顶管、盾构与定向钻是现今最常用的非开挖技术，而顶管工程因其施工周期短、综合成本低、环境破坏小等优点被广泛应用于给排水管道和油气管道等穿越工程中。目前，对于顶管施工设计中最关键的参数——管壁厚度多依赖于经验，主要原因是规范设计值过高而使工程成本大增。本文对顶管管壁厚度设计的关键内容——综合模量的计算进行了细致的理论分析，提出完整的顶管管壁厚度计算方法和步骤，建立综合变形模量与压缩模量和回弹模量的关系，对规范设计采用的模量进行了修正，采用有限元软件ABAQUS对顶管在土荷载下的回弹与压缩力学特性进行了数值模拟研究。主要研究内容和取得的成果如下：(1)运用有限元计算软件，模拟工程状况，采用变参数模拟，研究管壁周围土体压力特征及管腔变形规律，结合理论分析提出管壁设计等关键设计问题的优化理论；(2)以柔性钢顶管结构与土体变形协调为基础，考虑天然沉积地层土体弹性参数的各向异性，分别处理大直径钢顶管管顶土体回弹与管侧土体压缩问题；(3)研究表明，现行规范设计方法对埋地钢管设计是适用的，对深埋大直径钢顶管的设计偏于保守；(4)深埋大直径钢顶管中，管道呈现竖向压缩，横向拉伸的变形规律。土体侧向压缩、竖向卸荷回弹，采用应力路径分析方法验证了这一规律；(5)钢管壁厚、压缩指数对管道最大应力影响显著，对最大应变影响一般；对均质土深埋钢顶管工程，提出采用土体综合变形模量替代现行规范中的土体变形模量进行顶管设计。