顶管土压平衡技术PPT课件

⑴ 在顶进过程中，顶管机与其所处土层的土压力 和地下水压力处于平衡状态；
⑵其排土量与顶管机切屑刀盘破碎下来的土的体 积处于一种平衡状态。
7
土压平衡式顶管的原理示意图如图
8
三、开挖面的稳定原理
• 土压平衡式顶管属封闭式顶管，顶管推进时其前 端刀盘旋转掘削地层，掘削下来的土体涌入土舱 。当掘削土体充满土舱时，由于顶管的推进作用 ，致使掘削土体对开挖面加压。当该加压压力与 掘削地层的土压水压相等，随后若能维持螺旋输 送机的排土量与刀盘的掘土量相等，把这种稳定 的出土状态称为开挖面平衡。要想维持排土量与 掘土量相等，掘削土必须具备一定的流塑性和抗 渗性。有些地层的掘削土仅靠自身的流塑性和抗 渗性，即可满足开挖面稳定的要求。此外，多数 地层土体的流塑性和抗渗性无法满足稳定开挖面 的要求，为此需加入提高流塑性和抗渗性的添加 材，实现稳定开挖面的目的。
13
四.不同地层开挖面的土体改良方法
• 由于添加材的作用，土压顶管排出的掘削 土体几乎均为含水率高和流动性大的土体 。所以必须在施工现场对掘削土体作改良 处理，进而作为建设污泥废弃或作再生利 用。土体改良方法包括物理方法和化学方 法。
14
水土分离法
物理方法 日晒法
土体改良法
强制脱水法 改良水泥法
• 稳定开挖面的管理重点应以泥土压管理， 泥土流塑性管理及掘土量管理为中心。另 外，开挖面的稳定状态，还应根据地层变 形测量，开挖面坍塌探查等施工管理数据 综合判断。
• 土压力大变， 顶进速度与土压力成正比。
11
2)螺旋输送机的排土量：如果推进速度恒定 ，控制土压力与螺旋输送机的排土量成反 比。
6
土压平衡式顶管机与泥水平衡式的差异是密 封舱内的承压介质不同。泥水平衡式顶管对应的 介质是泥水；土压平衡式顶管对应的介质是泥土， 但是稳定开挖面的基本原理是一致的。由于是管 道内的掘削作业，从地层的应力关系看，相当于 卸载。因此要想使开挖面稳定必须施加相当于卸 载的土压与水压。所以土压平衡必须满足以下两 个方面条件：
17
5.2顶进装置
土压平衡式顶管机的顶进装置主要有刀盘，刀具，支承及 传动系统组成。 1 刀盘的主要功能 刀盘具有开挖，稳定开挖面及搅拌渣土的功能。、 1）开挖功能：对开挖面的底层进行开挖，开挖后的渣土顺 利通过渣槽，进入土舱； 2）稳定功能：支承开挖面，具有稳定开挖面的功能； 3）搅拌功能：通过搅拌机构对土舱内的渣土进行搅拌，使 渣土具有一定的塑性，通过输送机将土输出，并同日奥正 控制土舱中的土压力，防止土层崩塌和隆起。
⑸操作方便，只需在敞开的工作坑内指挥吊装管段 和装拆延长的管线，不需进入渠道内专业，不仅确保 了安全生产而且节约了安全设施费用。
4
二、工作原理
图示为土压平衡式顶管示意图。
5
• 土压平衡式顶管机是利用安装在顶管机最 前面的全断面切削刀盘，将正面土体切削 下来进入刀盘后面的贮留密封舱内，并使 舱内具有适当压力与开挖面水土压力平衡 ，以减少顶管推进对地层土体的扰动，从 而控制地表沉降，在出土时由安装在密封 舱下部的螺旋运输机向排土口连续的将土 渣排出。
化学方法 石灰改良法
高分子改良法
15
五.土压平衡顶管机的基本构造
5.1系统构成
• 图4-30为土压平衡式顶管系统概况图。从 设备方面看，与稳定开挖面有直接关系的 装置有顶进装置，添加材注入装置，搅拌 装置以及排土装置四种。只有当这些系统 均正常工作时，方可确保开挖面稳定 。
16
土压平衡式顶管系统概况图：
1
概述
顶管技术目前主要分为气压平衡、土压平衡和泥水平衡 三种。其中，土压平衡技术应用很广泛，因为该技术先 进，方便高效，缺点是施工管理要求较高，施工作业要 求严格。
.
2
一 、 应用优势
⑴施工不需开挖路面，占地少，能保持地面 稳定，避免了城区道路反复多次开挖的难题，大 大降低了对城区 交通、环境的影响。
⑵施工速度较快，昼夜平均顶进10～15m， 一次性连续顶进距离最长可达500m 以上，相应 缩短了施工工期，提高了施工效率。
3
⑶工程施工占地少，几乎不受地形地貌变化的限 制，不用对地面上的各种市政设施等管道进行拆迁、 重装，不需赔偿损失，节省了巨大的工程拆迁费。
⑷能大量节约劳动力，一套顶管掘进设备昼夜轮班 作业只需50 人左右就可完成，可大大减少周转材料的 投入。
9
3.1土压顶管开挖面稳定的必要条件：
• 1 泥土压必须可以对抗面上地层的土压和水压；
• 2 必须可以利用螺旋输送机等排土机构调节排土 量；
• 3 对必须混入添加材的土质而言，注入的添加材 必须可使泥土（混入添加材的掘削土）的塑流性 和抗渗性提高到满足掘面稳定要求的水准。
10
3.2开挖面稳定管理
19
（2）辐条型：辐条型刀盘可以减轻切削刀的实际荷 扭矩；开口率大，颗增大排出开挖土砂的效果； 将土腔内土压有效传递给开挖面，而且对前面的 道具进行检查或更换较为容易；轮辐的数量由运 行特性确定，轮辐不会使土料在土舱出口有不规 则的流动；轮缘可做成圆柱形或圆锥形机壳一部 分，能将其受里分配至各个轮辐上。他的缺点是 轮辐必须承受很大一部分因切削刀盘驱动产生的 力，因而重量大；轮缘在周边增大了摩擦面，从 而增大了所需的扭矩。它多用于土压平衡式。
3)顶进速度与排土量同时改变，也可以控制 土压力在规定的范围内。当推进速度提高 时，土压力随之上升，同时也提高了螺旋 输送机的排土量。一般来说，土压力应该 控制在主动土压力Pa和被动土压里Pb 之间 。
12
• 如果地下水压力为Pw，则土压力P按下列 条件控制：Pa + Pw< P < Pb + Pw。实际上 ，在覆土比较深的时候，从Pa 到Pb 的变化 范围较大，再加上理论计算与实际之间存 在误差，所以必须进一步限定控制土压力 的范围。一般把土压力设置在静止土压力 P0 = +–20KPA范围内.
18
5.3 刀盘形式
1）刀盘的正面形状 （ 1）面板型：面板型刀盘可以防止开挖面过度坍
塌，有利于开挖面稳定。有时在面板上设有切口 开闭装置可用来调节土砂排出量，也可以在开挖 停止时关闭切口，防止切口引起开挖面坍塌。开 挖黏土性土时，由于土砂粘在面板表面，常常妨 碍刀盘旋转，而且会扰乱开挖面，所以必须予以 注意。面板型用于土压平衡式和泥水平衡式顶管 。