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深圳市城市轨道交通14号线土建四工区坳背站DN800污水管顶管计算书编制：审核：审批：中铁五局集团有限公司深圳市城市轨道交通14号线工程施工总承包土建四工区项目经理部2019年6月1、顶进阻力估算污水管采用内径Φ800mm 、壁厚δ80mm 的C40钢筋砼管。
管道直线段最长为31m ，在两端设置一个接收井，则最大顶进距离不超过31m ，在此，顶进距离按31m 考虑。
管道顶力主要由两部分构成，一是前端刃角处的正面阻力，二是管壁外侧与土壤间的摩阻力。
由于前端刃角处已超前掏空，前端正面阻力实际上较小，甚至忽略不计，为保证顶进过程中顶力足够，在此，不考虑超前开挖导致的正面阻力减小。
由于超前开挖导致管顶与管壁间出现一定空隙（扩孔），因此，管壁阻力不采用与土层厚度有关的计算公式（采用与土层厚度有关的计算公式将导致估算阻力过度偏大）。
根据《给排水管道工程施工及验收规范》（GB50268-2008）6.3.4条及《给水排水工程顶管技术规程》（CECS246：2008）12.4.1条，顶管顶进阻力估算公式如下：01K F =F D Lf N π+F =g N D t tR π-()其中，1K D Lf π为管壁外侧摩阻力，F N 为前端刃角正面阻力。
式中，0F ——顶管总阻力标准值，t ；1D ——顶管外径，取0.96m ；L ——管道设计顶进长度，取31m ；g D ——工具管外径，取0.96m ；t ——工具管切土刃口壁厚，取0.1m ；K f ——管道外壁与土的单位面积摩阻力，t/㎡。
与管道的埋设深度、土质、地下水位等因素有关，估算本工程的综合摩擦力系数2/8M KN f k = R ——顶管刃角正面最大压强，t/㎡。
与土层密实度、土层含水量、地下水位状况有关。
本工程管道处地质主要为粘土层，估算顶管前端正面压强约为30～50t/㎡（即0.3～0.5MPa ），这里按2=50t /m R 取值。
因此，求得顶管总阻力为：01K F =F D Lf N π+=3.14*0.96*31*8+3.14*(0.96-0.1)*0.1*500=747.5712+135.02=882.59KN=88.3t 。
顶管结构计算书项目号本计算书共页项目名称子项1－2号顶管计算日期校对日期专业负责人：日期审核人：日期一、基础资料1、地质条件根据宁波大学地基处理中心2010年11月提供的《宁波市毛家坪水厂出厂管复线工程岩土工程勘察报告》，在沉井深度范围内，各（亚）层土的空间展布、工程地质特征：1、杂填土杂色，松散，湿，为人工填土，主要为塘渣、碎石、块石、建筑垃圾、生活垃圾及少量粘性土组成，为新近填土，力学性质不稳定，本层局部分布，层厚为0.30~3.00米，层底埋深为0.30~3.00米。
2-1、粘土灰黄色，可塑为主，局部软塑，饱和，主要为粘土，局部为粉质粘土，具厚层状构造，含铁锰质斑点，上部0.15~0.20米左右为耕植土，含植物根茎，无摇振反应，切面光滑，干强度、韧性高，具中等偏高压缩性，力学性质一般，本层局部缺失。
层厚0.30~2.10米，层底埋深为1.00~2.60米。
2-2、粉质粘土灰黄色，软塑，饱和，主要为粉质粘土，局部为粘土，具厚层状构造，含铁锰质斑点，无摇振反应，切面稍光滑，干强度、韧性中等，具中等压缩性，力学性质一般，本层局部分布。
层厚0.70~1.40米，层底埋深2.20~3.10米。
3-1、淤泥灰色，流塑，饱和，主要为淤泥，厚层状构造，含腐杂质，局部渐变为淤泥质粘土和淤泥质粉质粘土，无摇振反应，切面光滑，干强度、韧性高，具极高压缩性，力学性质极差，本层局部分布，层厚为0.30~1.90米，层底埋深为1.40~3.40米。
3-2、泥炭质土灰黑色，流塑，饱和，主要为泥炭质土，具腥臭味，含植物腐植质及碳质木屑。
内摩擦角、凝聚力接近零，本层仅局部分布，具极高压缩性，力学性质极差。
层厚为0.10~0.60米，层底埋深为1.10~3.80米。
3-3、淤泥质粘土灰色，流塑，饱和，主要为淤泥质粘土，局部渐变为淤泥及淤泥质粉质粘土，厚层状构造，局部夹薄层状粉土，含少量腐杂质，无摇振反应，切面光滑，干强度、韧性高，具极高压缩性，力学性质差，本层全场分布，本层局部未揭穿，层厚为2.40~19.50米，层底埋深为3.80~21.50米。
工程概况：F=F 1+F 2p17:(7.4.1-1)F 1=πＤ*L′*fp17:(7.4.1-2)上式中：F —总顶力(KN)D —管外径(m)1.62（m)L′—管道顶进长度(m)600（m)F １—管外壁与土层摩阻力（KN)F ２—顶管机迎面阻力（KN)f—管外壁与土层平均摩阻力（Kpa)4.00KN/m2F1=πＤ*L′*f =12208.32（KN)F ２=π/4*D ′2*R 1658.93（KN)式中D′—顶管机外径(m) 1.64（m)R 1—顶管机下部1/3处被动土压力（KN/m2)R 1＝γ(H+2/3*D)tg 2（45oH－管顶土层厚度（F=F 1+F 22、钢管允许顶F ds =K ds f s A pF ds －钢管允许顶力（Ｎ）k ds -钢管综合系数，一般可取=0.277；顶管长度小于300m，且土层均匀时可取0.3460.346f s －钢管轴向抗压强度设计值（N/mm 2)215（M pa)A p －管道的有效传力面积（mm 2)130134.16（mm2)顶管壁厚（mm)26（mm)F ds =K ds f s A p =9680680.16（Ｎ）顶管顶力计算顶管为钢管，直径1620，以工作井壁为后背，泥水平衡方式顶管。
1、管道总顶力按下式估算：(顶管施工规程DG∕TJ 08-2049-2016 )3、中继间设置第一道中继间的间距计算（按60%中继间顶力计算）Ｓ′=k(F 3-F 2)/(πDf)p 19:(7.5.3式)式中：Ｓ′－中继间的间隔距离（m)k—顶力系数，宜取0.5~0.6F 2—顶管机迎面阻力（KN)F 3-控制顶力（KN)D－管道外径（m)f－管外壁与土层平均摩阻力（Kpa)Ｓ′=k(F 3-F 2)/(πDf)取第一道中继间布置位置Ｌ１后续中继间间距按80%中继间顶力计算，后续中继间顶推时，取F2＝0。
⊿Ｓ=k(F 3-F 2)/(πDf)式中：⊿Ｓ－中继间的间隔距离（m)k—顶力系数，据经验取0.80.8F 2—顶管机迎面阻力（KN)0（KN)F 3-控制顶力（KN)3000（KN)D－管道外径（m)1.62（m)f－管外壁与土层平均摩阻力（Kpa)4.00（Kpa)⊿Ｓ=k(F 3-F 2)/(πDf)=117.95（m)中继间的数量n计算：（取整数）n =（L ′-Ｌ１）/⊿Ｓ 钢管允许顶力9680KN ，工作井允许顶力3000KN 。
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。
顶管施工技术参数计算、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 = n /4 X D?X P （D —管外径2.64m P —控制土压力）P = Ko X Y X H O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丫一土的湿重量，取1.9t/m 3P = 0.55 X 1.9 X 6.56 = 6.8552t/mF仁3.14/4 X 2.64 2X 6.8552 = 37.5tF2 =n D X f X L式中f 一管外表面平均综合摩阻力，取0.85t/mD—管外径2.64mL —顶距，取最大值204.53mF2 = 3.14 X 2.64 X 0.85 X 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：$1 $3 $4F ds= f sAY Qd式中F ds —钢管管道允许顶力设计值（KN$1 —钢材受压强度折减系数，可取1.00$3 —钢材脆性系数，可取1.00（j）4 钢管顶管稳定系数，可取0.36 :当顶进长度v 300m时，穿越土层又均匀时，可取0.45,:本式取0.36Y Qd —顶力分项系数，可取1.3A p—管道的最小有效传力面积（mm计算得2 2181127=3.14*1322 -3.14*1300f s—钢材受压强度设计值（N/mr^ 235 N/mn i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 X 80%=966.2t。
主顶使用四台400t级油缸，在推进时，每台油缸的最大顶力不得超过962.2t/4=240.5t 。
顶升支架计算书一、梁体重量计算1、梁体截面图：2、断面面积计算：A1=4m2（跨中断面面积）A2=8.2m2(实腹段的面积)3、梁体重量计算20m梁重量：W1=（17 A1+3 A2）γc=(17×4+3×8.2)×26=2407.6KN25m梁重量：W1=（22 A1+3 A2）γc=(22×4+3×8.2)×26=2927.6KN30m梁重量：W2=（27 A1+3 A2）γc=(27×4+3×8.2)×26=3447.6KN 计算取W=3500KN二、顶升支架高度确定顶升支架高度按10m计算。
三、顶升支架的布置图四、强度验算钢管直径1.2m,钢管壁厚1cm.每根钢管支顶重量为F=W/2=3500/2=17500KN钢管受力面积A=π（D2-d2）/4=3.14(1.22-1.192)/4=0.0188m2钢管应力：σ=F/A=1750000/0.0188=93085106N/m2=93.08Mpa 〔σ〕=205 Mpaσ=93.08Mpa＜〔σ〕=205 Mpa 满足要求。
五、局部稳定验算惯性矩的计算：I=πD4(1-α4)/64 α=d/D=1.19/1.2=0.99I=3.14×1.24(1-0.994)/64=0.004m4惯性半径计算：i=√I/A=√0.004/0.0188=0.46m=46cmλ=μl/ i=1×1000/46=21.74 μ=1查表得φ=0.95φ〔σ〕=0.95×205=195Mpaφ〔σ〕=195Mpa＞σ=93.08Mpaφ〔σ〕/σ=195/93.08=2.092.09＞1.3 (1.3 稳定安全系数) 满足局部稳定要求。
六、整体稳定验算两根钢管组成的顶升支架，钢管与钢管之间用型钢联结。
惯性矩的计算：。
顶管顶力计算书计算：聂石宇（中铁九局铁路工程处）混凝土管的口径d=1800mm,壁厚t=150mm,管外径bc=2.1m,每米管的重力w=18.63kn/m,土的容重γ=18kn/m3，内摩擦角ф=15o，土的内聚力c=10kpa,管与土的粘着力c′=10kpa,标准贯入数n=4,复土深度h=6m，顶程l=30m。
1.总顶推力是初始顶推力和各种阻力之和，f=F0+[（πBCQ+W）μ′+πbcc′]lf―总顶力（kn）f0―初始顶力bc―管外径q―管周边均布载荷（kpa）μ′―管与土之间的摩擦系数2.初始顶推力F0=13.2πBCN=13.2×3.1415926×2.1×4=348.34（kn）3.开挖直径BT=BC+0.1=2.1+0.1=2.2m?1?sin(45??）2]4、管顶的扰动宽度be=bt[? cos（45？？）21.61=2.2×（）=4.48米0.795、土的摩擦系数μ=tgφ=tg15o=0.2686、土的太沙基载荷系数行政长官=2k?11（h)]=?[1-0.487][1-e?2k?be0.120（)be=4.275m7、管顶上方土的垂直载荷we=(γ-2c2？10） ce=（18-）×4.725=57.87（kpa）be4。
488.冲击系数I=0.65c01h=0.65c0。
6 = 0.059. 地面动荷载p=2p'(1?i)2?100?(1?0.05)210==6.25kpa?b(a?2htg?)2.75?(0.2?2?6?tg450)33.5510、管周边的均布载荷q=we+p=57.87+6.25=64.12kpa? 15011.管道与土壤之间的摩擦系数μ1=tg=tg=0.1322212、总顶力f=f0+[（πbcq+w）μ′+πbcc′]l=348.34+[（3.1415926×2.1×64.12+18.63）×0.132+三点一四一五九二六×两点一×10]×30=4076.44kn=407.65吨（力）使用两个400t千斤顶，按70%效率计算t=400t×2×70%=560吨（力）因此t>f=407.65吨（力）因此，插孔配置符合要求。
顶管顶力计算
土压平衡式顶管理论计算公式
F=F1+F2
式中F 为总推力
式中F 1为迎面阻力
F 1=p e 4
πB c 2
p e 为控制土压力
B c 为管外径
p e = p A + p w +∆p
p A 为掘进所处土层的主动土压力（kPa ）
p A 一般为150-300 kPa
p w 为掘进所处土层的地下水压力（kPa ）
p w =γ水H 埋深
∆p 为给土仓的预加压力（kPa ）
∆p 一般为20 kPa
式中F 2为顶进阻力
F 2=πB c f k L
f k 为管外壁与土的单位面积平均摩阻力kN/m 2
其数值一般通过试验确定
如果采用触变泥浆减阻技术按下表选用 2
浆套时，f k 可直接取值3.0-5.0 kN/m 2 。
B c 为Φ2.16m, L 为顶进长度(本次顶管按150m 为一分段）， f k 取值4
则：
F= p e 4
πB c 2+πB c f k L =（225+7.5×4+20）×4
14.3×（2.16)2+3.14×2.16×4.0×150 =1007.1846+4069.44= 5076.6764（kPa ）=507.7（T ） 单向顶进： 75m 则： 507.7÷2=253.85（T ）
顶力系数：1.25 顶进千斤顶配置： 253.85×1.25≥317.31（T ）。
1、后座反力计算忽略钢制后座的影响，假定主顶千斤顶施加的顶进力是通过后座墙均匀地作用在工作坑后的土体上,为确保后座在顶进过程中的安全，后座的反力或土抗力R应为的总顶进力P的1。
2~1。
6倍，反力R采用下式计算:式中:R——总推力之反力，kN；α--系数，取α=1.5～2。
5，计算中取2。
B——后座墙的宽度,取5m；γ-—土的容重，kN/m3；H——后座墙的高度，取4m；Kp--被动土压系数，）2/45（tanKp2ϕ+=;c-—土的内聚力,kPa；h-—地面到后座墙顶部土体的高度，见表1.井号基坑尺寸坑深（m）后背墙高（m) 墙顶到地面的高h（m)W1、Y1 平面异形面积127m27。
91843。
918W3、Y3 9mx9m 7。
99 3.99W6、Y5 9mx9m 8。
132 4.132 W9、Y7 9mx9m 8.258 4.258 W11、Y9 9mx9m 8。
366 4。
366Y’2 9mx5m 5.492 1.492Y旧2 9mx5m 6.681 2.681W旧2 9mx5m 6.234 2.234 W’3、Y'5 9mx9m 6.748 2。
748（1）工作基坑W1、Y1的后背墙反力计算管道所在的土层为粉质粘土层，C=9.15kPa，γ=19。
1 kN/m3，φ=15.07°。
将数据代入公式：R=8637.9KN（2）工作基坑W3、Y3的后背墙反力计算管道所在的土层为粉质粘土层，C=9。
15kPa，γ=19.1 kN/m3，φ=15。
07°将数据代入公式：R=8744。
4KN（3）工作基坑W6、Y5的后背墙反力计算管道所在的土层为粉质粘土层，C=9.15kPa，γ=19.1 kN/m3，φ=15。
07°将数据代入公式：R=8913.2KN（4）工作基坑W9、Y7的后背墙反力计算管道所在的土层为淤泥质粘土层，C=10。
14kPa,γ=17。
9kN/m3，φ=4。
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。
