顶管工程中矩形沉井土抗力计算方法探讨

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CECS标准《矩形顶管工程技术规程》关键技术解析

土层的竖向土压力、地下水压力、管节自重作
用；侧面方向受到侧向土压力作用、地下水压
力；沿顶管轴向受到端面阻力、顶进设备顶力、
管道表面与周围土体之间的摩阻力等作用。因此
顶进过程中的管节是一个复杂的力学体系，矩形
管节横截面受力如图2所示。矩形顶管施工基本采用压力平衡式顶管机
(土压平衡或泥水平衡)，为了保证顶管机开挖面
的土体稳定，需要保证顶管机端面压力与地层土
压力值平衡，根据这
个平衡关系确定迎面阻
力的大小，得出泥水、
土压平衡式顶管机的迎
面阻力计算公式。《规
H -外边高；h2 -内边高；
程》要求矩形顶管液压
月1 -外边宽；^2 -内边宽
缸总板力不小于板廊总
图2矩形管节横截面受力示意
顶力的1.5倍。
Fig. 2 Force diagram of cross
neering with Rectangular Cross Section[ J]. Special Structures, 2021 , 38(3) ： 101-106
CECS标准《矩形顶管工程技术规程》关键技术解析
安关峰张蓉王谭
广州市市政集团有限公司510060
摘要：本文重点解析了《矩形顶管工程技术规程》(T/CECS 716—2020)中顶管工程勘察、设计、工作井和顶进施工、管节制作、设备及安装等方面的关键技术指标、控制要求及技术原理，对比分析了管节之间不同接口防水形式、不同围护结构形式下工作井的适用条件、不同类型矩形顶管机适用工况等技术内容。矩形顶管工程应结合工程地质、水文地质和周边环境等条件，合理选择施工设备与工艺、精心施工、严格监控。该规程的实施应用对矩形顶管工程的勘察设计、施工、验收具有指导意义。关键词：矩形顶管顶管设计施工技术 DOI： 10. 19786/j. tzjg. 2021. 03. 020

沉井侧力和摩擦力计算

沉井侧力和摩擦力计算一、基本原理沉井侧力是指水平方向对沉井管束施加的力，使沉井管束保持稳定。

它通常由两个部分组成：一部分是沿着沉井管束的切向施加的摩擦力，另一部分是因为沉井管束引起的水平土体抗力。

沉井侧力的大小与沉井管束的摩擦系数、土体侧面积、土体的抗力等因素有关。

摩擦力是沉井管束与周围土体之间的摩擦力，它是保持沉井管束处于稳定状态的重要因素。

当沉井管束向下推进时，由于与周围土体接触，会发生相互的摩擦，这种摩擦会阻碍管束的下沉，当摩擦力大于沉井管束的重力时，管束就会停止下沉。

摩擦力的大小取决于沉井管束和土体之间的摩擦系数、土体的压实状态、管束的几何形状等因素。

二、计算公式计算沉井侧力和摩擦力的公式主要有两种：一种是使用基于土体力学的方法，一种是使用实测数据的方法。

1.基于土体力学的方法侧向土体抗力的计算公式如下：Fr = 0.5 * ρ * H^2 * L * tanα其中，Fr为侧向土体抗力，ρ为土体的重度，H为沉井管束的高度，L为沉井管束的长度，α为土体的内摩擦角。

摩擦力的计算公式如下：Ff=μ*Fr其中，Ff为摩擦力，μ为摩擦系数。

2.实测数据的方法实测数据的方法是根据实际沉井的情况进行现场测试，计算沉井侧力和摩擦力。

常用的测试方法有拉应变测试、沉井槽测试等。

三、影响因素1.土壤类型和压密状态：不同类型的土壤具有不同的强度和变形特性，对侧向抗力和摩擦力的大小有影响。

另外，土壤的压密状态也会影响侧向抗力和摩擦力。

2.管束的几何形状和尺寸：沉井侧力和摩擦力的大小与沉井管束的几何形状和尺寸有关，如管束的直径、壁厚等。

3.土壤与管束之间的摩擦系数：土壤与管束之间的摩擦系数决定了摩擦力的大小，摩擦系数受土壤类型、土壤压密状态和管束的表面状况等因素的影响。

总结：沉井侧力和摩擦力是沉井过程中重要的力，对沉井工作的稳定性和安全性具有重要作用。

基于土体力学的方法和实测数据的方法都可以用于计算沉井侧力和摩擦力。

顶管施工(沉井)

顶管施工一、概况本标段顶管4处，1号顶管穿越百丈东路路口，采用DN2000钢管，长度约120米。

2号顶管穿越中山东路至宁穿路，包括东部新城门户区，采用DN2000钢管，长度约574米，3号顶管穿越惊驾路路口及北侧小河，采用DN2000钢管，长度约160米，4号顶管穿越会展路（民安路）路口及北侧小河，采用DN2000钢管，长度约400米，由于土质较软，为防止土体扰动后造成管线偏移和控制地面沉降，经研究，决定采用大刀盘土压平衡顶管机进行顶进。

二、总体施工要求1、顶管施工按照招标文件的要求进行。

具体施工方案应报请监理批准。

2、顶管使用千斤顶的安装应与管道中心线平行，位置均匀对称，油路的设计使每台千斤顶的动作处于平衡受控状态。

千斤顶在整个冲程内均匀连续移动。

3、顶管导轨稳固，在顶进过程中不移位、不沉降、不变形。

4、顶管施工时严禁扰动工作坑周围的土体，工作坑后壁的顶进反力不得超过设计最大允许顶力。

5、顶管作业应连续进行。

三、主要机械设备的选择1、顶管机根据顶进沿线的地质条件及以往同类工程的施工经验，为保证顶管施工的安全及质量，本工程选用大刀盘土压平衡顶管掘进机。

土压平衡顶管施工有两方面的基本内容：第一，顶管掘进机在顶进过程中与它所处土层的地下水压力和土压力处于一种平衡状态；第二，它的排土量与掘进机推进所占去的土的体积也处于一种平衡状态。

掘进机在顶进过程中，其土仓的压力P小于掘进机所处土层的主动土压力P A时，即P< P A时，地面就会产生沉降。

反之，在掘进机顶进过程中，其土仓的压力大于掘进机所处土层的被动土压力P p时，即P> P p时，地面就会产生隆起。

如果把土压力控制在P A< P < P p这样一个范围内，就能达到土压平衡。

大刀盘土压平衡顶管掘进机的主要特点：第一、采用大刀盘全断面切削，不会使掘进机产生顺时针或逆时针方向的偏转。

顶进过程中由前端的刀盘及搅拌棒进行切削搅拌，使土体在经过搅拌后具有良好的塑性和流动性，又有较好的止水性。

给水排水工程钢筋混凝土沉井结构设计 (5)沉井下沉和结构计算

沉井下沉和结构计算6.1 一般规定6.1.1 沉井井壁外侧与土层间的摩阻力及其沿井壁高度的分布图形，应根据工程地质条件、井壁外形和施工方法等，通过试验或对比积累的经验资料确定。

当无试验条件或无可靠资料时，可按下列规定确定:1 井壁外侧与土层间的单位摩阻力标准值fk，可根据土层类别按表6.1.1的规定选用。

2 当沿沉井深度土层为多种类别时，单位摩阻力可取各层土单位摩阻力标准值的加权平均值。

该值可按下式计算:3 摩阻力沿沉井井壁外侧的分布图形，当沉井井壁外侧为直壁时，可按图6.1.1-a采用；当井壁外侧为阶梯形时，可按图6.1.1-b采用。

6.1.3 当下沉系数较大，或在下沉过程中遇有软弱土层时，应根据实际情况进行沉井的下沉稳定验算，并符合下式的要求:2. 抗倾覆验算：6.1.7 靠近江、河、海岸边的沉井，应进行土体边坡在沉井荷重作用下整体滑动稳定性的验算。

6.1.8 水中浮运的沉井在浮运过程中(沉入河床前)，必须验算横向稳定性。

沉井浮体在浮运阶段的稳定倾斜角φ不得大于6°，并应满足(p-l)>0的要求。

φ角按下式计算:6.1.9 在施工阶段，井壁的竖向抗拉应按下列规定计算:1 土质较好，沉井下沉系数接近1.05时，等截面井壁的最大拉断力为:2 土质均匀的软土地基，沉井下沉系数较大(≥1.5)时，可不进行竖向拉断计算，但竖向配筋不应小于最小配筋率及使用阶段的设计要求。

3 当井壁上有预留洞时，应对孔洞削弱断面进行验算。

6.1.10 当沉井的下沉深度范围内有地下水时，对下列情况可酌情按不排水施工或部分不排水施工设计:1 在下沉度范围内的土层中存在粉土或粉细砂层，排水下沉有可能造成流砂时；2 沉井附近存在已有建筑或构筑物，降水施工可能增加其沉降或倾斜而难以采取其它有效措施时。

6.1.11 作用在底板上的反力可假定按直线分布，计算反力时不宜考虑井壁与土的摩阻力作用。

底板与井壁间，当无预留插筋连接时，应按铰接考虑；当用钢筋整体连接时，可按弹性固定考虑。

顶管工程工作竖井壁后土体反力计算方法的研究

１．２考虑位移法原理的土压力计算方法
由于土体材料本身特性的复杂性，其内部
· ９ ·
第ｌ期２０１８年Ｏ３月
岩土锚固工程
ＹＡＮＴＵＭＡＯＧＵＧＯＮＧＣＨＥＮＧ
Ｎ０．１Ｍａｒｃｈ２０１８
应力状态是非线性及不确定性的，如果简单假
当随着顶进距离的增加，沿项管线路上已推入土体的顶管管壁后的摩阻力也逐渐加大，为使顶进正常向前推进，干斤项的顶推力也随之相应增大，当顶进反力增大使得后靠背土体到达被动极限状态时，如果顶进反力再增大，则后侧土体将可能产生破坏。由于产生主动土压力所需的位移远小于产生被动土压力所需的位移，因此当后靠背后侧土体达到被动极限状态之前时，工作井前壁土体就已达到主动极限状态。圆形井筒竖向土体反力的计算可按挡土墙Ｒａｎｇｋｅｎ被动土压力理论计算，土体反力近似按线形分布规律考虑。为简化计算，后靠背土体反力和井筒侧壁摩阻力取后靠背所在半圆计算，前壁主动土压力取前壁所在的半圆分布计算。
顶管施工时，作用于后靠墙上的顶推千斤顶荷载反作用于井筒壁，通过井壁传递到底板，然后传到前壁和底部的土体。井筒受力有：后壁土体反力，井侧壁与土体的摩阻力和井底与土体之间的摩阻力及地下水对井筒的上浮力。井筒可看作为一筒壳结构，具有很大的刚度，在顶推力反力作用下工作井自身变形很小，可以不计。当顶推力较大时，假设井筒产生整体位移。

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。

沉井结构计算书讲解

中国中铁深圳市城市轨道交通4号线工程主体工程4302标段二工区（沉井）结构计算书计算: ___________________________________校核：__________________________________审定: ___________________________________中铁二局工程有限公司深圳市轨道交通4号线4302标二工区项目部2016年10月1目1 目录 (2)1.1顶管概况 (3)1.2顶管工作井、接收井尺寸 (3)1.31200mm f顶力计算 (3)1.3.1推力计算 (3)1.3.2壁板后土抗力计算： (4)1.3.3后背土体的稳定计算： (4)1.4工作井（沉井）下沉及结构计算 (4)1.4.1 基础资料： (4)1.4.2下沉计算： (5)1.4.3下沉稳定计算： (5)1.4.4刃脚计算： (5)1.4.5沉井竖向计算： (6)1.4.6井壁内力计算：（理正结构工具箱计算） (7)1.4.7底板内力计算：（理正结构工具箱计算） (12)1.5接收井（沉井）下沉及结构计算 (13)1.5.1基础资料： (13)1.5.2下沉计算： (14)1.5.3下沉稳定计算： (14)1.5.4抗浮稳定计算（沉井下沉到设计标高浇注底板后）： (14)1.5.5刃脚计算： (14)1.5.6沉井竖向计算 (15)1.5.7井壁内力计算：（理正结构工具箱计算） (16)1.1 顶管概况( 1) 钢筋①一HRB335级钢筋强度设计值fy=fy ' =300N/ mn2(2)圆管砼：采用C50,沉井采用C3C。

(3)所顶土层为黏土，r=17KN/ m3 本计算除井壁、底板外未采用专业计算软件。

1.2 顶管工作井、接收井尺寸1、工作井尺寸的设计、核算由检查井的设计要求及顶管操作技术要求决定。

( 1)、工作井的宽度计算公式B =D+2b+2c 式中：B――工作井宽度；D――顶进管节的外径尺寸；b――工作井内安好管节后两侧的工作空间，本工程采用每侧0.8m；c――护壁厚度，本工程采用0.4m；本工程的顶管直径为D100Q壁厚200。

市政工程顶管施工中的沉井结构优化设计

市政工程顶管施工中的沉井结构优化设计摘要：随着经济社会的不断发展，市政工程建设数量和规模不断增加与扩大，为了不影响地面交通，顶管施工技术应用较多，在这样的背景下，沉井结构设计得到了迅速的推广和应用。

施工实践证明，沉井结构设计方案是否科学合理直接关系着项目的进度、效率以及整体的质量。

为此，要保证市政工程顶管施工顺利进行，需要不断对沉井结构进行优化。

本文对市政工程顶管施工中的沉井结构优化设计进行分析，以供参考。

关键词：市政工程；顶管施工；沉井结构；优化设计引言一般来说，顶管工作井、接收井的主要结构形式是沉井结构《沉井施工长期以来采用现场现浇结构，待沉井混凝土达到设计强度后，边（井内）挖土边下沉，直至到达设计标高，进行封底作业。

沉井结构的特点有：不需要额外的支护结构，就能到达相对较深的地下空间；整体刚度好；不足之处是施工时间较长，如位于现状道路上则会对城市交通产生较大影响。

1沉井结构概述沉井结构作为顶管施工过程中的一种临时性结构，因其自身具备刚度大、整体性好等特点，在市政工程顶管施工中得到了迅速的推广和应用。

在具体使用过程中需要根据工程项目所在区域内的地质、地形条件及地下水位等实际情况采取不同类型的结构设计。

2沉井结构优化设计2.1沉井壁厚设计市政工程顶管施工中沉井结构的应用原理是利用沉井的自重实现下沉，如果沉井井壁厚度不能满足设计要求，会出现沉井自重不足，无法实现下沉；如果沉井井壁过厚，虽然可以实现下沉作业，却在一定程度上增加了工程项目的建设成本，造成不必要的资源浪费。

因此，在工程项目建设工程中，要对沉井管壁的厚度进行科学合理的设计，从而保证沉井下沉过程的稳定性。

而在本工程项目的建设过程中，技术人员通过对工程项目实际情况进行分析，决定选择壁厚为0.55m、内径为9m的圆形沉井。

同时，为了在污水中顺利完成取土作业，还要完成对井壁内的排水作业，并科学合理地计算沉井下沉系数及稳定系数，以判断沉井井壁厚度是否合理。

浅谈顶管施工顶力分析与计算

Ｒ＝１［．５２× ４８２ × １５６＋６）】．０２（４９．＋２３５．８４＋０２
：
顶管施工中，注浆润滑效果直接关系到顶力
大小。实践证明采用注浆润滑技术，减小顶进阻力，一次顶进长度可增加２３倍。～４５．（Ｎ）８１４ｋ（）经验公式２
难以预测。所以在计算顶力时，一定要考虑适当的安全系数。
顶力计算，对选择顶进设备、管子强度、布
置中继间、液压站、后背结构等，具有重要的意
义。
路桥施工计算手册，周水兴、何兆盖、邹毅
松，人民交通出版社；
顶管工程，［西德】谢尔勒著，漆平生等马・
译，中国建筑工业出版社。
２顶力常用计算方法
项力计算可根据国家、地方顶管施工及验收规范、标准、施工手册及专家著作中，有多种顶力计算方法：常用顶力计算可选用如下版本：给水排水管道工程施工及验收规范，ＧＢ０６ —７５２８９，中华人民共和国国家标准；天津市市政工程施工技术规范（水排
市政工程施工及验收技术规程，上海市市政
工程管理局；
顶管施工技术，余彬泉、陈传灿，人民交通
出版社；软土地下工程施工技术，华东理工大学出
版；
地下工程设计施工手册，中国建筑出版社；

顶管工程中土抗力计算

顶管工程中土抗力计算当顶力较小时，顶力首先由作用于井壁的静止土压力平衡。

随着顶力的增大，顶力一部分由后背土体承担，一部分由井侧壁摩阻力和井底摩阻力承担。

当井侧壁摩阻力和井底摩阻力小于静摩阻力时，不产生井位移。

由于后座井壁的刚度不是无限大，在顶力作用下要产生变形，且与其后部土体的变形保持协调。

后部土体要达到被动土压力需较大位移，砂土约为0.005H，黏性土约为0.1H(h为挡墙高度)[2]。

在软土地区，如果后座井壁后部土体较软、没有加固，要达到被动土压力所需的位移光靠后座井壁变形显然不够，因此在土体达到破坏之前必定会产生井位移。

当顶力克服了井侧壁和井底的静摩阻力时，沉井开始产生井位移。

井壁和井底变为滑动摩擦，摩阻力为定值，多余的顶力由后座井壁后部土体承担。

井位移产生的前提条件是工作井的结构要牢固，后座井壁与井侧壁、井底的连接处不断裂。

随着井位移变大，由于达到主动土压力所需的位移较小，前壁土体首先达到主动土压力。

后背土体位移等于井位移加上后座井壁的变形，当达到某一值时，最大土抗力达到被动土压力，此时工作井达到临界状态。

顶力再增大，则后座井壁后部土体发生破坏，沉井发生倾覆。

矩形沉井的受力分析如图1所示。

图中L为沉井长度，B为沉井宽度。

沉井受到的作用力有：顶力F、后座井壁后部土抗力F P、井侧壁摩阻力f侧壁、井底摩阻力f底和前壁主动土压力F a。

1.2 后背土抗力分布形式探讨对于顶管施工中后背竖向土抗力分布形式，现有的4种分布形式，见图2。

主要可以分为两类：一是按挡土墙朗肯被动土压力理论计算，土抗力呈线性分布，如图2 a)、2 c)、2 d)所示；二是借鉴弹性地基梁法，竖向土抗力简化为三部分，如图2 b)所示，最大反力出现在后座墙后面的土体范围内。

这两种方法都有不足之处：对于第一类方法，由于一般矩形沉井的长宽比较小，通常在2-3之间，只有当挡土墙长宽比大于4时，朗肯理论才能较为准确地反映实际的土压力情况[3]；对于第二类方法，忽略了井底以下的土体对后座井壁底部的阻挡作用，井底部分的土抗力不可能为三角形分布，井壁最底部的土抗力也不为零。

市政顶管工程沉井结构设计要点及应用探究

Engineering Design | 工程设计 |·189·（中国市政工程中南设计院研究总院有限公司，湖北武汉 430010）摘要：文章简要阐述了市政顶管工程沉井结构形式及作用，就市政顶管工程沉井结构设计要点进行了探讨，并在此基础上，结合工程实例就市政顶管工程沉井结构设计中相关要点的应用进行了深入地探讨，着重从沉井井壁厚度确定、强度验算、顶力计算、后背土体稳定验算等方面进行了论述，以期为市政结构设计提供借鉴。

关键词：市政顶管工程；沉井；强度验算；顶力计算中图分类号：TU991；TU992 文献标志码：A 文章编号：2096-2789（2019）09-0189-02作者简介：潘迎（1988—），女，工程师，研究方向：市政结构。

目前，随着我国城市经济的持续发展，市政工程建设规模不断扩大。

在市政工程建设过程中，为了实现需要城市各功能，需要敷设大量管道。

然而，城市路面较为复杂，在市政管道建设过程中通常需要使用非开挖技术进行施工操作。

顶管技术具有施工周期短、无噪声、成本低、对环境干扰小等众多优点，在市政工程中得到广泛了应用。

沉井设计作为市政顶管工程结构设计中重要环节，引起了结构设计人员的广泛关注。

文章以市政顶管工程沉井结构为例，就顶管工程沉井结构设计要点及应用进行探讨。

1 市政顶管工程沉井结构方案顶管井作为一种临时设施，要确保工程设计质量，在市政工程设计阶段需要结合工程地质情况、施工条件等进行结构设计。

目前来说，在市政工程顶管井结类型众多，主要包括以下四种：（1）沉井结构。

顶管工程沉井结构具有刚度大、整体性好的特点。

在实际工程建设当中，由于沉井结构深度较大，为了缩小结构内力，减小结构厚度，提升工程建设质量，应采用内撑方式。

此外，在沉井结构设计工作中，设计人员还需要掌握好流砂、涌水等地质状况。

（2）地下连续墙。

地下连续墙作为一种平面构件，在实际运用的过程中，经常会出现墙体变形、开裂渗漏、空间整体性差等问题。

大断面矩形顶管周围土压力与顶推力计算方法

（１．ＳｉｎｏｈｙｄｒｏＢｕｒｅａｕＮｏ．７Ｃｏ．，ｌｔｄ．，Ｃｈｅｎｇｄｕ６１００８１，Ｃｈｉｎａ；２．ＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＦａｃｕｌｔｙ，ＣｈｉｎａＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＧｅｏＳｃｉｅｎｃｅｓ，Ｗｕｈａｎ４３００７４，Ｃｈｉｎａ）
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｒｅｃｔａｎｇｕｌａｒｊａｃｋｉｎｇ；ｅａｒｔｈｐｒｅｓｓｕｒｅ；ｊａｃｋｉｎｇｆｏｒｃｅ；ｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎＡｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｓｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇｓｏｉｌｐｒｅｓｓｕｒｅａｎｄｊａｃｋｉｎｇｆｏｒｃｅｏｆｒｅｃｔａｎｇｕｌａｒｔｏｐｐｉｐｅａｒｅｔｈｅｉｍｐｏｒｔａｎｔｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｆｐｉｐｅｊａｃｋｉｎｇｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ，ａｎｄｔｈｅａｃｃｕｒａｃｙｏｆｓｏｉｌｐｒｅｓｓｕｒｅｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎａｒｏｕｎｄｔｈｅｔｏｐｐｉｐｅｄｉｒｅｃｔｌｙａｆｆｅｃｔｓｔｈｅｊａｃｋｉｎｇｆｏｒｃｅｏｆｔｏｐｐｉｐｅａｎｄｔｈｅｓｅｌｅｃｔｉｏｎｏｆｐｉｐｅｊａｃｋｉｎｇｅｑｕｉｐｍｅｎｔ．ＣｏｍｂｉｎｅｄｗｉｔｈｔｈｅＦｅｎｔｒａｎｃｅａｎｄｅｘｉｔｊａｃｋｉｎｇｐｒｏｊｅｃｔｆｏｒＬｉｎｅ１２ｏｆＳｈｅｎｚｈｅｎＭｅｔｒｏｌｉｎｅｓ，ｔｈｅｓｔｒｅｓｓａｎａｌｙｓｉｓｏｆｒｅｃｔａｎｇｕｌａｒｐｉｐｅｊａｃｋｉｎｇｗａｓｃａｒｒｉｅｄｏｕｔ，ａｎｄｔｈｅｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｏｆｓｏｉｌｐｒｅｓｓｕｒｅａｎｄｊａｃｋｉｎｇｆｏｒｃｅａｒｏｕｎｄｔｈｅｔｏｐｐｉｐｅｗａｓｄｉｓｃｕｓｓｅｄ．Ｔｈｅｎｔｈｅｗｈｏｌｅｐｒｏｃｅｓｓｏｆｔｏｐｐｉｐｅｊａｃｋｉｎｇｗａｓｓｉｍｕｌａｔｅｄａｎｄａｎａｌｙｚｅｄｗｉｔｈｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｏｆｔｗａｒｅ，ａｎｄｔｈｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｌａｗｏｆｖｅｒｔｉｃａｌｓｏｉｌｐｒｅｓｓｕｒｅｗａｓｏｂｔａｉｎｅｄ．ＩｔｉｓｆｏｕｎｄｔｈａｔｔｈｅｖｅｒｔｉｃａｌｓｏｉｌｐｒｅｓｓｕｒｅｏｆｔｈｅｔｏｐｐｉｐｅｗａｓｃｌｏｓｅｓｔｔｏｔｈｅａｃｔｕａｌｒｅｓｕｌｔｓｏｆｔｈｅｐｒｏｊｅｃｔｂｙｕｓｉｎｇｔｈｅｔｈｅｏｒｙｏｆＴｅｒｚａｇｈｉ，ｔｈｅｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｆｏｒｍｕｌａｏｆｔｈｅｊａｃｋｉｎｇｆｏｒｃｅｏｆｔｈｅｒｅｃｔａｎｇｕｌａｒｔｏｐｐｉｐｅｗａｓｄｅｄｕｃｅｄ，ａｎｄｔｈｅｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｊａｃｋｉｎｇｆｏｒｃｅｏｆｔｈｅｒｅｃｔａｎｇｕｌａｒｔｏｐｐｉｐｅｗａｓｄｅｄｕｃｅｄｂｙｃｏｍｂｉｎｉｎｇｗｉｔｈｔｈｅａｃｔｕａｌｐｉｐｅｊａｃｋｉｎｇｐｒｏｊｅｃｔ．

矩形顶管工作井井壁计算

概述沉井是顶管工作井的常用结构形式。

矩形沉井制作简单，结构布置灵活，平面利用率也较高，但是其主要缺点是受力性能不如圆形沉井好，其计算过程也相对复杂。

而在现有的结构设计手册中，还没有一套完整的矩形沉井在顶管时结构受力计算的标准模式。

故本文以单孔矩形顶管井为例，对矩形顶管工作井井壁的结构计算方法进行探讨。

顶力的确定在计算顶管井受力之前，首先应确定顶力的大小。

《市政工程施工及验收规范》pⅳ－99第四章中有述最大允许顶力是通过对工作井后靠土体稳定验算而求得的，即保证工作井在土体中不移动，不倾覆所能承受的最大外力。

1. 抗滑移计算----确定最大顶力请见下列公式及简图。

f ----最大顶力；fp----顶力作用下井后靠土体产生的被动土压力；fa----主动土压力；f摩----土体对井外表面产生的摩阻力（一般不计）；s----安全系数，1.0～1.2。

2. 抗倾覆计算----验算最大顶力《规程》在“顶力估算与后靠土体稳定验算”中指出，顶力所产生的力矩可忽略不计。

井壁内力计算顶力作用下，后背井壁受力较大，但我们并不能就此下结论：井壁的配筋计算应由此工况下得出的内力控制。

相反，大量计算结果证明，使用阶段井外水压力作用下的内力才是控制非受顶侧井壁配筋的首要因素。

使用阶段井壁的内力计算一般情况下，我们认为当沉井沉到设计标高，刃脚内侧土被掏空时，作用于井壁上的水平荷载为最大，此法对于不排水下沉施工方法是可行的，其计算方法也比较简单：沿井壁每隔2～3m或于变截面处划分为若干水平区段按水平框架进行计算，这在《给排水工程结构设计手册》上已有详尽的描述。

就排水下沉的沉井来说，此工况下无水压力作用，并不能就此判断此时所受的水平荷载为最大。

实际的施工情况是到底板浇筑完毕（甚至是顶管施工结束）才恢复地下水位。

因此，我们不妨将底板浇筑完毕，井外水位恢复之时作为控制井壁计算的工况。

这也可以说是“使用阶段井壁内力计算”的确切意义。

前面提到，我们在计算井壁时，常将水平框架作为井壁的不动铰支座。

顶管工程中圆形沉井土体反力计算方法的研究

顶管工程中圆形沉井土体反力计算方法的研究摘要：随着现代社会的飞速发展，我国道路施工中地下部分的井、管、线等的施工方法也不断在提高。

在现阶段，顶管工程和盾构工程得到了充分的发展和应用，随着工艺和设备的发展进步，对于沉井施工过程中的土体反作用力的计算要求越来越高。

由于沉井的尺寸和深度要求在不断的变化，因此在沉井施工的过程当中，需要对周围土体产生的变化影响做出研究和分析。

在本文当中，首先对顶管工程当中的圆形沉井下沉时和周边土体的相互作用进行了概述；其次对于圆形沉井下沉时受力特性的数值做出了实际分析；最后在实际情况的基础上进行了特性的现场测试并进行分析。

关键词：顶管工程；圆形沉井；土体；计算在我国修筑地下建筑和深基础的过程当中，沉井是一个相当重要的结构模式。

需要利用地表建造的一个底部开口的钢筋混凝土结构的井筒状的物质，经过自身的重力以及外界的荷载力，来保持垂直状态的下沉。

在这个过程当中，施工所利用到的占地面积相对较小，在成本费用方面也相对低廉，并且其整体的力学性能和稳定性都有一定保证，可以承受较大的水平荷载力，因此被广泛的应用在了各种地下空间的开发工程当中，并且作为主体工程来进行施工，在盾构工程以及顶管工程当中被用作工作井。

一、顶管工程当中的圆形沉井下沉和周边土体的相互作用目前，沉井在施工工程中，土体反力一般根据经验以及相对应的公式进行计算，由于沉井施工当中的不确定因素较多，故在施工的过程中风险也会相应增加，这无疑给沉井施工增加了很大的难度。

在实际的应用当中，沉井经常被用作顶管和盾构工程的工作井。

在传统的方法当中，顶管或盾构的单次顶进距离短、管径小、埋深浅，管壁摩阻力相对较小，因此在沉井当中提供的顶进反力呈现出相对较小的状态，而在沉井本身的施工当中，自身所具备的整体性和刚度都是相当高的。

随着顶管和其他工程的不断发展，单次顶进的距离、顶管管径、埋设深度越来越大，在具体的施工过程当中需沉井提供的顶进反力越来越大，从而造成了沉井不断向大尺寸、大深度方向发展的现象，因此沉井和周边的土体当中所产生的相互影响就会变得越来越复杂，集中体现在两个方面，分别是下沉过程中沉井和周围土体的相互影响以及在大顶力作用下，沉井对其后背土体受力变形特性的影响。

沉井后背墙土抗力计算的探讨

ｉｎｌｆｒｅｄｅｃｎｒｏａｏｃｓａｃｅｔｃｎｉ
ｃｌｕａｉｎｉｒａｅｕｉｇｔｅｐｉｃｐｅｏｙａｃｂｌｎｅｔｏｔｉｅｎＢａｃｌｔｏｓｎｄｓｎｒｉｌｆｄｎｍｉａａｃ０ｂａｎｔ＇ｈｎｈｌ￣ｍｌｌａｔｒｓｕｅａｅｔｒｓｌｒｐｅｓｒｔｔｕｔ１ｅｈ］ｈｈｗｌｏｅｒｃｎｕａｏｋｎｈｆｗｉｏｓｅｉｇｔｅｍｅｈｎｓｏ＂ｒｅ￣ａｌｆｅｔｇｌｗｒｉｇｓａｔｈｌｃｎｉｒｃａｉｔｈａｒｅｄｎｈｍｆｅｈｔ
３１１１顶力在横向中心位．．．
工作井后背墙土压力可按挡土墙被动土压力计
算，一般采用平面假定，按朗肯理论计算。然而，由于
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第１（期总第９期）６
中国市政工程
２Ｏ年３２Ｏ２月５日
沉井后背墙土抗力计算的探讨
冯海宁徐日庆
摘
龚晓南（浙江大学建筑工程学院杭州３０２）１７０
要：通过适当的假定并根据矩形沉井在顶管工作时的受力状态，用力的平衡原理，虑土运考圆形沉井顶管土压力
沉井在偏心荷载作用下墙后土体的被动土压力的大小，以此来计算沉井所提供的最大反力。对于矩形沉井，本文采用空间楔形滑裂面，于圆形沉井土压力对分布采用余弦曲线分布。

顶管工程矩形逆作工作井实用计算方法

顶管工程矩形逆作工作井实用计算方法摘要：以工程应用为基础，依据南充市顺庆区城市主干道及城市广场提升改造PPP项目（玉带路截污干管）实例，介绍顶管工程矩形逆作井的实用计算方法，可用于矩形人工挖孔桩的护壁等挖孔工程的设计，可供设计和施工参考。

关键词：矩形；逆作拱墙法；普氏土拱原理；侧向土压力；顶管井0 引言顶管技术是一项用于市政施工的非开挖掘进式管道铺设施工技术。

工作井是顶管始发端放置顶管设备并进行顶进作业的竖井。

对于市政管网工程，受到边界条件限制，常常采用逆作拱墙法施工矩形工作井。

目前对逆作井护壁设计尚没有统一的方法，大多数是靠经验设计，而在实际工程中其地质情况以及荷载等往往比较复杂。

笔者认为应根据土层情况及井壁深度，分别按照朗金土压力及普氏土拱原理提出了矩形逆作井的实用计算方法，并提出了设计相关注意事项。

1 井壁的侧压力计算1.1按朗金土压力计算一般情况下，井的深度较浅，可参考《给水排水工程钢筋混凝土沉井结构设计规程》CECS 137:2015的规定，侧壁的土压力可按照主动土压力考虑，计算采用朗金土压力公式进行计算，公式如下：为简化计算，土层的侧压力均取井壁计算段的下部值。

1.2 考虑拱效应后的侧向土压力计算土拱作用是指支撑刚度较大而围护结构刚度较小，墙后土压力局部增大的现象。

局部土体产生移动，而其余部分保持原来的位置不动，土中的这种相对运动受到土体抗剪强度的阻抗，使移动部分土体的压力减小，而不动部分上的压力增加。

由于土拱作用，一般工程地质条件下（有地下水、软塑流塑土体存在等特殊情况除外），护壁的侧压力随着深度的增加而增加，但增加到一定深度后，侧向土压力基本接近常数。

按普氏土拱理论，当己护壁的底部至地表的距离H>2h1时井壁受到的侧压力基本为一常数。

如图所示:a:井道宽度的一半a1:土拱宽度的一半fkp:岩石或土层的硬度系数，（根据经验：砂土及普通堆积土取0.6，亚粘土取0.8，硬粘土取1.0，软质石灰岩、页岩及沙岩取2.0），fkp也可按实际经验取值。

钢筋混凝土沉井计算(两篇)

引言：钢筋混凝土沉井是一种常见的基础设施工程，用于排水系统、通信系统、电缆系统等地下管线的管理和维护。

在设计和实施沉井工程时，合理的计算方法对于保证工程的安全和可靠性至关重要。

本文将进一步探讨钢筋混凝土沉井的计算方法，以帮助工程师们更好地进行设计和施工。

概述：钢筋混凝土沉井计算的主要目的是确定沉井的尺寸和承载能力，以确保足够的强度和稳定性。

在进行计算之前，需要考虑沉井所处的土壤条件、工程要求和使用情况等因素。

正文内容：1.土壤条件影响：1.1.定义土壤参数：根据现场勘探和实验数据，准确确定土壤参数，包括黏土的强度和可塑性指标等。

1.2.考虑土壤的稳定性：通过计算土壤的承载能力，结合土壤的稳定性分析，确定沉井的尺寸和深度。

2.沉井尺寸设计：2.1.确定沉井的外部尺寸：根据工程要求和使用情况，确定沉井的外部尺寸，包括直径、长度和壁厚等。

2.2.考虑沉井的内部空间：根据沉井的用途和设备要求，确定沉井的内部空间尺寸，包括宽度、高度、距离等。

3.沉井的承载能力计算：3.1.计算钢筋混凝土的承载能力：根据沉井的几何形状和所使用的钢筋混凝土的强度参数，进行承载能力计算。

3.2.考虑沉井的荷载条件：根据实际情况，考虑沉井受到的荷载条件，包括静载、动载和地震荷载等。

4.沉井的结构设计：4.1.选择合适的结构形式：根据工程要求和沉井的作用，选择合适的结构形式，包括圆形、方形、椭圆形等。

4.2.定义沉井的材料参数：根据设计要求和实际情况，确定沉井所使用的材料参数，包括混凝土的强度等级和钢筋的截面积等。

5.沉井的施工与监测：5.1.施工方法选择：根据沉井的尺寸和结构要求，选择合适的施工方法，包括顶管、盖板和成梁等。

5.2.监测沉井的变形和应力：在施工过程中和工程完成后，进行沉井的变形和应力监测，确保沉井的安全稳定性。

总结：钢筋混凝土沉井计算是保证沉井工程安全的重要环节。

通过准确定义土壤参数、合理设计沉井尺寸、计算沉井的承载能力、设计沉井的结构和施工中进行监测等步骤，可以确保沉井工程的质量和基础设施的可靠性。

顶管施工顶力计算及其对地表沉降影响的分析

【关键词】顶管施工顶力地表沉降
【中图分类号】U449.83
【文献标志码】 A
〇.引言顶管施工是当前城市地下管线施工使用最广泛的施工方式，在给排水、污水治理、通信、电力管道等领域得到了广泛的运用。随着城市综合管廊建设，很多架空线改地下电缆，经常出现高压电缆穿越道路的情况。在城市中，采用开挖施工的方法会面临许多的问题。而非开挖的顶管施工方法自从诞生以来就受到了城市施工的青睐，因为其施工的影响较小，并且施工的过程中所产生的噪音与污染都比较小，不会对城市的交通和居民生活产生较大的影响。顶管施工就是采用推顶的方式，利用作业管将管道从一个工作井推顶到目标井，采用推挤的方式,将管道埋进泥土中。顶管施工的过程中，顶力的大小对顶管施工的施工效率和施工质量以及施工造成的地表沉降有直接的影响，这种影响作用通过定性和定量分析两种方式可以进行一定程度的揭示。顶管施工通常会涉及到工作井和接收井，以二者之间发生的地表沉降以及主顶油缸的顶力作世纪末期引进了曲线顶管施工技术，并很快取得了飞速发展，由于顶管施工不需要开挖地表，只需要在合适的位置挖掘工作井和接收井就可以进行施工，所以对于地表的影响并不大，相比传统的地下管线施工方式，顶管施工能够在很大程度上减轻施工对地表人居生活的影响，并且顶管施工所需要的施工设备也相对简单，主要的施工设备就是主顶油缸、工具管，通过主顶油缸将工具管按照一定的角度顶入土体中，并随之将土壤挖出，而后将要埋的管线从工具管顶出的通道中安装完成，最后工具管可以从接收井接收吊出，从而实现管线安装工作。整个施工过程不需要将土体挖开，并且有工具管作为支撑，上层土体也不会沉落，所以可以保障施工的安全，但是顶管施工会造成地表沉降，这是将通道中的土体挖出的结果。顶管施工扰动周围土体，从而引起地面沉降或建筑物的损坏，尤其在高水位软土地层中。因为顶管施工涉及的地区往往都是地下管线情况交错复杂的地区，控制顶管施工对周围土体的干扰作用大小，对保障施工安全和整体地下管线网络的正常运

浅谈某矩形顶管工作井设计计算

87中国设备工程Engineer ing hina C P l ant中国设备工程 2020.04 （上）随着社会的发展，对城市景观要求也逐年提升，架空的管网逐渐被地下管道取代。

在土木工程特别是市政工程建设领域，有大量地下管网和地下隧道的新建和改造。

顶管施工以工作井作为推进支座，在千斤顶和中继站的推动下，机头地下进行掘进，是暗挖法的一种，特别适用于管线的顶进施工，具有很好的经济效益，在工程中得到了广泛的应用。

在顶管施工中，所受最主要的活荷载是顶进的水力，因此，井体的内部结构受力情况以及外部土体施加被动土压力的情况是能否成功的关键。

顶管工作井实质就是一个基坑，可以采用沉井、钢板桩、地下连续墙、SMW 工法等作为围护结构，沉井由于自身结构闭合，施工开挖量少，是最常见的工作井采用形式。

由于顶管工程由以上的优越性，相对较大的管径也青睐这种施工工艺，推力可以达到上千吨以上。

在这样大的水平推力作用下，可能会发生一系列的问题。

比如，应力集中可能导致井体开裂，裂缝超过规范规定的限制从而无法正常工作；发生向后倾斜，影响顶管的顶进的定位从而偏离设计路线；顶管工作井后背地面隆起，导致管线和路面结构或者建筑破坏。

因此，不论是井体自身的结构验算还是其背后土体的稳定性验算，都是非常必要的。

1 工作井设计采用沉井方式的顶管工作井主要包括以下几个重要设计阶段：整体抗浮验算、下沉稳定性验算、封底验算、刃脚计浅谈某矩形顶管工作井设计计算马正，葛丰源，叶飞（济南市市政工程设计研究院（集团）有限责任公司，山东济南 250000）摘要：市政工程管线设计中往往涉及顶管工程，其中对工作井的计算尤为重要，不仅包括结构自身强度计算，还包括工作井后背土体的稳定性计算。

顶管工作井经常采用沉井的形式，本文以某工程为背景，对沉井形式的顶管工作井进行了设计计算，对相关的工程人员可以起到一定的指导作用。

关键词：顶管；沉井；计算；裂缝；稳定中图分类号：TU990.3 文献标识码：A 文章编号：1671-0711（2020）04（上）-0087-02算、井壁环向计算（封底前、封底后）、底板计算、配筋计算、土体整体稳定性计算。