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顶管施工方案

顶管施工：方法和工艺选择？

顶管施工方法

1、开放式顶管：

当工作面土层的物理力学性质良好且土层处于稳定状态时，操作时不会出现塌方现象，能直接挖土，且工作面开敞。

2、机械式顶管机：

适用于岩层，硬土层和整体稳定性较好的土层，工作效率比较高。

3、挤压式顶管机：

适用于淤泥质土，流塑性土质，而且要求覆土深度比较深。点我：工程实用资料大全

4、人工挖掘顶管机：

适用于地基强度较高的土层，也有在软土中应用的，前提采用注浆改善土质，或在工具管前加网格，以稳定挖掘面，最大特点是适应地下障碍物较多且较大的条件，可排除障碍的可能性最大最好。

泥水加压平衡基本原理

清水和泥水性质区别图

机械顶管施工选择：

泥水平衡式基本原理：

优点：
适用于各种不同的土质情况，扰动较小，地层损失小，产生的地表面变形小，同时顶进时总顶力较小。

缺点：
弃土的运输和存放均较困难，如采用泥浆运输，用水量较大，成本较高。
作业所需场地大，设备复杂成本较高，如遇上顶管的超浅埋土层或遇上渗透系数特别大的砾砂，卵石层施工作业往往受阻。

掘进机械

1、具有浮动切削刀盘的泥水平衡顶管掘进机

当刀盘前土压力过小时就前伸，当刀盘前土压力过大时就往后退，前伸时应加快推进速度，后退时应减慢推进速度，这样就可以使刀盘前的土压力控制在设定范围内，用机械来平衡土压力。

机头主轴扎碎装置

2、具有破碎功能的泥水平衡顶管进机

适用口径从600到2400，口径越小能破碎的砾石的粒径也越小，通长600的能破碎粒径为100mm的砾石，2400的能破碎500mm的砾石，有的机头破碎粒径可达顶管口径的40%~50%。

3、气压式泥水平衡顶管掘进机

适用于大直径顶管工程，通过调节供给的压缩空气的压力大小，实施调节泥水舱内压力的高低，可精确到0.1KPa。

特点：平衡比较彻底，施工后地面沉降极小。

气压式泥水平衡顶管掘进机结构构造

4、浓泥水平衡顶管掘进机

比普通泥水式掘进机适用的泥水相对密度要高很多，接近泥浆，为使浓泥水的流动性更好，需在浓泥水中加入许多添加剂( 仍归属在泥水式顶管范畴，浓泥水的相对密度接近泥浆，其流动性比泥浆要好得多)。

特别适用于卵石层地质(渗透性特别大的卵石层)，不需对卵石进行破碎，可排出卵石的粒径可达管径的1/3。

与其他泥水式顶管比较，采用浓泥水式顶管的推力要低很多，尤其在沙砾土中表现更加明显，非常适用于长距离顶管和曲线顶管。

土压平衡式

工艺原理：

根据土压平衡的基本原理，利用顶管机的刀盘切削和支承机内土压舱的正面土体，抵抗开挖面的水，土压力以达到稳定的目的。
以顶管机的顶速即切削量为常量，螺旋输送机转速即排土量为变量进行控制土压舱内的水，土压力与切削面的水土压力保持平衡。

分类：泥土式，泥浆式，混合式。

泥浆式：指排出含水量相当大的弃土(可能是地下水丰富,也可能是人为的加入添加剂造成的)。

优点：适用的土质范围广，从软黏土到砂砾土都能适用，是一种全土质的顶管掘进机，能保持挖掘面稳定，地面变形极小，施工时的覆土可很浅，是其他形式的顶管机无法做到的(覆土太浅时，手掘式顶管地面易塌陷，泥水式和气压式顶管则易冒顶和跑气)。弃土运输处理方便，作业环境好。

缺点：在砂砾层和粘粒含量少的砂层中施工时，必须采用添加剂改良土体。

掘进机：多刀盘土压平衡顶管掘进机、DK式土压平衡顶管掘进机、中心螺旋式顶管掘进机、切削密封土压式掘进机。

气压平衡式：
与泥水平衡式的最大区别在于，气压平衡式顶管机通过一个隔板将破碎室分隔为两个区域，后面是压力室，以压力墙为界，在其上部可以形成一个压气区，平衡压力就是通过这一压气区作用于气水不平衡的工作面上。

全气压式：
挖掘面上和管道内所有工作人员都在气压条件下工作，整个顶管管道内都充满一定压力的压缩空气。
全气压顶管的工具管大多为手掘式，挖土的多用人工，工具管构造较简单。施工效率很低，仅为普通手掘式顶管的30%~50%，有钢制的气压舱也有混凝土管制的气压舱。

局部气压式：
压缩空气仅仅作用在挖掘面上，相对于全气压施工而言，操作人员在常压下工作。

钢制气压仓结构构造

混凝土管制承压气仓

局部气压式半机械顶管机

气压施工的特殊要求

1、对土质的要求：
渗透系数大于1X10-2cm/s的砂砾层中，因透气性大，且地下水多，漏气很利害，不宜采用。

2、对环境的要求：
设备多，占地较大，空压机噪音很大，不宜在居民密集区材采用。

3、对作业人员的要求：
必须是进过训练的专业人员，身强力壮。

优点：
平衡压力的调节和排泥系统的排量是截然分开的，互不干扰，可更准确的调节平衡压力，特别是非均匀地层中施工。

缺点：
造成的地面沉降较大,因为气压在疏干地下水过程中，会造成土体的压密沉降，另外顶进过程中又会对土体产生扰动沉降。

全气压式设备复杂，要求可靠性高，劳动强度大，对作业人员身体健康有特殊要求，除了为排除机械故障和为清除顶进中的障碍外很少采用全气压式。

顶管施工井

机械顶管施工井
人工顶管施工井

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