【正文】 具有雙重自動(dòng)平衡作用的頂管機(jī)頭。是目前最適合在水下、粘土、粉質(zhì)粘土地層頂進(jìn)，擾動(dòng)土層最小的機(jī)種。在穿越江河、道路、流砂、淤泥等復(fù)雜工況的頂進(jìn)施工中，無需輔助施工措施，可節(jié)約大筆城市建筑物和地下管線的防護(hù)費(fèi)用。該型號(hào)機(jī)頭，人員在地面上操作，即可直接判斷機(jī)頭運(yùn)行情況，機(jī)頭內(nèi)的各種儀表，表示器能準(zhǔn)確直觀地反映刀盤的土壓力、扭矩、切土口大小、偏差量、糾偏量、機(jī)頭軸線的水平夾角等參數(shù)，配以按按鈕式開關(guān)、全液壓操縱系統(tǒng)，使機(jī)頭控制方便易行。機(jī)頭的挖掘、觀察激光靶、分析機(jī)頭偏差趨勢(shì)、糾偏、控制地面沉降等關(guān)鍵作業(yè)，均由機(jī)頭操作工程師完成，與其他人員關(guān)系較小，屬中央控制型，容易保證頂管質(zhì)量。（3）主要配套設(shè)備的組成及功能簡(jiǎn)述①主頂系統(tǒng)由2 中國(guó)人民2000Kn 的油缸、油缸支架及主頂液壓控制臺(tái)組成，總頂力4000kN,，無極調(diào)速并顯示即時(shí)頂速。啟動(dòng)和停止由電氣系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)控制。②泥水系統(tǒng)以一定水壓，流量的水流，稀釋、攪拌泥水倉中的泥漿，并將泥漿帶至地面沉淀池，該水池的水壓比地下水略高，以確保切削面土層無水土流失。水壓在225m 范圍內(nèi)可預(yù)調(diào)，管道、閥門及泵均勻Dg100mm系統(tǒng)。③電氣控制系統(tǒng)供應(yīng)全部設(shè)備的電能，控制、監(jiān)視設(shè)備的的頂速、壓力、流量等工況，與頂管機(jī)頭操作員通話，除機(jī)頭外的所有設(shè)備均由電液控制臺(tái)完成操作。④觸變泥漿系統(tǒng)長(zhǎng)距離頂管施工中，采用泥漿減阻技術(shù)可有效降低管外壁與土體的摩阻力，大大提高頂管工作效率。壓漿泵采用無壓力脈動(dòng)的奈莫型螺桿泵， 無級(jí)變速調(diào)整壓力、流量。閥門、管路均為Dg32系統(tǒng)。⑤中繼接力環(huán)一般安置在頂力接近許用頂力的60%——80%的管節(jié)后，中繼接力環(huán)的采用，使頂管工程的一次頂進(jìn)長(zhǎng)度不受限制，中繼接力環(huán)在長(zhǎng)距離頂管中是除頂管掘進(jìn)機(jī)外最關(guān)鍵的設(shè)備。中繼環(huán)采用兩段無鉸的殼體形式，前后殼體間安置兩道D 型橡膠止水閥，防止環(huán)外泥水滲入。頂力可達(dá)4000kN，各中繼環(huán)由電氣裝置順序控制其開啟、停止，整個(gè)系統(tǒng)可控制10 套中繼環(huán)，保證500m 頂程的聯(lián)動(dòng)操作。(略)⑥通信系統(tǒng)通信系統(tǒng)主要是地面與管道的通信，該系統(tǒng)由一部20 路的普通電話交換機(jī)和普通電話組成，采用普通市網(wǎng)電話的供電和脈沖方式工作，接入市話網(wǎng)即可與合肥市市話聯(lián)網(wǎng)通話。該分機(jī)系統(tǒng)即可在分機(jī)內(nèi)部進(jìn)行互不干擾的通信，又可在主機(jī)的控制下與各分機(jī)同時(shí)通話。該系統(tǒng)的各部電話安裝在機(jī)頭、中繼間、地面控制間內(nèi)。⑦承力鋼構(gòu)件承力鋼構(gòu)件包括：基坑導(dǎo)軌、頂鐵、承壓壁等以下分別敘述。A、基坑導(dǎo)軌基坑導(dǎo)軌是安裝在工作坑內(nèi)為管子出洞時(shí)提供一個(gè)基準(zhǔn)的設(shè)備，頂管施工中常常有出洞正常了，頂管施工的一半就正常了的說法，尤其是鋼管頂進(jìn)時(shí)，鋼管的剛笥大、糾偏不易，出洞自然就必須更加謹(jǐn)慎，而且導(dǎo)軌在鋼管頂進(jìn)施工時(shí)，管節(jié)還需在導(dǎo)軌的支撐下進(jìn)行施焊對(duì)接，可見導(dǎo)軌之重要。為保證鋼管頂進(jìn)時(shí)不將管道的外防腐磨損，頂進(jìn)鋼管時(shí)的導(dǎo)軌必須使用滾輪支架。導(dǎo)軌本身必須具備堅(jiān)固、挺直，管節(jié)壓上去及頂進(jìn)受力時(shí)不變形等特性。鋼管頂進(jìn)考慮管節(jié)擱在導(dǎo)軌上的圓心角在600 左右。管節(jié)一般支撐在滾輪上。鋼管管節(jié)需要在井底焊接成為管道，因此支撐點(diǎn)應(yīng)留出焊接位置，支撐點(diǎn)距地面應(yīng)有7580cm 焊接空間。B、頂鐵頂鐵可分成環(huán)形頂鐵和中間頂鐵兩類。環(huán)形頂鐵通常是一個(gè)內(nèi)徑較小、外徑與鋼管相同的，有一定厚度的鋼結(jié)構(gòu)件，主要作用是把兩只主頂油缸的兩個(gè)點(diǎn)的推力，分布在被頂鋼管的圓周上，使鋼管受力均勻并保護(hù)管節(jié)的端面。中間頂鐵是由于通常需頂進(jìn)管節(jié)的長(zhǎng)度大于主千斤頂?shù)纳斐鲩L(zhǎng)度，主千斤頂頂進(jìn)伸出完畢后縮回，加上中間頂鐵后方可繼續(xù)推進(jìn)至能夠?qū)酉乱还芄?jié)的長(zhǎng)度，起延伸主千斤頂推力的作用，同時(shí)也將幾個(gè)點(diǎn)的主推力傳向環(huán)形頂鐵。由于頂管掘進(jìn)機(jī)使用泥水法輸送挖掘面土壤，故中間頂鐵應(yīng)選用馬蹄形形式。C、承壓壁承壓壁是指工作井后部，安裝在沉井后座墻與主千斤頂之間的鋼結(jié)構(gòu)件。它的作用是主千斤頂產(chǎn)生的集中在幾個(gè)點(diǎn)上的巨大推力的反力，均勻地分布在沉井的后座墻上，因此承壓壁必須有足夠的剛度。它通常采用整體的結(jié)構(gòu)。 頂進(jìn)施工工工藝在工作井內(nèi)的頂進(jìn)軸線后方，按需要對(duì)稱布置若干只主千斤頂，將需敷設(shè)的管節(jié)，放在千斤頂前面的導(dǎo)軌上，主千斤頂推進(jìn)時(shí)，以機(jī)頭開路將管節(jié)壓入土中，與頂進(jìn)相配合，刀盤將切入泥倉的土體攪拌成泥漿后，通過管道送出井外。一根管節(jié)被壓入土中后，吊入下一管節(jié)連接，繼續(xù)頂進(jìn)，反復(fù)循環(huán)頂進(jìn)至預(yù)定長(zhǎng)度，管道敷設(shè)完成，頂管施工工藝原理圖如下圖所示。 頂進(jìn)施工工藝原理圖(略)（2）頂進(jìn)施工分設(shè)備安裝和頂進(jìn)作業(yè)兩部分。①設(shè)備安裝：整套頂管機(jī)械由頂管機(jī)頭（含、糾偏系統(tǒng)）、主千斤頂系統(tǒng)、進(jìn)排泥系統(tǒng)、觸變泥漿系統(tǒng)、承力鋼構(gòu)件組成。安裝分井內(nèi)、井外兩部分。設(shè)備安裝工藝流程框圖如下圖示放樣安裝洞口止水圈安裝滾輪支架安裝后靠背機(jī)頭吊裝就位安裝操縱臺(tái)、控制柜、主千斤頂油泵安裝激光經(jīng)緯儀接通電路、油路選水源、砌泥漿池安裝注漿泵安裝注入泥漿管路試車②頂進(jìn)施工作業(yè)流程：工作井至大堤邊的頂進(jìn)施工工藝流程框圖如下圖示：頂管施工準(zhǔn)備機(jī)頭進(jìn)洞入泥頂進(jìn)吊下管節(jié)、焊接頂進(jìn)、測(cè)量、記錄、糾編頂完一節(jié)最后一節(jié)竣工測(cè)量水下切割機(jī)頭結(jié)束安裝中繼間？接中繼間NONOYES取水泵房至工作井段頂管重復(fù)上述操作，管道機(jī)頭從取頭泵房頂進(jìn)工作井，機(jī)頭直接從工作井內(nèi)吊出。（3）正常頂進(jìn)施工的技術(shù)措施①頂進(jìn)前準(zhǔn)備階段a、在指定的工作區(qū)域內(nèi)，合理布置施工場(chǎng)地，安排好出土運(yùn)輸、起重機(jī)、注漿系統(tǒng)的位置。b、管節(jié)堆放處應(yīng)事先清理平整，管節(jié)堆碼應(yīng)排列整齊，在堆放管節(jié)時(shí)須用專用吊具，吊放運(yùn)作應(yīng)平穩(wěn)，就位后立即用三角木墊實(shí)。c、每批管節(jié)到工地后，應(yīng)會(huì)同工程師或其代表逐節(jié)檢查管節(jié)質(zhì)量。管口圓度、端面平行度、垂直度；管內(nèi)、外防腐情況。對(duì)質(zhì)量有問題的管節(jié)做好標(biāo)記，通知廠方及時(shí)更換。②頂管設(shè)備就位、安裝、調(diào)試a、安裝導(dǎo)軌鋼管頂管必須使用裝配式滾輪支架作為導(dǎo)軌，導(dǎo)軌安放在混凝土基礎(chǔ)面上，導(dǎo)軌定位安裝后必須穩(wěn)固，標(biāo)高、位置正確，在頂進(jìn)中承受各種負(fù)載時(shí)不移位，不變形，不沉降。導(dǎo)軌安放前，應(yīng)先復(fù)核管道中心位置。滾輪與管道接觸位置的平行度、等高等參數(shù)由制作時(shí)保證，但在安裝時(shí)必須復(fù)核。滾輪接觸鋼管位置的標(biāo)高應(yīng)按管道設(shè)計(jì)標(biāo)高調(diào)整，在頂進(jìn)中應(yīng)經(jīng)常復(fù)核調(diào)整，確保頂進(jìn)軸線的精度。導(dǎo)軌設(shè)置坡度與設(shè)計(jì)軸線相同。頂進(jìn)工作坑的混凝土底面的標(biāo)高應(yīng)為溝底標(biāo)高減去滾輪支架的構(gòu)造高度（約780mm）和10mm 左右調(diào)整鋼板的厚度。本工程設(shè)計(jì)的管道標(biāo)高距井底板的標(biāo)高遠(yuǎn)大于所需的設(shè)計(jì)標(biāo)高，應(yīng)使用工字鋼制作支架支撐。導(dǎo)軌的兩條滾輪接觸線與管節(jié)中心的夾角應(yīng)為60176。，由制作和軌道調(diào)整共同保證。b、設(shè)置承壓壁（后靠背）承壓壁應(yīng)承受和分散傳遞全部頂力，必須具有足夠的強(qiáng)度和剛度，本工程承壓壁的設(shè)計(jì)的承壓能力為15000kN。工作井在作承壓壁時(shí)，為使承壓壁受力均勻，在承壓壁與井壁間澆筑找平的混凝土砂漿，砂漿強(qiáng)度宜在100左右。承壓壁的平面必須與頂進(jìn)軸線相垂直，在頂進(jìn)中隨時(shí)檢查，如有發(fā)現(xiàn)傾斜，則必須重新布置，以保證安全。c、安裝主頂設(shè)備主頂設(shè)備是指安裝在承壓壁前方，使頂管掘進(jìn)機(jī)和鋼管管節(jié)向軸線方向頂進(jìn)的加力組合裝置。千斤頂支架、組合式滾輪支架與主千斤頂、管節(jié)間的安裝關(guān)系如下圖示。頂進(jìn)時(shí)可在組合千斤頂架上安裝4 只主千斤頂。數(shù)臺(tái)千斤頂應(yīng)共同作用，規(guī)格一致，行程同步，每臺(tái)千斤頂?shù)氖褂脡毫Σ淮笥陬~定壓力，油路必須并聯(lián)，每臺(tái)千斤頂均備有獨(dú)立的控制閥，千斤頂伸出的最大行程應(yīng)小于油缸行程的10cm 左右。油泵站設(shè)置在距離主千斤頂?shù)慕?，油路安裝應(yīng)順直，減少轉(zhuǎn)角，接頭不漏油，油泵站應(yīng)在井口操作間內(nèi)工作。油泵的最大工作壓力不大于32MPa，應(yīng)檢查限壓閥、溢流閥和壓力表等指示保護(hù)裝置，安裝完畢后必須進(jìn)行試車，在頂進(jìn)中應(yīng)定時(shí)檢查維護(hù)。環(huán)形頂鐵外徑必須與管道直徑一致，利用環(huán)的外部推動(dòng)管節(jié)，為增加強(qiáng)度，剛度，可增加厚度和向內(nèi)徑方向的尺寸。馬蹄形頂鐵必須符合要求，剛度大，受力后不變形，相鄰面垂直，排列不扭曲，不脫焊，與導(dǎo)軌的接觸面必須平整。千斤頂布置及滾輪支架圖（略）d、頂管掘進(jìn)機(jī)的安裝頂管機(jī)的尺寸和結(jié)構(gòu)應(yīng)符合要求，在地面上對(duì)整機(jī)應(yīng)作詳細(xì)檢查。起重設(shè)備根據(jù)掘進(jìn)機(jī)重量選擇500kN 的汽車起重機(jī)，起吊前將鋼絲繩試放到井內(nèi)，確保鋼絲繩夠長(zhǎng)度。起吊中應(yīng)使用專用吊具，保證平穩(wěn)、緩慢、嚴(yán)禁沖擊、碰撞，并由專人指揮。掘進(jìn)機(jī)安放在導(dǎo)軌上后，測(cè)定前后端的中心方向偏差和相對(duì)高差，做好記錄。調(diào)整后應(yīng)使掘進(jìn)機(jī)機(jī)體與各組滾輪均接觸密實(shí)，滾輪的受力均勻。對(duì)掘進(jìn)機(jī)的電路、水路、油路、注漿管路和操縱設(shè)備進(jìn)行逐一連接，各部件連接牢固，無跑、冒、滴、漏現(xiàn)象，對(duì)各部分分別調(diào)試并進(jìn)行全面的試運(yùn)行。③頂管出沿口密封的技術(shù)措施頂管過程中，管子從工作井出洞時(shí)，管道外壁與洞口之間都必須預(yù)留一定的間隙。如果該間隙不能夠采取有效的密封措施，地下水和泥沙就會(huì)從該間隙中流到工作井中。本工程中管道埋深10m 左右，地下水豐富且受長(zhǎng)江水補(bǔ)給、卵礫石土體在強(qiáng)大的土壓、水壓作用下將會(huì)自預(yù)留的間隙中噴出，洞口處理措施不得當(dāng)勢(shì)必會(huì)發(fā)生事故，因此必須有可靠的技術(shù)措施。a、洞口止水圈的設(shè)計(jì)本工程管道埋深大、土層的滲透系數(shù)大，因此管道在頂進(jìn)時(shí)洞口的密封必須可靠。在洞口密封構(gòu)造上，采用密封橡膠圈加可充氣應(yīng)急膠圈的雙層密封結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是：頂管過程中充氣密封圈是不工作的，如果主橡膠密封圈因磨擦損壞導(dǎo)致密封失效，高壓地下水涌入井內(nèi)的危急情況下，使用打氣泵給充氣應(yīng)急膠圈充氣，及時(shí)控制漏水，在安全狀態(tài)下處理或更換新密封圈。出洞口密封示意圖如下圖示：（略）洞口密封圈對(duì)橡膠的質(zhì)量要求均很高，具體技術(shù)指標(biāo)見下表：密封圈物理性能項(xiàng)目單位指標(biāo)硬度（邵爾氏）度50177。5抗張強(qiáng)度MPa≥14扯斷伸長(zhǎng)率%≥450壓縮永久變形%≤20接頭扯斷強(qiáng)度MPa≥10b、洞口加固措施本工程出洞口位于地下10m，地層為液泥粉質(zhì)粘土與粉細(xì)砂互層，滲透系數(shù)大，地下水豐富且受長(zhǎng)江水補(bǔ)給，地層難以成拱，這就給掘進(jìn)機(jī)出洞帶來了很大困難。仔細(xì)研究地層情況可以發(fā)現(xiàn)：該地層的滲透系數(shù)大，適宜采用壓密注漿的施工方法，對(duì)洞口的土體進(jìn)行膠結(jié)加固，只需采用水泥加超細(xì)粉煤灰的普通漿液，用試驗(yàn)法合理選擇配合比后，即可加固預(yù)定范圍的土體，使洞口處土體短時(shí)間能夠自立。具體施工方法為：在沉井施工時(shí)即將Dg50 的注漿預(yù)留管埋入井壁，注漿預(yù)留管的接近井外壁的一頭用軟木塞封堵，井內(nèi)壁的一頭用普通管堵封堵。注漿時(shí)將管堵找出擰下，使用Dg25 的注漿管連同“錐帽”、與Dg50 管子的密封裝置一起安裝， 再稍稍后拔，使“錐帽”與首節(jié)注漿管脫開， 的壓力由注漿管的頭部擠出，壓力土中固化。漿液注入一定量（計(jì)算值）后，再次壓注反復(fù)循環(huán)至最后拔出。注漿順序是由中心向四周進(jìn)行。注漿也可以按正常加固土體的方式，由上面直接用鉆機(jī)打孔壓密注漿，無論何種施工方法，加固土體的范圍都是：高寬深=555m。c、掘進(jìn)機(jī)出洞時(shí)防止回退的措施本工程覆土深，地下水壓力大，出洞初期還必須防止掘進(jìn)機(jī)及前幾米管節(jié)往后退的情況發(fā)生，這種情況是全封閉掘進(jìn)機(jī)的挖掘斷面上承受地下水壓力及主動(dòng)土壓力造成的，這時(shí)地下水壓力、主動(dòng)土壓力之和大于鋼管的周邊摩阻力，當(dāng)主千斤頂?shù)耐屏Τ废缶蜻M(jìn)機(jī)就后退。這種情況發(fā)生后，掘進(jìn)機(jī)前方的土體會(huì)發(fā)生不規(guī)則的坍塌。在難以成拱的土層中，土體延滑裂面坍落，上部土體擾動(dòng)后土壓力變小，掘進(jìn)機(jī)再次頂進(jìn)時(shí)，將向偏向壓力較小的一側(cè)，極易向上爬高，洞口止方也不安全。經(jīng)驗(yàn)說膽頂管掘進(jìn)機(jī)在出洞時(shí)受到的地下水壓力遠(yuǎn)大于主動(dòng)土壓力， 的水頭壓力，計(jì)算可知掘進(jìn)機(jī)的向后退回的力量達(dá)908kN。按照管節(jié)外壁與土體磨擦力4KN/㎡計(jì)算，需頂入21m 管節(jié)的后退力才會(huì)被克服。由于鋼管管道連接、焊接時(shí)間達(dá)10 小時(shí)以上，因此出洞的臨時(shí)防退措施必須周密。本工程中水土壓力較大，應(yīng)使用鋼拉板直接焊接止退。④正常頂進(jìn)時(shí)的技術(shù)措施a、準(zhǔn)備好空壓機(jī)、風(fēng)鎬，鑿碎磚封門，將機(jī)頭頂入洞口后下設(shè)備段。連接油管，電纜及泥水管后頂進(jìn)。b、分析頂進(jìn)速度，頂力，機(jī)頭土倉內(nèi)的土體側(cè)壓力，刀盤扭矩等參數(shù)，頂進(jìn)速度應(yīng)根據(jù)機(jī)頭土倉內(nèi)土壓的大小確定，嚴(yán)格根據(jù)預(yù)定的土倉土壓，刀盤扭矩頂進(jìn)，禁止機(jī)頭超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)。c、頂進(jìn)中的測(cè)量和糾偏測(cè)量：將地面上的各點(diǎn)坐標(biāo)、高程引入井下后，頂進(jìn)管道水平、高程的編差均由激光經(jīng)緯儀測(cè)定，儀器固定在沉井的底板上，計(jì)算機(jī)控制的激光接收靶固定在機(jī)頭前端，坐標(biāo)中心在掘進(jìn)機(jī)的中軸線上。頂進(jìn)時(shí)激光經(jīng)緯儀常開啟，機(jī)頭操作人員通過觀察計(jì)算機(jī)顯示屏幕上的激光光斑移動(dòng)數(shù)據(jù)及頂進(jìn)的長(zhǎng)度，分析偏差發(fā)展趨勢(shì)，確定應(yīng)采取的糾偏方法。激光經(jīng)緯儀必須按規(guī)定的頂進(jìn)長(zhǎng)度或測(cè)量時(shí)間進(jìn)行高程、水平方向校正，高程方向也可使用連通器在頂進(jìn)中隨時(shí)校正。糾偏：鋼管頂管的糾偏分兩種情況。一是鋼管在初始頂進(jìn)時(shí)的糾偏；鋼管頂管與混凝土頂管的最大區(qū)別，在于鋼管的接頭是焊接的剛性大，混凝土管節(jié)的接口是柔性的，在頂進(jìn)中利用掘進(jìn)機(jī)容易糾偏。這些特點(diǎn)帶來了頂鋼管糾偏的利弊，有利的一面是，如果在頂進(jìn)初期就掌握好頂進(jìn)的方向，在以后頂進(jìn)管子時(shí)，就不易產(chǎn)生較大的偏差，可使管道頂進(jìn)順利，并且因?yàn)殇摴艿捻樦焙湍ψ柘禂?shù)小，阻力也較小。不利的方面是，如果頂進(jìn)初期沒能掌握好方向，管道就不容易糾正過來，如果糾的過猛，還會(huì)出現(xiàn)管子變形甚至接口脫焊等嚴(yán)重問題。因此鋼管的初期頂進(jìn)糾偏技術(shù)，在本次頂管是顯得尤其重要。初期頂進(jìn)時(shí)除在安裝導(dǎo)軌、出洞時(shí)應(yīng)嚴(yán)格注意外，鋼管在頂出洞口的515m 內(nèi)，利用鋼管剛性大的特點(diǎn)，使用主千斤頂施加偏心頂力的糾偏技術(shù)，是常用的方法。此時(shí)要十分嚴(yán)格地控制掘進(jìn)機(jī)出洞時(shí)的頂速，克服急躁情緒，頂速應(yīng)控制在1015mm/min 范圍內(nèi)，留出充足