顶管顶力计算公式.doc
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顶管顶力计算公式辨析
摘要：
在顶管工程实践中常常需要计算顶管顶进总推力，由于顶管推力计算公式很多，而且计算结果差别相当大，本文针对各计算公式进行了对比计算并分析其原因，进而提出在工程计算中应注意的有关问题。
关键词：
顶管，摩阻力，顶力
在顶管工程之前，为了顺利推动管道在土中前进，千斤顶的顶力需要克服顶进中的各种阻力（摩阻力、工具管前端端面阻力等），同时在顶进过程中还不断受到各种外界因素影响（纠偏、后背的位移等）。
目前在顶管推力计算中有两类算法，一是考虑土拱效应，此时土柱的高度一般按照普氏太沙基公式计算。
二是上覆土压力按照覆盖层的全部厚度计算。
计算公式的比较
考虑土拱效应的理论公式
顶管周边的均布荷载可以通过管顶上方土方
的垂直荷载与地面的动荷载之和求出。
即：
678.9:
（,）
式（,）中：
8.
为管顶上方的土的垂直荷载
（;<=）；:
为地面的动荷载（;<=）
’,’,手掘式顶管顶力计算公式
>7>+9!
?
/6"@A9!
?
/B@A98"@A（!
）
式（!
）中：
>为总推力（;））；>+
为初始推力
（;）），在手掘式顶管中，其值为,2’!
!
?
/）（?
/
为
管外径（C），）为标准贯入值）；6为管周边均布
荷载（;<=）；"@为管与土之间的摩擦系数（"@7DE
#!
）；B@为管与土之间的粘着力（;<=）；8为每
米管子的重力（;）FC）；A为推进长度（C）。
’,’!
采用降水措施的手掘式顶管顶力计算公式
在采用降水措施以后，挖掘面的土体稳定而
且能自立，这时的手掘式顶管施工的推力可以用
下述方法计算：
>7>+9$!
?
%6"@A9$!
?
B@A98"@A
（2）
式
（2）中：
>+
为初始推力G;）H，此时其值为
2’!
!
?
B）@（）@为刃口贯入阻力系数；$为管与土
的摩擦系数（$7+’IJ+’KI）；%为管周边的荷载系
数（%7,’+J,’I），其余同（!
）式。
’,’2普通泥水顶管施工的顶力计算公式
>7>+9$6!
?
/"@A9!
?
/B@A98
（?
/4D）?
/"@A（5）
式（5）中：
>+7（:
.9:
L9!
:
）!
5?
/
!
（I）
式（I）中：
:
.
为挖掘面前土压力（:
.7,I+;<=）；
:
L
为地下水的压力（;<=）；!
:
为附加压力（一
般为!
+;<=）。
式（5）中：
D为管壁厚度（C）；其余同前。
’,’5一般的土压式顶管施工的顶力计算公式
在一般的土压式顶管施工中，推力计算
>7>+9M+A（*）
式（*）中：
>+7$:
.!
5?
/
!
（$为综合系数，:
.
为土
仓的压力，可通过式（K）计算）；M+
为每米管子
的综合阻力（;）FC），可通过式（#）计算
:
.7:
39:
89!
:
（K）
式（K）中：
:
3
为掘进所处土层的主动土压力
G;<=H；:
8
为掘进所处土层的地下水压力G;<=H；
!
:
为给土仓的预加压力G;<=H
M+7（!
?
B698）"@9!
?
BB@（#）
由式（*）、式（K）、式（#）可得
>7>+9!
?
B6"@A9!
?
BB@A98"@A（"）
由式（!
）、式
（2）、式（5）、式（"）可以看出，
总顶力的计算公式基本由四部分组成：
一是工具
管前端的迎面阻力；二是由于上覆荷载作用管外
壁上产生的摩阻力；三是由于管外壁与土之间的
粘聚力产生的摩阻力；四是由于管段重量产生的
摩阻力。
不过不同公式修正各项的重点有所差
别。
尽管如此，对相同的工程问题，在不考虑迎
面阻力的情况下计算结果仍有较大差别。
’!
不考虑土拱效应的理论公式
根据文献N2O，不考虑土拱效应的顶力计算公
式为
顶管顶力计算公式辨析
朱林海,，安关峰!
（,’广州市政工程维修处，广东广州I,+,++；!
’中国地质大学工程学院，广东广州I,++I+）
收稿日期：
!
++,4,,4+"
2
山东建材（总第!
"期）#$$%年第&期
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*%!
"
0+’1
（%$）
式（%$）中：
’为计算的总顶力；!
为管道所处
土层的容重；*%
为管道的外径234；-为管道顶
部以上的覆盖土层的厚度234；#为管道所处土
层的内摩擦角254；/为管道单位长度自重2678
34；0为管道的长度234；）为顶进时，管道表面
与其周围土层之间的摩擦系数；,%（9:
#（;<5=
##
）；’1
为顶进时，工具管的迎面阻力2674。
%>.经验公式
（%）顶进管道为钢筋混凝土管时，总推力’计算
’（?
@0（%%）
式（%%）中：
?
为土质系数。
（#）一般金属管及轻质非金属管时，总推力计算
’（3@0（%#）
式（%#）中：
3为土质系数。
（.）手掘式顶管推力计算
1（1$+AB0（%.）
式（%.）中：
1为总推力；1$
为初始推力；A为
综合摩擦阻力；B为外周长；0为推进长度；
（;）适于泥水顶管推力计算
1（1$+AB0+/）0（%;）
式（%;）中：
）为管子重力在土中的摩擦系数
（）（$>#）其余同前。
!
工程实例
某工程砂性土，根据贯标资料，7平均值为
C，砂性土的内摩擦角为#!
5。
容重%"6783.，土
的内聚力为%%6’D，土与管子的粘着力EF（$，覆
土深度为<><3；管外径%>$3，壁厚$>%$3，每米
管子的重力%C>&C6783，推进长度%$$3。
计算
无须考虑地面的动荷载。
依据式（%）计算得到的上覆均布荷载G（
%$>"&6’D。
根据以上所述公式计算得到的顶管推力如表
#所示。
表#各公式计算结果对比
"基本结论
对比分析以上计算结果发现，对于%$$3的
顶管，理论公式计算结果相差较少，经验公式相
差甚多。
所以对待经验公式选用修正参数时一定
要慎重对待。
必须明确的是随着顶管顶进距离的
增大，不同理论计算公式的差别也会显著，主要
是由于随着一次顶距的延长，克服的管道外侧摩
阻力总力占绝对优势，所以不同公式中的修订参
数的作用会被距离所放大出来，得到的计算结果
也就出现较大差别。
另一方面，考虑土拱效果的理论计算结果基
本大于未考虑计算公式的计算结果。
这可能是式
（%$）中参数,%
未考虑土的内聚力的作用。
参考文献
%杨林德软土工程施工技术与环境保护人民交通出
版社#$$$>!
#余彬泉陈传灿顶管施工技术人民交通出版社
%!
!
">"
.王承德顶管施工中管壁摩阻力理论公式的商榷
%!
!
">"
;给水排水管道工程施工及验收规范2@H<$#&"=!
C4中
国建筑工业出版社，%!
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公式顶管推力（67）备注
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