顶管工作井计算
顶管顶进参数计算
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。
顶管接收井计算书
二、顶管接收井计算书本工程丫9-2为顶管接收井，基坑深度约5.1米，接收井为封闭圆形钢筋混凝土结构，采用逆作法进行施工对基坑土体进行支护。
［计算条件］一、顶管接收井净空尺D=5.0m5,采用C30混凝土进行浇筑；二、荷载计算：丫9-2顶管接收井基坑深度约5.1米(按6米进行后续计算)，施工过程中应做好地下水相关监测工作，若施工时遇有地下水，应采取必要的降水措施，将地下水位降至基坑以下不小于0.5m处，并采取措施，防止其他水源进入基坑，后续按岩土体天然指标计算。
按土层容重为21.OkWrrA综合内摩擦角6=30。
进行土压力计算；地面堆载q=10kN∕m2,邻近道路车辆荷载=30kN∕11Λ该工作井逆作法分段现浇碎护壁时，受力最大处位于井底部，现取工作井最下部一截1米高度作为计算单元进行荷载计算。
(a)主动土压力系数Ku=ta112(45-30°/2)=0.3333；(b)地面堆载和邻近道路车辆荷载二者取大值，则q=30kN∕m2,(c)接收井护壁最大侧向主动土压力P=rhK…+qK n=21x6x0.3333+30x0.3333=52kN/m2,综上，接收井护壁的最大侧压力P偏安全的按60kN∕π√进行后续计算。
三、根据《建筑施工手册》(第五版)第10.4.5.8条，混凝土护壁厚度t可按下式计算：τ＞用y或挽P》f2f c式中L护壁厚度(m);N-作用在混凝土护壁截面上的压力(N∕11√),N=PXDaK--安全系数，一般取K=L65,Λ——混凝土轴心抗压强度(MPa)；P-—土和地下水对护壁的最大侧压力(MPa)。
井壁计算时考虑混凝土达到轴心抗压强度设计值需要一定的龄期,此处计算时考虑龄期的影响，fc按0.2倍规范取值进行后续计算，即fc=0.2x14.3=2.86N∕mm2则混凝土护壁厚度t≥l.65x60x5.2/(2x2.86)/1000=0.1m；最终设计取值为t=300mm,满足计算要求，井壁按混凝土护壁计算配筋。
顶管计算
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13m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）×××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＝×＝13（m ）得： f0＝8×13＝104（kN/m ）（3）最后得出：总推力F ＝6055+104×＝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13m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＝×＝13（m ）得： f 0＝8×13＝104（kN/m ）（3）最后得出：总推力F ＝6055+104×＝10839﹤13000（kN ），不需要加中继间。
顶管工作井最小尺寸的确定及顶力计算书教学提纲
27 管道外壁与土的平均摩阻力fk 28 管道设计顶进长度L 29 总顶力标准值F0
30 总推力之反力
KN/m2 m KN
KN
13.00 40.00 1583.21
2216.49
#NAME? #NAME? #NAME?
#NAME?
25.75 171.65
25.434 22.294
54 3.768 18.84
#NAME? #NAME?
#NAME? #NAME? #NAME? #NAME? #NAME? #NAME?
#NAME? #NAME? #NAME? #NAME? #NAME?
#NAME?
#NAME? #NAME? #NAME? #NAME? #NAME? #NAME?
1400281751.xls，第 1 页，共 6 页
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井最小尺寸的确定及顶力计算书
》（CECS 246.4.1条条文解释参考长度小于DN1000顶管机3.5 米，大中直径顶管机不小于5.5米 CECS 246:2008第10.4.1条
CECS 246:2008第10.4.1条 CECS 246:2008第10.4.2条
CECS 246:2008式10.4.1 CECS 246:2008式10.4.2 式10.4.1、式10.4.2两者取大值
查图纸 CECS 246:2008第10.6.1条 查排水管材尺寸表 CECS 246:2008第10.6.1条
土的种类
软粘土 粉粘土 粉细土 中粗砂
砼管 触变泥浆 钢管
夹砂玻璃钢管
最小
最小
最小
最小
3
5
8
11
顶管工作井最小尺寸的确定及顶力计算书
工程名称：两园顶管工作井尺寸拟定（根据《给水排水工程顶管技术规程》（CECS 246:2008）编写） 列号 B C D E 行号 工程项目 单位 数量 计算表达式 （一） 工作井最小长度 #NAME? 钢筋砼管 #NAME? 6 顶管管材 3.50 #NAME? 7 顶管机下井时最小长度L1 m 2.50 #NAME? 8 千斤井长度L3 m 1.60 #NAME? 9 后座和顶铁的厚度及安装富余量k m 2.00 #NAME? 10 下井管节长度L2 m 0.50 #NAME? 11 留在井内的管道最小长度L4 m 7.60 #NAME? 12 工作井内净长度L(式10.4.1） m 6.60 #NAME? 13 工作井内净长度L(式10.4.2） m 7.60 #NAME? 14 工作井最小长度取值 m （二） 工作井深度确定 #NAME? 8.30 #NAME? 16 管顶覆土层厚度 m 0.40 #NAME? 17 管底操作空间h m 0.96 #NAME? 18 管道外径D1 m 9.66 #NAME? 19 工作井深度 m （三） 工作井最小宽度确定 2.96 #NAME? m （四） 顶力估算 #NAME? 中粗砂 #NAME? 22 土的种类 KN/m2 500.00 #NAME? 23 挤压阻力R 0.96 #NAME? 24 顶管机外径Dg m 0.01 #NAME? 25 刃口厚度t m KN 14.92 #NAME? 26 顶管机的迎面阻力NF KN/m2 13.00 #NAME? 27 管道外壁与土的平均摩阻力fk 40.00 #NAME? 28 管道设计顶进长度L m KN 1583.21 #NAME? 29 总顶力标准值F0 2216.49 #NAME? 30 总推力之反力 KN
顶管竖井计算书
目录1.工程概况 (1)2.设计依据、遵循及参考规范、规程及标准 (1)2.1.设计依据 (1)2.2.遵循规范、规程及标准 (1)3.结构设计原则及技术标准 (1)3.1.主要设计原则 (1)3.2.主要技术标准 (2)4.工程地质及水文地质概况 (2)4.1.工程地质 (2)4.2.水文地质 (3)4.3.岩土工程评价 (3)4.4.岩土工程分析与评价 (4)5.施工竖井计算 (5)5.1.计算模型及方法 (5)5.2.荷载效应组合 (5)5.3.计算程序 (6)5.4.工程材料 (6)5.5.施工竖井计算 (6)1.工程概况金台路新建雨水管道位于现状道路中心线南侧4m位置。
雨水管径d800~1200mm雨水管，管道坡度为0.06~0.12%，埋深约6.50~9.30m。
板正大街~金容大街段，管径为d1000，流向由中间向两侧：金容大街~罗萨大街段，管径为d2000，流向由西向东排入规划水系。
罗萨大街~津海大街段，管径为d800~d1800，流向由西向东，排入津海大街东侧规划水系。
金台路新建污水管道位于中心线西侧6.5m位置，污水管径d600~d800，管道坡度为0.15~0.12%，埋深约2.20~4.73m,流向由西向东排入津海大街东侧规划预留管道。
金台路新建雨水管、污水管采用顶管法施工，金台路顶管接收井、工作井施工竖井结构采用倒挂井壁施工。
本图册设计范围为：金台路顶管接收井、工作井施工竖井初支结构图。
2.设计依据、遵循及参考规范、规程及标准2.1. 设计依据(1) 国家颁布的现行规范、规程及行业标准，地方主管部门批准的地方标准。
(2)《容城组团雨污分流改造及官网切改项目岩土工程勘察报告》（详细勘察阶段）（工程编号：218197009）（中国兵器工业北方勘察设计研究院有限公司，2021年04月）(3) 本工程施工图设计批复。
(4) 业主提供的周边环境资料、设计单位提供的单体结构施工土、工艺专业管线施工图。
顶管长度计算规则
顶管长度计算规则在石油和天然气开发中，井筒是为了提取油气而钻的井孔。
而由于井筒存在不同的深度，因此每个井筒的顶管长度也会存在不同的规则。
下面让我们一起来了解顶管长度计算规则。
首先我们来介绍一下顶管的作用。
顶管顾名思义就是顶部管道的缩写，由于每口井都需要设有顶管，而顶管就是连接井口与油气储层的通道。
每口井的顶管长度不同，是由井底点到油气储层顶的垂直距离加上井口到井底点之间的斜长所组成的。
其次我们介绍一下如何计算井筒深度。
井筒深度一般是指从地面开始到井口的垂直距离。
而当井筒深度达到一定的值时，一般就需要考虑对井筒进行封闭，以确保井内的安全和环境保护。
一般情况下，封闭深度有国家的规定，井的管理部门会根据国家标准来制定封闭深度。
接着我们来介绍一下计算顶管长度的规则。
顶管长度的计算是为了满足井设计的需要，将井开掘到油层至少100米以上，并能够开采油气。
一般来说，计算顶管长度需要遵循以下几个规则：首先，顶管其实也是井的一部分，在顶管设计的时候需要考虑井的根号和井径和顶管内径；其次，顶管长度需要满足油层的深度，且在小于100米的情况下，还必须满足水平控制的需要，并考虑到井的生产情况来计算顶管长度；最后，顶管长度的计算还需要考虑到地面温度和天然气温度的影响。
需要注意的是，地面温度和天然气温度对于顶管长度的计算有着很大的影响。
对于地面温度的计算，需要考虑到井口周围的环境温度，一般情况下，环境温度比较恒定，而在不同的季节时，温度的变化是可以预测的。
对于天然气温度的计算，需要考虑到在顶管内输送天然气时，气体的压缩膨胀和冷却效应。
由于天然气的物性参数对压缩膨胀和冷却效应的影响比较大，因此需要根据天然气物性参数来计算顶管长度。
综上所述，顶管长度的计算规则主要涉及井筒深度、地面温度、天然气温度等多个方面，需要详细的计算和分析。
在实际应用中，需要针对不同的井，结合实际情况来制定相应的计算规则，以确保井的顶管长度能够满足油气开采的需求。
顶管顶进参数计算
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。
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gs=1.27g
跨中最大弯矩Mo
Mo=0.035PI*gs*rc*rc
支座弯矩Ms
Ms=-0.068PI*gs*rc*rc
最大扭矩Tmax
Tmax=0.011PI*gs*rc*rc
最大剪力Vmax
Vmax=0.25PI*gs*rc
深梁计算跨度lo
lo=PI*2*rc/4
跨高比
lo/H
截面内力臂z 刃脚底配筋As1 沉井壁上端配筋As2
1层土的C1 2层土的C2 3层土的C3 4层土的C4
1层土的φ1
0.6 m 8m
0.4 m 6.8 m
12 m 3.7 m 0.5 m 0.6 m 0.4 m 1.7 m 0.6 m
0m 0m 0.5 m 2.6 0.0454 (弧度) 10 kpa 0
1.51 m 1.9 m 8.5 m 0m
10 kpa 35 kpa 6.2 kpa
二、下沉计算
0.8961 (弧度）
Gk=[0.25*PI*(D*D-d*d)*HPI/3*(1.5*d+b)*b*b*hl/b]* 4129.1 KN 25
G=Gk+0.25*PI*d*d*t1*25 4673.9 KN
G1=PI*0.25*d*d*ha*20
1234.8 KN
F1=10*[0.25*PI*C3*C3*(H+h a-hl-hb-hg)]
z=0.6lo As1=Mo/fy.z As2=Ms/fy*z
19.622 Kpa 4024.2 KN 1.0261
满足
180 KN/m 228.6 KN/m 344.11 KN.m -668.6 KN.m 108.15 KN.m 664.31 KN 5.8119 m 0.4843
3.4872 m 328.93 mm2 639.06 mm2
内侧配筋ξ
0.0203
内侧配筋As
外侧配筋αs 外侧配筋ξ 外侧配筋As 2)按正常使用极限状态计 算
442.04 mm2 0.0009 0.0009 19.033 mm2
Pbtm=[qs+(γ1-10)h1+(γ2-
计算标高处水土压力标准 值tm
10)h2+(γ3-10)h3+(γi10)(hi-（H-hgHbtm))]tan2(45-φ
34.922 KN.m
刃脚的环向拉力Nθ
Nθ=pl*rc
321.38 KN
内侧配筋αs
αs=M/(fcm*b*ho*ho)
0.0137
内侧配筋ξ 内侧配筋As 外侧配筋αs
ξ=1-√(1-2αs) As=ξfcm*b*ho/fy αs=M/(fcm*b*ho*ho)
0.0138 300.7 mm2
0.0097
2.1
裂缝间纵向受拉钢筋应变 不均匀系数ψ
ψ=1.1-0.65ftk/ρte.σss
-4.256
混凝土轴心抗压标准值 ftk
截面上弯矩MA
MA=-0.1488*PA*rc*rc*ω'
截面上弯矩MB
MB=0.1366*PA*rc*rc*ω'
截面上压力NA
NA=PA*rc*(1+0.7854ω')
截面上压力NB
NB=PA*rc*(1+0.5ω')
按压弯构件计算
2)、正常使用极限状态
计算
顶部水平压力P'Al
P'Al=[qs+(γ110)*h1+...+(γn-10)(hnhl)*tan(45-(φ D+5)/2)*tan(45-(φ D+5)/2)+10(H-hl-hg)
283.96 kpa
D+5)/2)+10(H-hg-hl-
0.5hcal)hcal+PtranA
PB=[qs+(γ1-
10)*h1+...+(γn-10)(hn-
PB
hl-0.5hcal)*tan(45-(ΦD5)/2)*tan(45-(Φd-
336.57 kpa
5)/2)+10(H-hg-hl-
0.5hcal)hcal+PtranB
360.63 kpa
427.45 kpa
0.1853 -136.1 KN.m 124.96 KN.m 1528.5 KN 1457.9 KN
203.15 kpa
顶部水平压力P'Bl
P'Bl=[qs+(γ110)*h1+...+(γn-10)(hnhl)*tan(45-(Φd5)/2)*tan(45-(φD5)/2)+10(H-hl-hg)
底部水平压力PBl
PtranA PtranB
PBl=1.27[qs+(γ110)*h1+...+(γn-10)(hnhl)*tan(45-(Φd5)/2)*tan(45-(φD5)/2)+1.27*10(H-hg)
PtranA=0.5hl(PAl+P'Al)
PtranB=0.5hl(PBl+P'Bl)
240.03 kpa
底部水平压力PAl
底部水平压力PBl PtranA PtranB
PAl=[qs+(γ110)*h1+...+(γn-10)(hnhl)*tan(45-(φ D+5)/2)*tan(45-(φ D+5)/2)+10(H-hg)
PBl=[qs+(γ110)*h1+...+(γn-10)(hnhl)*tan(45-(Φd5)/2)*tan(45-(φD5)/2)+10(H-hg)
0.9 m
258 kpa 304.83 kpa
259.02 kpa 303.62 kpa 129.25 kpa 152.11 kpa
PA=1.27[qs+(γ1-
10)*h1+...+(γn-10)(hn-
PA
hl-0.5hcal)*tan(45-(Φ D+5)/2)*tan(45-(φ
D+5)/2)+1.27*10(H-hg-hl-
顶部水平压力P'Bl
P'Bl=1.27[qs+(γ110)*h1+...+(γn-10)(hnhl)*tan(45-(Φd5)/2)*tan(45-(φD5)/2)+1.27*10(H-hl-hg)
底部水平压力PAl
PAl=1.27[qs+(γ110)*h1+...+(γn-10)(hnhl)*tan(45-(φ D+5)/2)*tan(45-(φ D+5)/2)+1.27*10(H-hg)
计算系数ω'
PB/PA-1
0.1853
截面上弯矩MA
MA=-0.1488*PA*rc*rc*ω' -107.2 KN.m
截面上弯矩MB
MB=0.1366*PA*rc*rc*ω'
98.39 KN.m
截面上压力NA
NA=PA*rc*(1+0.7854ω') 1203.5 KN
截面上压力NB
NB=PA*rc*(1+0.5ω')
σss＝Ms/0.87Asho
88.01
混凝土保护层厚度c
40 mm
钢筋直径d
18 mm
钢筋表面特征系数ν
光面钢筋取1.0，变形钢筋取 0.7
0.7
最大裂缝宽度ωmax
ωmax=αcrψσ ss/Es(2.7c+0.1d/ρte)ν
-0.432
0.118532772
七、施工阶段井壁竖向 抗拉计算
最大拉断力Nmax 配筋量As
0度
20 kpa 40 kpa 15 kpa
0 kpa
0.0349 (弧度) 0.1414 (弧度) 0.0314 (弧度)
0 (弧度)
18 KN/m3 18 KN/m3 16.2 KN/m3
0 KN/m3
一、抗浮计算
刃脚角度(弧度）
井壁自重标准值Gk
沉井总重G 封底重G1 水浮力F1 抗浮系数Kfw
Nmax=G/4 As＝Nmax/360
八、井壁计算（底板浇 筑后）
计算底面标高Hbtm
Hbtm=H-hg-hl-hb-0.5t1
1238.7 KN 3440.9 mm2
10.6 m
1)按承载能力极限状态计 算
Pbtm=1.27[qs+(γ1-
计算标高处水土压力标准 值Pbtm
10)h1+(γ2-10)h2+(γ310)h3+(γi-10)(hi-（H-hgHbtm))]tan2(45-φ
0 kpa
2度
2层土的φ2 3层土的φ3 4层土的φ4
1层土的摩阻力fk1 2层土的摩阻力fk2 3层土的摩阻力fk3 4层土的摩阻力fk4
1层土的φ1(弧度) 2层土的φ2(弧度) 3层土的φ3(弧度) 4层土的φ4(弧度)
1层土的容重γ1 2层土的容重γ2 3层土的容重γ3 4层土的容重γ4
8.1 度 1.8 度
D/2)+10*1.27(Hbtm-hg)
279.37 kpa
竖向内侧受拉最大弯矩 Mxmax
Mxmax=0.0023*Pbtm*Hbtm*Hb tm
72.198 KN.m
外侧受拉最大弯矩Mxmin
Mxmin=0.0001*Pbtm*Hbtm*Hb tm
3.1391 KN.m
内侧配筋αs
0.0201
D/2)+10*(Hbtm-hg)