顶管顶力计算书

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 。

考虑到多台千斤顶顶进时同步较为困难，因此，每个工作井选用1台不小于150t 的液压千斤顶，进行顶进。

2、管道最大允许顶力验算
污水管内径800mm ，管壁厚度80mm ，外径960mm ，每节管长为2.5m ，顶管混凝土强度C40，根据《混凝土结构设计规范》（GB50010-20010），C40砼的抗压强度设计值MPa f c 8.26=。

根据《给水排水工程顶管技术规程》（CECS246：2008）8.1.1条，钢筋砼管容许最大顶力按下式计算：
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dc c p Qd 50.5F f A φφφγφ=
式中，dc F ——砼管允许顶力设计值，N ；
1φ——砼材料受压强度折减系数，取0.90；
2φ——偏心受压强度提高系数，取1.05；
3φ——材料脆性系数，取0.85；
5φ——砼强度标准调整系数，取0.79；
c f ——砼强度设计值，C40砼取26.8MPa ；
p A ——管道最小有效传力面积，2mm ；
Qd γ——顶力分项系数，取1.3。

为使管端面尽可能均衡受力，拟用环形顶铁与管端面直接接触，然后在环形顶铁后设置U 形顶铁，千斤顶通过U 型顶铁顶进，千斤顶实际作用点在顶管下半部，其合力中心比管中心低约12cm ，因此，顶管端面实际是不均衡受压，U 型顶铁与环形顶铁间的实际接触面积约为圆周长的3/4，环形顶铁与管端面的有效接触面积按圆周长的4/5考虑，即2228.1768444/)800960(*14.3*8.0mm A P =-=。

因此，
t F t A f r P c Qd dc F 1503.18510000/8.1768448.2679
.03.185.005.19.05.05.00=≥=⨯⨯⨯⨯⨯⨯=⨯=5321φφφφ钢筋砼顶管自身强度满足顶力要求，不会顶碎。

（注：为使砼顶管尽可能均衡受压，防止局部应力过大，在与顶管端面接触位置设置环形顶铁以扩散应力，环形顶铁与千斤顶油缸之间设置U 形顶铁。

）
3、后背墙土抗推能力验算
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0F 的1.2～1.6倍。

根据《顶管施工技术及验收规范》
（试行），后背墙抗推反力R 可按下式计算：
⎪⎪⎭
⎫ ⎝⎛⋅⋅⋅+⋅⋅+⋅⋅⋅⋅=p p p K H h K H c K H B R γγα222 2P (45)2
K tg φ
=+ 式中：R ——总推力之反力，kN ； α——系数，取α=1.5～2.5;
B ——后座墙的宽度，取3m ；
γ——土的容重，粘土取18kN/m 3；
H ——后座墙的高度，取2m ；
p K ——被动土压系数，粘土2P 20(45)=2.042
K tg =+，也可查表5.5.3-1；
φ——土的内摩擦角，粘土取20°，见表5.5.3-1。

c ——土的内聚力，粘土取10kPa ；
h ——地面到后座墙顶部土体的高度，取7m 。

工作井内设置3m （宽）×2m （高）的后背墙，可计算得出后背墙土的抗推力：
220222.04 =2.5318221021862 2.042 =4284kN=428.4t >1.6 1.6245392t
p p K R B H c H h H K F αγγ⎛⎫=⋅⋅⋅⋅+⋅⋅⋅⋅ ⎪⎝⎭
⎛⎫⨯⨯⨯⨯+⨯⨯⨯⨯⨯ ⎪⎝⎭
=⨯= 因此，3m （宽）×2m （高）的后背墙土层抗推能力满足要求！
4、管内通风计算
1、通风量计算
1）计算公式
Q=k*m*q
式中：Q —所需风量，m 3/min ；
k —风量备用常用系数。

常取k=1.1～1.2；
m —洞内同时工作的最多人数；
q —洞内每人每分钟需要的新鲜空气量，通常按3m 3/min 计算。

2）通风量计算
考虑到管内有两人工作，一人开挖，一人负责运输，取k=1.1，m=2，q =3m 3/min ，则计算通风量为：
Q=k*m*q=1.1*2*3=6.6 m 3/min
根据以往施工经验，采用Φ200PVC 管进行通风，每百米漏风率一般可控制在2%以下，因此，可取P =1.02，则总供风量为：
Q 供=p*Q=1.02*6.6=6.73m 3/min
因此，可取风量大于7m 3/min 的离心鼓风机（或高压空气压缩机）作为通风设备，以满足通风要求，利用鼓风机并安装Φ200PVC 管，用于向管道内输送新鲜空气，加强管内空气的流动和循环，工作面的工人要佩带含氧量探测仪，经常检查工作面的含氧量，必须确保含氧量不低于18%。