泥水平衡矩形顶管机简介及案例分析

泥水平衡矩形顶管机简介及案例分析

摘要：顶管施工技术最早始于1896年美国的北太平洋铁路铺设工程的施工中。1948年日本第一次采用顶管施工方法，在尼崎市的铁路下顶进了一根内径600mm的铸铁管，顶距只在6米。欧洲发达国家最早开发应用顶管法，1950年前后，英、德、日等国家相继采用。

顶管施工主要用于地下进水管、排水管、煤气管、电讯电缆管的施工。它不需要开挖面层，并且能够穿越公路、铁道、河川、地面建筑物、地下构筑物以及各种地下管线等，是一种非开挖的敷设地下管道的施工方法。

一随着时间的推移，顶管技术也与时俱进地得到迅速发展。主要体现在以下方面：

（1）一次连续顶进的距离：越来越长；（2）顶管直径：向大小直径两个方向发展；（3）管材：钢筋混凝土管、钢管、玻璃钢顶管；（4）挖掘技术：机械化程度越来越高；（5）顶管线路的曲直度：曲线形状越来越复杂，曲率半径越来越小。

1.1顶管施工的基本原理

先在工作坑内设置支座和安装液压千斤顶，借助主顶油缸及管道间中继间等的推力，把工具管或掘进机从工作坑内穿过土层一直推到接收坑内吊起，与此同时，紧随工具管或掘进机后面，将预制的管段顶入地层。边顶进，边开挖地层，边将管段接长的管道埋设方法。

1.2顶管施工的分类

（1）按所顶进的管子口径大小分：

大口径、中口径、小口径和微型顶管四种。大口径多指Ф2m以上的顶管。中口径顶管的管径多为1.2～1.8m，大多数顶管为中口径顶管。小口径顶管直径为500～1000mm，微型顶管的直径在400mm以下，最小的有75mm。

（2）按一次顶进的长度:

普通距离顶管和长距离顶管。可把500m以上的顶管称为长距离顶管。

（3）按顶管机的类型分：

手掘式人工顶管、挤压顶管、水射流顶管和机械顶管（泥水式、泥浆式、土压式、岩石式）。

（4）按管材分：钢筋混凝土顶管、钢管顶管、其他管材的顶管。

（5）按顶进管子轨迹的曲直分：直线顶管和曲线顶管。

（6）按掘进的断面分：圆形、矩形、异形断面

1.3 顶管法施工的优越性

顶管法是使用得最早的一种非开挖施工方法，具有以下五个优点：

(1)可以穿越障碍物

顶管法施工可以穿越铁路、公路、河流和密集建筑群，可以在城市中心和管线密集的道路下施工；

(2)节能环保、绿色施工程度比明挖施工高

顶管施工可以减少噪音和振动，减少对附近环境干扰，节能环保，大大的提高了绿色施工程度；

(3)对交通的干扰小，无需隔断交通

采用顶管施工，开挖部分仅为工作坑和接收坑，土方量较小，对交通干扰小，无需隔断交通；

(4)控制精度高，地面影响小

顶管法施工竖直和水平向都有纠偏千斤顶控制，能够准确到达预定位置，施工过程中对地面沉隆影响很小，环境效应很好；

(5)工期比明挖施工短

顶管施工不需要土方回填，管节是预制品，大大缩减了施工工期，提高经济效益和社会效益。

1.5盾构法和顶管法的主要异同点

相同点：

（1）二者都属于暗挖法施工，为地下工程的主要施工方法。（2）二者都要开挖工作基坑（工作井和接收井）。（3）二者工作面的开挖方法，出、进洞施工技术基本相似。（4）二者都要注意接缝防水处理、地表沉降控制、周边环境保护等问题，都要进行注压浆。

二矩形顶管机简介

矩型顶管机外型尺寸：长：宽：高＝5.5m：6.04m：4.32m

2.1 顶进系统

1、主顶系统装置由：后座垫铁、导轨、千斤顶及千斤顶支架、后座泵站组成其作用是完成管道的推进。

主顶液压站：功率22kw×2；泵流量64L/min×2；最高压力：31.5Mpa

总主顶顶力：200t×14＝2800t 总顶进行程：1800mm

顶进速度：20mm～50mm/min

2、后靠背设计：选用装配式后垫铁。后垫铁用20mm厚钢板焊成纵横加劲肋的箱形体，为顶管的反力提供一个垂直的受力面，每个千斤顶受力面焊一块500×500mm的30mm厚的钢板，使箱体受力更均匀。

后垫铁安装无误后，在后垫铁与工作井后墙空隙间填充浇注水泥砂浆，以使井壁受力均匀，不受破坏。

2.2刀盘

1、刀盘尺寸：刀盘为2.5*3.5m矩形面板，

2、刀盘上面布有两种齿具，用高强度合金材料制成：球面齿和平面十字齿，球面齿比平面十字齿高出约2cm

3、转向：两刀盘正常运转只能相互相反转动，不能同时按相同转向运转。当顶管机出现扭转时才能选择性相同方向转动。

4、刀盘摆式转动：全断面切削；

5、刀盘底部有3块刮泥板（黑色部分），底部与机外壳底平齐。工作时可将刀盘底部泥块刮走。

6、刀盘的动力系统；矩型顶管机总功率：240Kw；每个刀盘由4个30Kw 电机带动，刀盘转速4.5转/min。

7、曲轴驱动：每个刀盘4个曲轴联动

2.3泥水系统：

泥水循环过程：净泥浆→泥浆池→进浆泵→进浆管→机内旁通→顶管机泥水仓（渣土与清泥浆充分混合成浓泥浆）→排浆管→排浆泵→泥水处理器→净泥浆循环使用→砂土运走。

1、本机为泥水平衡施工：顶管机排渣土采用2套泥水循环系统同时排渣土。

进浆泵：37Kw/台，共2台；排浆泵；45 Kw/台，共2台；进排泥浆管：Φ150mm

2、泥水循环排渣的机内旁通工作原理

3、两台“黑旋风”泥水分离器：将泥浆过滤处理，泥浆可循环使用。

4、泥浆指标：根据在此地层顶进的经验，泥浆指标控制切削面土体稳定措施

泥浆比重：

a 进浆1.05-1.10；

b 排浆1.20-1.25

泥浆粘度：25s～28s

2.4测量导向系统

1、测量系统：由激光经纬仪、测量靶和监示器组成。

2、作用：监示顶管施工过程中顶管机推进的轴线偏差。

3、安装调试：顶管机安放在工作井内的道轨上，调整测量靶中心与管道中心线基本一致，与管道中心线垂直。

4、激光点在测量靶向右移动，表明机头往左侧偏移。机头偏移方向与激光点相反，激光点持续移动时，当偏移量20mm/1000mm必须起动纠偏。

2.5纠偏抗扭系统

顶管机要按设计要求的轴线、坡度进行顶进。主要是顶进机头部测量与纠偏的相互配合。

1、主千斤顶纠编

可通过14个主千斤顶上下或左右组合，实现对顶管机姿态的纠编，但由于顶铁的原因，纠偏的范围有限。