人工顶管顶力计算
顶管顶力计算
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 。
顶力及后背验算
3、顶力及后背验算顶管管径为2400mm，井管道长38.6m ，6d2400，基坑尺寸25.5m×8.5m×4.4m，后背高H=4.4m（1）顶力计算：P=P1+P2P1=3.14×2.92×38.6×15=5309KNP2=3.14×(2.92/2)2×700=4685KNP=5309+2008=9994KNP控=220KN/m×38.6m=5997KN结论：采用触变泥浆减阻的方式来减低顶力。
减阻系数为0.6，减阻后总顶力为p减=P×0.6=5996KN<P控,符合Φ2400的管强度要求。
以上算式中：P——总推力（KN）P1——管道四周和土摩擦阻力（KN）P2——管道前端迎面阻力（KN）P1=3.14×D×L×f式中：D——管外径（m）L——顶距（m）f——单位面积摩阻力（KN/m2）f值——用触变泥浆减阻时为8～12，无触变泥浆减阻时为15～27。
P2=A*f1式中：A——管前端顶土面积（m2）f1——单位面积计算阻力（KN/ m2）f1值采用平衡法顶管时按设计平衡力，挤压顶管时取300～700；采用人工掘进时取200。
（2）后背承载力计算：后背采用灰土换填，分层压实，取r=20.5 KN/m3Φ=16.6°c=13.6KPa Kp=tg²（45°+Φ/2）= tg²（45°+16.6°/2）=1.342²=1.8R=aB(rH² rhHKp)=2×6×(20.5×4.4²×1.8/2+2×13.6×4.4×1.342+20.5×3.4×4.4×1.8)=12840KN经计算p减×1.5=4390×1.5=6585KN‹R结论：说明后背承载力适合最大顶力，且安全有效。
顶管顶力计算书
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=1800 mm ,壁厚t=150 mm ，管外径B c =2.1 m , 每米管的重力 W=18.63 KN /m , 土的容重丫 =18 KN / m 1 2 3 ,内摩擦角 ①=15o , 土的内聚力C= 10 Kpa ，管与土的粘着力 C=10 Kpa ,标准贯 入数 N = 4，复土深度H 二6 m ,顶程L = 30 m 。
F = F o + [( n B c q + W ) a '+ n B e C ] L F —总顶力（KN ） F 0 —初始顶力B e —管外径q —管周边均布载荷（Kpa ） a ‘一管与土之间的摩擦系= 13.2X 3.1415926X 2.1 X 4 =348.34( KN )1 sin(45 -B e = B t [J]cos(45 -)21 61 =2.2 X (旦)=4.48 m0.793、挖掘直径 B t = B e + 0.1 =2.1 +0.1 = 2.2 m4、 管顶的扰动宽度5、土的摩擦系数 a = tg ①=tg15o= 0.268 6、土的太沙基载荷系数 1、 总顶力为初始顶力与各种阻力之和2、 初始顶力F o = 13.2 n B e N1 2kU 1Ce = 1 [ 1-e-C2^H)]=丄[1-0.487](2K气「Be 0.120 L」~Be=4.275 m7、管顶上方土的垂直载荷2C 2 J10W e = ( Y -丝)Ce = (18- x4.725 = 57.87 (Kpa )Be 4.48&冲击系数i 二0.65 -0.1H = 0.65 -0.6 = 0.059、地面的动载荷p = 2p'(1 i)= 2 100 (1°.05)0 二竺=6.25 KpaB(a +2HtgT) 2.75 x (0.2 + 2 x 6x tg 45 ) 33.5510、管周边的均布载荷q = We + p = 57.87 + 6.25 = 64.12 Kpa11、管与土之间的摩擦系数卩仁tg =tg15= 0.1322 212、总顶力F = F0 + [( n B c q + W )卩'+ n B e C]L=348.34 + [ (3.1415926X 2.1X 64.12+18.63) x 0.132 +3.1415926X 2.1X 10] x 30 = 4076.44 KN=407.65 吨(力)使用2个400 T千斤顶按70%效率计算T = 400 T X 2X 70% = 560 吨（力）因此T > F =407.65吨（力）所以千斤顶配置满足要求。
人工顶管施工方案
顶管施工方案本方案以D800mmF型Ⅱ级钢筋混凝土管为例进行施工方案的编制，我方拟定为手掘式机械项管施工。
1．1项管施工工艺流程1.1.1顶力计算与后背设计本工程是将壁板加厚作为千斤顶的后背墙。
后背结构及抗力计算后背作为千斤顶的支撑结构，要有足够的强度和风度，且压缩变形要均匀。
所以，应进行强度和稳定性计算。
本工程采用组合钢结构后背，这种后背安装方便，安装时应满足下列要求：使用千斤顶的着力中心高度不小于后背高度的1/3。
顶力计算推力的理论计算：（以Φ800mm计算）F=F1十f2其中F—总推力Fl一迎面阻力 F2—顶进阻力F1＝π/4×D2×P (D—管外径1.0m 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3.5mγ—土的湿重量，取1.9t/m3P＝0.55×1.9×3.5＝3.66t/m2F1=3.14/4×1.0×2×3.66＝5.75tF2＝πD×f×L式中f一管外表面平均（根据顶进距离平均淤泥土）综合摩阻力，取0.8t/m2D—管外径1.0mL—顶距，取最大值130mF2＝3.14×1.0×0.8×130＝326.56t。
因此，总推力F=5.75+326.56＝332.31t。
根据总推力、工作坑后背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。
工作坑后背（Φ800mm顶管）设计允许承受的最大顶力为400t，管材轴向允许推力300t，主顶油缸选用2台200t(2000KN)级油缸。
每只油缸顶力控制在180t以下，这可以通过油泵压力来控制，千斤顶总推力360t。
因此我们无需增加额外的顶进系统即可满足要求。
后背的计算后背在顶力作用下，产生压缩，压缩方向与顶力作用方向一致。
顶管顶力计算及后背土体稳定(word)
顶管顶力计算及后背土体稳定（1）顶管总顶力和传力面允许最大顶力计算D600钢筋混凝土排水管，混凝土强度C50，内径=600mm ，外径D=720mm ，壁厚60mm 顶入管总长度L=58+45=103m ，土的重度3s =19kN/m γ，管道覆土层厚度Hs=5.5m综合摩擦阻力 4kPa k f =（触变泥浆减阻，参《给水排水工程顶管技术规程》表12.6.14） 管道的总顶力估算：0k F F DLf N π=+（公式参《给水排水工程顶管技术规程》12.4.1条） 顶管机迎面阻力223s s 3.14=D H =0.7219 5.5=42.5kN/m 44F N πγ⨯⨯⨯（选用泥水平衡式） 管线总顶力计算：30 3.140.72103442.5973.9kN/m k F F DLf N π=+=⨯⨯⨯+=钢筋混凝土管顶管传力面允许最大顶力计算：（公式参《给水排水工程顶管技术规程》8.1.3条） ()22123de c p d 500.9 1.050.85 3.140.50.523.17206001.30.7941123087N 1123kN Q F f A F φφφλφ⨯⨯==⨯⨯⨯⨯-⨯==≥满足要求。
（2）工作井后背土体稳定验算土的内摩擦角：=12φ；土的重度3s =19kN/m γ；编号W A48工作井沉井入土深度：H=8.58m 地下水位埋深：w z =1.6m ；地下水位以下土的有效重度：3s =9kN/m γ'根据《给水排水工程钢筋混凝土沉井结构设计规程CECS137：2015》6.2.8条：土压力合力至刃脚底的距离：H /3 2.86m p h == 顶管力到刃脚底的距离： 2.2 1.1 3.30m f h =+=考虑顶管力与土压力合力作用点可能不一致的折减系数： ()()p =/ 3.3 3.3 2.86/3.30.86f f f h h h h ξ--=--= 主动土压力系数：20tan 450.662K αφ⎛⎫=-= ⎪⎝⎭被动土压力系数：20p tan 45 1.522K φ⎛⎫=+= ⎪⎝⎭刃脚底部主动土压力标准值： ()()ep,k F 0.6619 1.698.58 1.661.52m s w s w K z z z αγγ⎡⎤'=⋅+⋅-=⨯⨯+⨯-=⎡⎤⎣⎦⎣⎦沉井前方主动土压力合力标准值：ep k ep k 11E r 3.14 4.48.5861.521823.1kN 44HF π==⨯⨯⨯⨯=,, 刃脚底部被动土压力标准值：()()p,k p F 1.5219 1.698.58 1.6141.70m s w s w K z z z γγ⎡⎤'=⋅+⋅-=⨯⨯+⨯-=⎡⎤⎣⎦⎣⎦沉井后方被动土压力合力标准值：pk pk 11E r 3.14 4.48.58141.704199.3kN 44HF π==⨯⨯⨯⨯= 顶管力标准值：()()tk pk ep,k 0.80.860.84199.31823.11321kN P E E ξ=-=⨯⨯-= 综上计算得出结论，顶管限制值取110吨。
顶管顶力计算书
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=1800 mm ,壁厚t=150 mm ,管外径B C =2.1 m ,每米管的重力W=18.63 KN /m ,土的容重γ=18 KN / m 3 ，内摩擦角 Ф=15º，土的内聚力C= 10 Kpa ,管与土的粘着力C ′= 10 Kpa , 标准贯入数 N = 4 ,复土深度H = 6 m ，顶程L = 30 m 。
1、 总顶力为初始顶力与各种阻力之和F = F 0 + [(πB C q + W ) μ′+ πB C C ′] LF — 总顶力 （ KN ） F 0 — 初始顶力 B C — 管外径 q — 管周边均布载荷 （ Kpa ） μ′— 管与土之间的摩擦系数2、初始顶力 F 0 = 13.2πB C N=13.2×3.1415926×2.1×4=348.34（ KN ）3、挖掘直径 B t = B C + 0.1 =2.1 +0.1 = 2.2 m4、管顶的扰动宽度 B e = B t [ )245cos(245sin(1Φ-︒Φ-︒+）] =2.2×(79.061.1) = 4.48 m 5、土的摩擦系数 μ = tg Φ=tg15º= 0.2686、土的太沙基载荷系数Ce = )21BeK μ（[ 1-e )2H Be k μ（-]= ⨯120.01[1-0.487] = 4.275 m7、管顶上方土的垂直载荷W e = ( γ- Be C 2 ) Ce = (18- 48.4102⨯)×4.725 = 57.87 (Kpa ) 8、冲击系数 i = 0.65 – 0.1H = 0.65 – 0.6 = 0.059、地面的动载荷 p = )2()1('2θHtg a B i p ++ = 55.33210)45622.0(75.2)05.01(10020=⨯⨯+⨯+⨯⨯tg = 6.25 Kpa 10、管周边的均布载荷 q = We + p = 57.87 + 6.25 = 64.12 Kpa11、管与土之间的摩擦系数 μ¹= tg 2Φ =tg 2150= 0.132 12、总顶力F = F 0 + [(πB C q + W ) μ′+ πB C C ′] L= 348.34 + [ （3.1415926×2.1×64.12+18.63）×0.132 +3.1415926×2.1×10] ×30 = 4076.44 KN= 407.65 吨 （力）使用2个400 T 千斤顶 按70%效率计算T = 400 T ×2×70% = 560 吨 （力）因此 T > F =407.65 吨 （力）所以千斤顶配置满足要求。
人工顶管顶力计算
人工顶管顶力的计算：（一）对于顶管顶进深度范围土质好的，管前挖土能形成拱，可采用先挖后顶的方法施工。
根据经验公式：P=n P0其中：P——总顶力n——土质系数。
土质系数取值可根据以下两种情况选取：（1）土质为粘土、亚粘土及天然含水量较大的亚砂土，管前挖土能成拱者，取1."5～2."0。
（2）土质为砂质粘性土及含水量较大的粉细砂，管前挖土不易成拱者，取3～4。
"取n为2."0。
P0——为顶进管子全部自重。
顶进的每节管自重约为2吨，最长段以123米计每节管长2米，共要顶进62节管，则P0＝2*62＝124吨。
则总的顶力为：P=n P0＝2."0*124＝248吨考虑地下工程的复杂性及不可预见因素，顶管设备取1."3倍左右的储备能力，设备顶进应力为322."4吨,取总的顶力F＝400吨，选用两个千斤顶作为顶进动力设备，每个千斤顶的顶力应为200吨。
（二）对于顶管顶进深度范围土质较差的，即开挖时容易引起塌方的，可采用先顶后挖的方法施工。
根据顶管工程力学参数确定，先顶后挖时，顶管的推力就是顶管过程管道所受的阻力，主要包括工具管切土正压力、管壁摩擦阻力。
1⑴工具管正压力：与土层密实度、土层含水量、工具管格栅形态及管内挖土状况有关。
根据有关工程统计资料，软土层一般为20-30t/m2,硬土层通常在30-60t/m2。
"大于40t/m2时表明土质较好。
F1=S1×K1其中F1--顶管正阻力(t)S1--顶管正面积(m2)K1--顶管正阻力系数(t/m2)F1=S1×K1=πr2×K1＝3."14*1."2*1."2*35＝158."26吨⑵管壁摩擦阻力：管壁与土间摩擦系数及土压力大小有关。
根据有关工程统计资料，管壁摩擦阻力一般在0."1-0."5t/m2之间。
顶管施工顶力及允许土抗力计算
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。
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人工顶管顶力的计算：
（一）对于顶管顶进深度范围土质好的，管前挖土能形成拱，可采用先挖后顶的方法施工。
根据经验公式：P=n P0
其中：P——总顶力
n——土质系数。
土质系数取值可根据以下两种情况选取：
（1）土质为粘土、亚粘土及天然含水量较大的亚砂土，管前挖土能成拱者，取1.5～2.0。
（2）土质为砂质粘性土及含水量较大的粉细砂，管前挖土不易成拱者，取3～4。
取n 为2.0。
P0——为顶进管子全部自重。
顶进的每节管自重约为2 吨，最长段以123米计每节管长2 米，共要顶进62 节管，则P0＝2*62＝124吨。
则总的顶力为：P=n P0 ＝2.0*124＝248 吨
考虑地下工程的复杂性及不可预见因素，顶管设备取1.3 倍左右的储备能力，设备顶进应力为322.4 吨, 取总的顶力F＝400 吨，选用两个千斤顶作为顶进动力设备，每个千斤顶的顶力应为200 吨。
（二）对于顶管顶进深度范围土质较差的，即开挖时容易引起塌方的，可采用先顶后挖的方法施工。
根据顶管工程力学参数确定，先顶后挖时，顶管的推力就是顶管过程管道所受的阻力，主要包括工具管切土正压力、管壁摩擦阻力。
⑴工具管正压力：与土层密实度、土层含水量、工具管格栅形态及管内挖土状况有关。
根据有关工程统计资料，软土层一般为20-30t/m2,硬土层通常在30-60t/m2。
大于40t/m2 时表明土质较好。
F1=S1×K1其中
F1--顶管正阻力(t)
S1--顶管正面积(m2)
K1--顶管正阻力系数(t/m2)
F1=S1×K1=πr2×K1＝3.14*1.2*1.2*35＝158.26吨
⑵管壁摩擦阻力：管壁与土间摩擦系数及土压力大小有关。
根据有关工程统计资料，管壁摩擦阻力一般在0.1-0.5t/m2 之间。
F2=S2×K2
其中
F2—顶管侧摩擦力（t）
S2—顶管侧面积（m2）
K2—顶管侧阻力系数（t/m2）
F2=S2×K2=πDL×K2=3.14*1.2*123*0.5=231.74 吨
顶管阻力为以上二种阻力之和，顶进长度按最长管段123 米计算，总顶力：F=F1+F2≈390 吨
因此，取总的顶力F＝500 吨，选用两个250吨的千斤顶作为顶进动力设备。
根据水泥管生产标准GB/T11836及JC/T640《顶进施工法用钢筋混凝
土排水管》Ⅲ级管有效长度2米的裂缝荷载标准值94KN/m 总破坏力：F破=94KN/m*123m=11562KN 即1156.2吨
故F < F破两个250吨千斤顶对混凝土管无损伤。