泥水平衡顶管
一、顶管施工
顶管施工是继顶管施工之后而发展起来的一种地下管道施工方法，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。顶管施工借助于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井内穿过土层一直推到接收井内吊起。与此同时，也就把紧随工具管或掘进机后的管道埋设在两井之间，以期实现非开挖敷设地下管道的施工方法。
顶管技术常用于市政施工的非开挖掘进式管道铺设，随着国内基建的发展，尤其是地下空间工程、隧道下穿等工程需求，越来越多的顶管技术应用于高速、地铁、铁路、引水等领域。优点在于不影响周围环境或者影响较小，施工场地小，噪音小。而且能够深入地下作业，这是开挖埋管无法比拟的优点。但是顶管技术也有缺点，施工时间较长，工程造价高等。
二、顶管分类
1、按施工工艺划分
按施工工艺顶管主要可分为土压平衡顶管、泥水平衡顶管;
2、按工具管形状划分
按工具管形状可分为圆形顶管、矩形顶管和异形顶管等。其中异形顶管尺寸较大，常用于箱涵顶进。
(1) 矩形顶管
(2) 圆形顶管
3、按工具管材料划分
按工具管材料间顶管分为水泥管和钢管两类，其中水泥管常用于污水排放，或者形成较大直径通道，通道内安装给水、通信、电缆等；钢管常用于压力介质的输送管道、隧道工程下穿的需要较强承载能力的管幕超前支护等领域。
三、土压平衡顶管
1、土压平衡原理
土压平衡则是指在顶管施工中，顶管前方施加等同于土壤压力的工作面压力来平衡土壤的作用力，通过推进机械的反作用力和土体自身的稳定性，从而使顶管安全、顺利地完成穿越地下的施工工作。
土压平衡常用的切削方式由人工挖掘、小型机械挖掘、刀盘切削绞龙排渣和螺旋出土等。
2、主要施工管径
(1) 水泥管(mm)
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序号 |
砼管型号 |
顶管机外径 |
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1 |
DN800 |
Φ980 |
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2 |
DN1000 |
φ1280 |
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3 |
DN1200 |
φ1460 |
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4 |
DN1350 |
φ1640 |
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5 |
DN1400 |
φ1700 |
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6 |
DN1500 |
Φ1820 |
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7 |
DN1600 |
Φ1940 |
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8 |
DN1800 |
Φ2180 |
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9 |
DN2000 |
Φ2420 |
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10 |
DN2200 |
Φ2670 |
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11 |
DN2400 |
Φ2910 |
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12 |
DN2600 |
Φ3150 |
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13 |
DN2800 |
Φ3390 |
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14 |
DN3000 |
Φ3630 |
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15 |
DN3200 |
Φ3860 |
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16 |
DN3500 |
Φ4130 |
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17 |
DN4000 |
Φ4830 |
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备注：顶管机根据水泥管参数确定，本数据参考徐工集团顶管机型号。 |
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(2) 钢管(mm)
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序号 |
钢管型号 |
顶管机外径(回收/接收) |
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1 |
φ245 |
Φ215 |
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2 |
φ299 |
Φ270 |
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3 |
φ325 |
Φ300 |
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4 |
φ402 |
Φ370 |
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5 |
φ426 |
Φ390 |
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6 |
φ508 |
Φ480 |
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7 |
φ600 |
Φ560/610 |
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8 |
φ630 |
Φ600/650 |
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9 |
φ720 |
Φ680/735 |
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10 |
φ800 |
Φ770/820 |
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11 |
φ900 |
Φ870/925 |
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12 |
φ970 |
Φ945/1000 |
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13 |
φ1000 |
Φ970/1020 |
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14 |
φ1200 |
Φ1170/1220 |
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15 |
φ1300 |
Φ1270/Φ1330 |
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16 |
φ1400 |
Φ1370/Φ1430 |
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17 |
φ1500 |
Φ1470/Φ1540 |
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18 |
φ1600 |
Φ1570/Φ1650 |
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19 |
φ1800 |
Φ1760/Φ1850 |
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20 |
φ2000 |
Φ1950/Φ2050 |
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备注：顶管机根据钢管外径确定，本数据适用于可回收和可接受两种状态。 |
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3、主要施工工序
(1) 施工准备：测量放线，施工方案，技术参数，设备选型，基坑开挖等
(2) 安装调试：顶管设备安装及参数调试，设备试运行，各项配套连接；
(3) 顶进施工：破洞门，顶进入土，掘进挖土、测量复核，纠偏调整以及循环安装工具管；
(4) 顶进完成：机头出洞门，管外补注浆、参数检查验收，必要时管内填充封闭。
4、顶管设备
螺旋出土顶管
土压平衡顶管
四、泥水平衡顶管
1、泥水平衡原理
泥水平衡顶管通过改变泥水仓的送、排泥水量和顶进速度来控制排土量，使泥水仓内的泥水压力值稳定并控制在所设定的范围之内，从而达到开挖面的稳定。
泥水平衡顶管压力平衡原理的核心是控制泥浆的压力。在顶管机施工过程中，泥浆被注入到顶管机前后腔之间，形成一个封闭的环境。通过控制泥浆的注入速度和排出速度，可以控制泥浆的压力，从而实现前后腔的压力平衡。当顶管机前后腔的压力差较大时，可以增加泥浆的注入速度，提高泥浆的压力，使前后腔的压力趋于平衡；当顶管机前后腔的压力差较小时，可以减小泥浆的注入速度，降低泥浆的压力，保持前后腔的压力平衡。
泥水平衡顶管压力平衡原理在地铁、隧道等地下工程以及河道、湖泊等水域工程的施工中有着广泛的应用。通过采用泥水平衡顶管压力平衡原理，可以有效地控制顶管机前后腔的压力差，减小地层的沉降和地表的变形，保证工程的安全和顺利进行。
2、主要施工钢管管径
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序号 |
钢管型号 |
顶管机外径(回收/接收) |
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1 |
φ426 |
Φ450 |
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2 |
φ500 |
Φ520 |
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3 |
φ600 |
Φ620 |
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4 |
φ720 |
Φ750 |
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5 |
φ800 |
Φ750/820 |
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6 |
φ900 |
Φ870/930 |
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7 |
φ970 |
Φ940/1000 |
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8 |
φ1000 |
Φ960/ 1030 |
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9 |
φ1100 |
Φ1070/1130 |
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10 |
φ1200 |
Φ1160/1230 |
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11 |
φ1300 |
Φ1260/1330 |
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12 |
φ1400 |
Φ1360/1450 |
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13 |
φ1500 |
Φ1460/1550 |
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14 |
φ1600 |
Φ1560/1650 |
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15 |
φ1800 |
Φ1750/Φ1850 |
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16 |
φ2000 |
Φ1950/Φ2050 |
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17 |
φ2200 |
Φ2150/Φ2260 |
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18 |
φ2500 |
Φ2450/Φ2560 |
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备注：顶管机根据钢管外径确定，本数据适用于可回收和可接受两种状态。 |
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3、其他主要辅助
(1) 触变泥浆减阻：通过在管壁外压注触变泥浆，形成一定厚度的泥浆套，使顶管在泥浆套中顶进，以减少阻力。
(2) 中继间接力顶进：中继间接力顶进，也就是在管道中间设置中继环，分段克服摩擦阻力，从而解决顶力不足的问题。 中继间的千斤顶组在高压油路的作用下，以其后管道为后座支承点，将其前段管道向前推进，采用这种方法，将管道分段逐次推进，从而实现长距离顶管。。
(3)长距离制导：通过激光导向，计算机指导纠偏，确保顶进线路与高程准确。
4、施工工艺流程
5、主要施工工序
(1) 施工准备：施工方案，顶进基坑，反力墙、泥浆池、触变泥浆、中继间、设备选型及配套、进出洞门注浆加固等；
(2) 安装调试：设备安装，轴线位置、套拱、洞门止水，平台及管道连接调试等；
(3) 施工顶进：破除洞门，防护措施、顶进旋转入土，触变泥浆、测量复核，纠偏调整以及循环安装工具管；
(4) 顶进完成：接收端防护、机头出洞门，管外补注浆、参数检查验收，必要时管内填充封闭。
6、施工设备
φ2.5m泥水平衡
φ1.0m可回收泥水平衡
泥浆分离器