钢管参考顶力计算书2014.1.22
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 。
顶管计算书解析
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。
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 。
顶管施工工艺顶力及后背计算
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
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
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
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 ）。
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（ D0）3 +
t
Ed
2 n 2 −1 (1+υ s) 16
3
=
x(4 − 1)x（ 1218 ） +2x3x1.4= 10880 kn/m
Fcrk = 27530 kn/m2
5.51
2
当管壁失稳时的折皱波数：n=3
σ
θ 1=
N2 6M 1 b0t0 ± b0t0
90.28 = 76.02 N/mm2
工况二：
σ
θ 2=
N1 N 2 6M 2 b0t0 ± b0t0
70.74 = 66.06 N/mm2
截面复核 工况一：η σ θ 1=0.9X(-90.28)=-81.25 N/mm2 工况二：η σ θ 21=0.9X(-70.74)=-63.66 N/mm2 钢材强度设计值：f=205 N/mm2.安全。
三．变形验算 查规程附录 A，柔性管道竖向变形系数：kb=0.089 钢 管 管 壁 单 位 纵 向 长 度 的 截 面 惯 性 矩 ： Ip=(1/12b0t0 )/ b0=3.41x10 mm /m 变形控制百分率 2%，变形控制值 2%D1=24.72mm 管道最大竖向变形：
64ຫໍສະໝຸດ 3ω cmax=E
6
M2=2.92kn. （2） 管道截面轴力计算（拉为正，压为负） 可变荷载作用系数：0.9 管道设计水压力下的截面轴力 N1=0.9X1.4X0.1X0.608=77.6KN 管道外水压力下的截面轴力 N2=0.9X1.4X0.15X0.608=-115KN 3.管道截面应力计算 （1） 管道截面最大环向应力计算 工况一：
钢管顶管计算书
一．设计参数 钢管的口径 D=1200 mm ,钢管设计壁厚 t=18 mm ,使用期间钢管 计算壁厚： t0=t-2=16mm,钢管中心直径 D0=1218mm,钢管外径 D1=1236mm, 管道计算直径：d0=D+ t0=1216mm,管道计算半径 ro= d0/2=608mm,管 道至原装地面的埋置深度 HS=15.14m,最高地下水位至原状地面的深 度 HMAX=0.74m. 二．强度计算 管道环向截面受力计算 1. 管道荷载计算
kb · ro · F SVK
12
· D1
3
Ip +0.061· Ed · ro P·
= 0.09x10
mm＜24.72mm 安全
四．稳定计算： 管道真空压力标准值：Fvk=0.05mp=50kn/m2 原状土的泊松比：υ s=0.30 钢材的泊桑比：υ p=0.3 当管壁失稳时的折皱波数：n=2 管壁截面的临界压力：根据规程 8.3.2 公式可得 Fcrk=
2ka 1 1 （ Hs ) ]= [1-0.135] [ 1-e Bt 2x 0.14 （2 KaU )
= 3 (2)管道竖向土压力计算标准值
FSVK =(γ
1
-γ W) •0.215•D /2+
1
Cj( γ 1Bt-2C )
=(20-10)x0.215x0.618+3x(20x2.1-2x16.6)=27.720kn/m2 (3)管内满水重标准值 GWK=γ
（1） 管道荷载计算 G1K=(γ -γ
W
) •π •D •t=(78.5-10)X3.14X1.218X0.018
0
=4.72kn/m 根据地质报告可知：管顶土的内摩擦角 Φ =20 º，管顶土的内聚力 c=16.6kpa, 管顶土的重度γ
1
=20kn/m3
Bt=D1 [1+tg(45-Φ /2)]=1.236x[1+tg(45-20/2)]=2.1m 管道穿越的土层为粉砂层，KaU= tg2(45-Φ /2)X0.3=0.14 顶管竖向土压力系数 Cj =
可见，当 n=2 时，管壁的临界压力最小 Fcrk= 10880 kn/m2
F crk F svk +F vk
=
1088 27.72+50
=140＞2 ，安全。
W
•π /4•D2=11.3
kn/m
(4)管道内水压力设计值 管道设计水压力 FwdK=0.1mpa (5)管道中心外水压力标准值 FwwK=γ
W
•(H +D /2+HMAX)=10X(15.14+0.618-0.74)=0.15mpa
S 1
(6)地面荷载（由于埋深较深，不考虑） 2.管道内力计算 （1）管道截面弯矩计算 最大弯矩系数 管道自重：kgm=0.083 竖向土压力：kvm=0.138 管内水重：kwm=0.083 弯矩折减系数：有内压时：φ =0.7，无内压时φ =1.0 钢管管材的弹性模量 Ep=2.06X10 mpa 钢管管侧原状土的变形模量：Ed=5.51mpa 工 况 一 ： 空 管 期 间 （ 根 据 给 水 排 水 工 程 顶 管 技 术 规 程 CES 246:2008 公式 8.2.2-2） M1=3.55kn. 工况二：使用期间、管内满水有水压