工环境等因素，选用我国某知名品牌ZT-1200型泥水平衡顶管机。

2. 顶管施工参数计算（1）顶管直径：D = 1200mm（2）顶管长度：L = 800m（3）顶管施工坡度：i = 1/100（4）顶管施工速度：V = 10m/d（5）顶管施工时间：T = L/V = 800m/10m/d = 80d3. 泥浆参数计算（1）泥浆比重：ρ = 1.2g/cm³（2）泥浆粘度：η = 15mPa·s（3）泥浆pH值：pH = 8-9（4）泥浆处理能力：Q = πD²/4 × V = 3.14 × (1200mm)²/4 × 10m/d = 113096m³/d4. 顶管施工材料计算（1）顶管管材：采用F型钢筋混凝土管，单节长度为6m，共需133节。

（2）顶管连接件：采用焊接连接，每节管道需焊接接头4个。

（3）顶管施工辅助材料：泥浆、润滑剂、密封剂等。

5. 顶管施工人员计算（1）顶管施工人员：包括施工负责人、技术员、操作手、安全员等，共需30人。

（2）顶管施工设备操作人员：包括泥浆泵操作手、顶管机操作手、管道焊接操作手等，共需10人。

（3）顶管施工辅助人员：包括测量员、试验员、材料员等，共需5人。

6. 顶管施工费用计算（1）顶管设备费用：ZT-1200型泥水平衡顶管机，约200万元。

（2）顶管材料费用：F型钢筋混凝土管、连接件、辅助材料等，约150万元。

（3）顶管施工人员费用：约100万元。

（4）顶管施工辅助费用：约50万元。

综上所述，顶管工程施工方案计算如下：顶管设备费用：200万元顶管材料费用：150万元顶管施工人员费用：100万元顶管施工辅助费用：50万元顶管工程施工总费用：500万元三、顶管施工质量控制1. 严格控制泥浆质量，确保泥浆比重、粘度、pH值等参数符合设计要求。

（完整版）顶管施工技术参数计算顶管施工技术参数计算一、顶推力计算（1）推力的理论计算： (CJ2~CJ3段)F=F1+F2其中：F —总推力Fl 一迎面阻力 F2—顶进阻力F1＝π/4×D 2×P (D —管外径2.64m P —控制土压力) P ＝Ko ×γ×Ho式中 Ko —静止土压力系数，一般取0.55Ho —地面至掘进机中心的厚度，取最大值6.43m γ—土的湿重量，取1.9t/m 3P ＝0.55×1.9×6.56＝6.8552t/m 2F1=3.14/4×2.642×6.8552＝37.5tF2＝πD ×f ×L式中f 一管外表面平均综合摩阻力，取0.85t/m 2D —管外径2.64mL —顶距，取最大值204.53mF2＝3.14×2.64×0.85×204.53＝1441.15t因此，总推力F=37.5+1441.53=1479.04t 。

（2）钢管顶管传力面允许的最大顶力按下式计算：F ds =φ1φ3φ4γQdf s A p 式中 F ds —钢管管道允许顶力设计值（KN ）φ1—钢材受压强度折减系数，可取1.00φ3—钢材脆性系数，可取1.00φ4—钢管顶管稳定系数，可取0.36：当顶进长度＜300 m 时，穿越土层又均匀时，可取0.45,：本式取0.36γQd —顶力分项系数，可取1.3A p —管道的最小有效传力面积（mm 2）计算得181127=3.14*13222-3.14*13002f s —钢材受压强度设计值（N/mm 2）235 N/mm 2由上式可得钢管顶管传力面允许的最大顶力11787KN,约1202.75t 经计算得知总推力F=1479.04t ，大于钢管顶管传力面允许的最大顶力1202.75t ，顶管时只能用其80%，1202.75×80%=966.2t 。

管线交叉
当管线需要与地下设施如电力管线、通讯管线 等发生交叉时，需要做好设计衔接，确保施工 安全。
顶管管材选型
管材强度
顶管施工过程中需要 承受较大的推力和压 力,因此管材的强度 是选型的关键因素。 应选用具有高强度和 耐压性能的钢铁管或 钢筋混凝土管等材质 。
管材刚度
管材刚度直接影响顶 管精度和稳定性。应 选用具有较高弯曲刚 度的管材,如厚壁钢 管或大口径混凝土管 ,以确保管线不会发 生偏移。
风险应对
针对不同等级的风险 制定相应的应对措施 ,包括规避、转移、 减轻和接受等策略。
风险控制
建立健全的风险管理 体系,持续监控和管 控风险,确保风险始 终控制在可接受的范 围内。
顶管施工环境保护
最小化环境影响
在顶管施工过程中,应采取有效措施,最大限度 地减少对周围环境的干扰和破坏,如控制施工噪 音、防止泥浆溢出、妥善处理废弃物等。
顶管施工安全措施
安全防护
在顶管施工现场,必须严格执行 安全防护措施,包括要求工人佩 戴安全帽、护目镜和高反光背心 ,确保施工人员的人身安全。
管线探查
在开始顶管施工前,必须仔细勘 探现场地下管线及其位置,以避 免对既有管线造成损坏,确保施 工安全。
实时监控
在顶管施工过程中,必须实时监 控管线推进情况、管线压力、推 进速度等参数,及时发现并控制 安全隐患。
耐磨性
顶管过程中管材与土 壤的摩擦会导致管壁 磨损,因此管材应具 有良好的耐磨性。钢 管、球墨铸铁管和陶 瓷管等材质较为适用 。
耐腐蚀性
管材还需要具有较强 的耐腐蚀性,以防止 因地下环境的化学腐 蚀而导致管材损坏。 不同管材的耐腐蚀性 能存在差异,需要根 据实际环境合理选择 。
顶管管径确定

1000X250
管道最小有效传力面积A(m2)
1.8
顶力分项系数γd
1.3
管材受压强度折减系数φ1
0.9
偏心受压强度提高系数φ2
1.05
管材脆性系数φ3
0.85
混凝土强度标准调整系数φ5
0.79
管材受压强度设计值fc(N/mm2)
14.3
管道
管道许用顶力：[Fr]=0.5φ1φ2φ3fcA/(φ5γd)=0.5×0.9×1.05×0.85×14.3×1800/(0.79×1.3)=10066.044KN
PJ4=785 kN ≤T=7600 kN
PJ4=785 kN ≤[Fr]=10066.044 kN
满足要求！
中继间安全阀的最大压力：maxP1= PJ4/(nηhAi)=785/(10×0.8×0.05)=1962.5 kPa
千斤顶布设间距：l=C/n=4200/10=420 mm
主顶工作井顶推力：P=max{ PJ1，PJ2，PJ3，PJ4，πD*(L-SN)fk}=max{ 876.688，471，628，785，3.14×1×30×5 }=876.688 kN
千斤顶布设间距：l=C/n=4200/10=420 mm
第3个中继间顶推力：PJ3=πDLifk
=3.14×1×40×5=628 kN
千斤顶顶推能力：T=ηhnPi=0.8×10×900=7200 kN
PJ3=628 kN ≤T=7200 kN
PJ3=628 kN ≤[Fr]=10066.044 kN
PJ1=876.688 kN ≤T=6400 kN
PJ1=876.688 kN ≤[Fr]=10066.044 kN
满足要求！
中继间安全阀的最大压力：maxP1= PJ1/(nηhAi)=876.688/(10×0.8×0.05)=2191.72 kPa

顶管施工计算书计算依据：1、《顶管施工技术及验收规范》2、《给水排水管道工程施工及验收规范》GB50268-20083、《给水排水工程顶管技术规程》CECS246-2008一、基本参数管道顶力计算依据《顶管施工技术及验收规范》顶管机选型挤压式（敞开式）管道截面形式圆形圆形顶管机外径Ds(mm) 1350 管道的计算顶进长度L(m) 70地面至管道底部外缘的深度h1(mm)4060 管道外缘底部至导轨底面的高度h2(mm)140 基础及其垫层的厚度h3(mm) 200 顶管机进入接收坑后支撑垫板厚度h4(mm) 200顶进坑地面至坑底的深度H1(mm)4400接收坑地面至坑底的深度H2(mm)4610 后座墙支撑作用考虑后座墙的尺寸(mm)：【宽B×高H】2000×2000 土抗力安全系数η 1.5后座墙顶至地面高度h5(mm) 2710 基坑支护基础底至后座墙底高度h6(mm)2100计算简图：工作坑后座墙示意图二、土层参数土的重度γ(kN/m3) 19.9 土的内聚力c(kPa) 12土的内摩擦角φ(°)19 被动土压力系数K p 2.2后座墙土体允许施加的顶进力：F=K pγH1B(h5+2H+h6)/(2η)=2.2×19.9×4.4×2×(2.71+2×2+2.1)/(2×1.5)=1131.392 kN 三、管道参数管材类型混凝土管道管道尺寸(mm)：【外径DX壁厚t】1500X150管道单位长度的自重ω(kN/m) 5.76 管节长度L2(mm) 2000 管道安全系数S 2.5 管道顶进加压面积A(m2) 0.636 管道抗压强度σc(kN/m2) 28000管道管道许用顶力：[Fr]=σc*A/S=28000×0.636/2.5=7123.2 kN四、主顶工作井D1迎面阻力：P s=πD s t s p s=3.14×1.35×0.1×1500=636.173 kN总顶力：P=fγD×(2H D+(2H D+D)×tan2(45°-φ/2)+ω/(γD))L+P s=0.3×19.9×1.5×(2×2.56+(2×2.56+1.5)×tan2(45°-19/2)+5.76/(19.9×1.5))×70+636.173=6077.942 kN主顶工作井的千斤顶顶推能力：Tz=ηh n z P z=0.85×4×2000=6800KN≥P=6077.942KN [Fr]=7123.2KN≥P=6077.942KN满足要求！五、注浆压力计算12 w z1D×tan(45°-19°/2)=8.851 kPa六、导轨间距112。

顶管顶进参数计算1.1顶力计算顶管过程是一个复杂的力学过程，它涉及材料力学、岩土力学、流体力学、弹塑性力学等诸多学科。

但顶管计算的根本问题是要估计顶管的顶力。

顶管的顶力就是顶管过程管道受的阻力，包括工具头正面泥水压力、管壁摩擦阻力。

根据《给水排水管道工程施工及验收规范》（GB 50268-2008）要求，顶进阻力按下式计算：式中：F p——顶进阻力(kN)；D0——管道外径(m)；0.8m；L——管道顶进施工长度(m)，本工程中为300m；f k——管道外壁与土的单位面积平均摩阻力(kN／m2)，通过试验确定；对于采用触变泥浆减阻技术正常顶进时，本工程顶管地质为砾质粘土，采用注浆减阻，为1.0 kN／m2；N F——顶管机的迎面阻力(kN)，本工程采用泥水平衡顶管，。

Dg——顶管机外径（m）P——控制土压力（kPa），取400kPa。

N F=0.8×0.8×3.14×400/4=200.96KNFp=3.14×0.8×300×1.0+200.96=3215.36kNFp =3215.96kN<3500 kN（工作井允许顶力），不需加中继间1.2工作井设计顶力计算根据总推力、工作井所能承受的最大顶力及管材轴向允许推力比较后，取最小值作为油缸的总推力。

各油缸有其独立的油路控制系统，可根据施工需要通过调整主顶装置的合力中心来进行辅助纠偏。

工作井设计顶力为3500KN。

顶管管材采用钢管，强度等级Q235-B，壁厚14mm，DN800钢管圆环受力面积S1＝（3.14×0.8142-3.14×0.82）/4=0.0176 m2，DN800钢管轴向允许推力F'＝235000 kN/m2×0.0176 m2＝4136 kN；总推力3215.36 kN<工作井能承受最大顶力3500kN<管材轴向允许推力4136 kN，因此，油缸总推力为3500kN。

顶管施工工艺顶力及后背计算：1、顶力计算D=1000mm泥水平衡机械顶管顶力计算（1）顶力计算πF+=DLfkNfF--顶进阻力(KN)D0--顶管外径(m),按线路管径D=1200mm，取D0＝1.22 mL—管道设计最大顶进长度(m)，150mfk—管道外壁与土的单位面积平均摩阻力(KN/㎡)经验值fk=6KN/㎡NF--顶管机的迎面阻力(KN)，查表得：NF=π∕4Dg2P式中H0—管道覆土厚度，取最大值5mγ—土的湿密度，取18KN/m3解得：NF=（3.14/4）×1.222×5×18=105.2KN则：F=3.14×1.22×150×6+105.2KN =3552.92KN即F=355.292t根据以上计算需要两支（型号）200t顶镐。

根据总顶力计算出顶力为3552.92kN，实际施工过程中选用的顶镐设备为2台200吨的顶镐，能够提供4000kN的顶力，根据现场情况与实际施工经验，采取注浆、涂蜡等减阻措施，可以不使用中继间，能够满足顶力的要求。

1.1.1.12、后背安全系数的核算：根据顶力计算取D=1200进行后背核算根据管道直径选择墙宽2.6m，高2.4m，墙厚0.8m，内衬Φ14@150双层钢筋网片，网片生根于底板钢筋，外侧以预制钢后背为模板，两侧支模，内浇混凝土，混凝土强度采用C30。

后背面积计算：F=V×n/Kp×r×hV：主顶推力n: 安全系数，取n≥1.5Kp ：被动土压力系数，取2r：土的重度，取19h：工作井深度F：后背面积F=3552.9×1.5/2×19×6=30.93后背墙的核算按右公式计算F≥P/[σ]；F—混凝土后背面积P—计算顶力5877.21KN[σ]—混凝土允许承载力1000 KN/m2F=P/[σ]= 5877.2÷1000≈5.88m2取安全系数2，（P/[σ]）’=11.76m2实际施工时采用9*4=36 m2〉30.96 m2 >11.76 能够保证安全由此计算出实际顶进坑的后背可以承受顶推力的作用，能够安全施工。

顶管施工顶力计算及后背校核
7.顶力计算及后背校核
7.1 顶力计算
本工程采用开挖式顶管施工，使用直径为2200mm，壁厚为220mm的钢筋混凝土排水管（JC/T640-2010）Ⅲ级管。

共有1根顶进供水管和1根回水管，分别穿越G110国道与巴彦塔拉大街三岔口的2个位置，长度分别为65米和32米。

顶进机刃口宽度为30mm。

参考北京市地方标准《地下管线非开挖铺设工程施工及验收技术规程第2部分顶管施工》（DB11T 594.2-2014），计算总顶力Fp的公式如下：
Fp = πD(Lf + tR) / 4
根据《包头市集中供热环城北干线（包铝热源至市主城区热网）工程白银路及铝业大道、东北外大街至石头山改线段岩土工程勘察报告（详细勘察）》，顶管处2m以下土质为粉砂和粗砂。

取f=15.0kN/m2,R=500kN/m2.计算结果如下：
顶力汇总表
序号管道外径（mm）管材设计顶进总长度（m）估算顶力（kN）备注
1 D=2640 钢筋混凝土管 65 8205 注浆减阻
2 D=2640 钢筋混凝土管 32 4102 注浆减阻
7.2 后背受力
根据顶管需要的总顶力，计算后背墙的宽度，使后背墙外单位土体宽度上受力不大于后背墙外土体的总被动土压力。

参考北京市地方标准《地下管线非开挖铺设工程施工及验收技术规程第2部分顶管施工》（DB11T 594.2-2014），后背墙外土体每米宽度上土的总被动土压力P计算公式如下：
P = γh(tan⁡45° + 2Chtan⁡45°/2)
其中，γ为土体重度，h为后背墙宽度，n。

顶管计算书（钢管）1、设计条件计算为不开槽顶管施工为检查井W30至W31段管，基本参数如下：外径D1=1.020m管壁厚度t=0.012m钢材等级：Q235Bγ1=1.20γ2=1.27支撑角2a=120°覆土深度H S=3.30m 管内水重力密度γw=10kN/m3γq=1.40管底土层内摩擦角ψ=30° 钢管重力密度γc=87.5kN/m3q ik=10kPa γ0=1.0D0=D1-2t=0.996m覆土平均重力密度γs=18kN/m3νp=0.3 2、荷载计算2.1、永久作用2.1.1管自重：管自重标准值:G1k=γcπD1t=3.4kN/m设计值:G1=γ1G0k=4.0kN/m2.1.2管内水重：管内水重标准值:G wk=γwπ(D0/2)2=7.8kN/m设计值:G w=γ2G wk=9.9kN/m2.1.3管顶土压力：c je=1竖向土压力标准值:F SV,k=C jeγs H s D1=60.6kN/m设计值:F sv=γ2F sv,k=76.9kN/m2.2、可变作用2.2.1水压荷载：q mk=10kN/m2q mk D1=10.2kN/m设计傎q m D1=14.28kN/m3、强度计算3.1管侧土综合变形模量计算：假定B r=D1+0.02=1.040m B r/D1=1.02管内水压标准值:F wd,k=#####原状土E n=3.00MPa管周土E e=3.00MPa E e/E n=1查表得:ε=1.00管侧土综合变形模量E d=εE e=3.0MPa3.2荷载组合下管壁截面上最大弯矩计算：ψ=0.70k gm=0.202k vm=0.157k wm=#####Ψc=0.900r0=(D0+t)/2=0.504m b0=1.000m E p=206kN/mm2 M=ψ(γ1k gm G1k+γ2k vm(F sv,k+0.5q mk D1)+γ1k wm G wk+γqΨc k vm q ik D1)r0b0/[1+0.732E d/E p(r0/t0)3] =2.49kN·m3.3设计内水压力作用下，管壁截面上的拉力设计值计算：N=γqΨc F wd,k r0b0=635N3.4设计钢管管壁截面的最大环向应力σθ计算：η=0.9σθ=N/(b0t0)+6M/(b0t20)=181.04Mpaησθ=162.94MPa<215MPa钢管管壁截面的最大环向应力满足强度要求。

顶管施工计算书计算依据：1、《顶管施工技术及验收规范》2、《给水排水工程顶管技术规程》CECS246-20083、《混凝土结构设计规范》GB50010-20105、《给水排水管道工程施工及验收规范》GB50268-2008一、基本参数工作坑后座墙示意图二、土层参数土的重度γ(kN/m3) 19 土的内聚力c(kPa) 40土的内摩擦角φ(°) 30 被动土压力系数K p 3F=K pγH1B(h5+2H+h6)/(2η)=3×19×10.44×3×(5+2×3+1)/(2×1.5)=7140.96 kN三、管道参数管材类型混凝土管道管道尺寸(mm)：【外径DX壁厚t】1000X250 管道最小有效传力面积A(m2) 1.8 顶力分项系数γd 1.3管材受压强度折减系数φ1 0.9 偏心受压强度提高系数φ2 1.05管材脆性系数φ3 0.85 混凝土强度标准调整系数φ5 0.79管材受压强度设计值fc(N/mm2) 14.3管道管道许用顶力：[Fr]=0.5φ1φ2φ3f c A/(φ5γd)=0.5×0.9×1.05×0.85×14.3×1800/(0.79×1.3)=10066.044KN四、主顶工作井顶进井布置设置中继间主顶工作井千斤顶吨位Pz(kN) 2000主顶工作井千斤顶个数n z 4 主顶工作井千斤顶液压作用效率系数ηh0.7管道外壁与土的平均摩擦力fk(kN/m2) 5 挤压阻力R(kN/m2) 400f总顶力：P=πDLf k+N f=3.14×1×170×5+562.688=3231.688KN主顶工作井的千斤顶顶推能力：Tz=ηh n z P z=0.7×4×2000=5600KN五、中继间中继间平均周长C(mm) 4200 中继间千斤顶液压作用效率系数ηh0.8第N个中继间到顶管机端部距离S i(m) 中继间净距L i(m) 千斤顶吨位P i(kN)单个油缸的作用面积A i(mm2)千斤顶台数n1 20 20 800 50000 102 50 30 850 50000 10J1i k f=3.14×1×20×5+562.688=876.688 kN千斤顶顶推能力：T=ηh nP i=0.8×10×800=6400 kNP J1=876.688 kN ≤T=6400 kNP J1=876.688 kN ≤[Fr]=10066.044 kN满足要求！中继间安全阀的最大压力：maxP1= P J1/(nηh A i)=876.688/(10×0.8×0.05)=2191.72 kPa千斤顶布设间距：l=C/n=4200/10=420 mm第2个中继间顶推力：P J2=πDL i f k=3.14×1×30×5=471 kN千斤顶顶推能力：T=ηh nP i=0.8×10×850=6800 kNP J2=471 kN ≤T=6800 kNP J2=471 kN ≤[Fr]=10066.044 kN满足要求！中继间安全阀的最大压力：maxP1= P J2/(nηh A i)=471/(10×0.8×0.05)=1177.5 kPa 千斤顶布设间距：l=C/n=4200/10=420 mm第3个中继间顶推力：P J3=πDL i f k=3.14×1×40×5=628 kN千斤顶顶推能力：T=ηh nP i=0.8×10×900=7200 kNP J3=628 kN ≤T=7200 kNP J3=628 kN ≤[Fr]=10066.044 kN满足要求！中继间安全阀的最大压力：maxP1= P J3/(nηh A i)=628/(10×0.8×0.05)=1570 kPa千斤顶布设间距：l=C/n=4200/10=420 mm第4个中继间顶推力：P J4=πDL i f k=3.14×1×50×5=785 kN千斤顶顶推能力：T=ηh nP i=0.8×10×950=7600 kNP J4=785 kN ≤T=7600 kNP J4=785 kN ≤[Fr]=10066.044 kN满足要求！中继间安全阀的最大压力：maxP1= P J4/(nηh A i)=785/(10×0.8×0.05)=1962.5 kPa 千斤顶布设间距：l=C/n=4200/10=420 mm主顶工作井顶推力：P=max{ P J1，P J2，P J3，P J4，πD*(L-S N)f k }=max{ 876.688，471，628，785，3.14×1×30×5 }=876.688 kNP =876.688 kN≤T z =5600 kNP =876.688 kN≤[F r] =10066.044 kN满足要求！六、注浆压力计算h0=D(1+tan(45°-φ/2))/(2tanφ)=1×(1+tan(45°-30°/2))/(2×tan30°)=1.366 mPA=γw H z1+γh0=10×0.005+19×1.366=26.004 kPa七、导轨间距112200+50)×( 200-50))0.5+150=864 mm。