【正文】 具有雙重自動平衡作用的頂管機頭。是目前最適合在水下、粘土、粉質粘土地層頂進，擾動土層最小的機種。在穿越江河、道路、流砂、淤泥等復雜工況的頂進施工中，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費用。該型號機頭，人員在地面上操作，即可直接判斷機頭運行情況，機頭內的各種儀表，表示器能準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、機頭軸線的水平夾角等參數，配以按按鈕式開關、全液壓操縱系統(tǒng)，使機頭控制方便易行。機頭的挖掘、觀察激光靶、分析機頭偏差趨勢、糾偏、控制地面沉降等關鍵作業(yè)，均由機頭操作工程師完成，與其他人員關系較小，屬中央控制型，容易保證頂管質量。（3）主要配套設備的組成及功能簡述①主頂系統(tǒng)由2 中國人民2000Kn 的油缸、油缸支架及主頂液壓控制臺組成，總頂力4000kN,，無極調速并顯示即時頂速。啟動和停止由電氣系統(tǒng)聯動控制。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 范圍內可預調，管道、閥門及泵均勻Dg100mm系統(tǒng)。③電氣控制系統(tǒng)供應全部設備的電能，控制、監(jiān)視設備的的頂速、壓力、流量等工況，與頂管機頭操作員通話，除機頭外的所有設備均由電液控制臺完成操作。④觸變泥漿系統(tǒng)長距離頂管施工中，采用泥漿減阻技術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的奈莫型螺桿泵， 無級變速調整壓力、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長度不受限制，中繼接力環(huán)在長距離頂管中是除頂管掘進機外最關鍵的設備。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4000kN，各中繼環(huán)由電氣裝置順序控制其開啟、停止，整個系統(tǒng)可控制10 套中繼環(huán)，保證500m 頂程的聯動操作。(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和普通電話組成，采用普通市網電話的供電和脈沖方式工作，接入市話網即可與合肥市市話聯網通話。該分機系統(tǒng)即可在分機內部進行互不干擾的通信，又可在主機的控制下與各分機同時通話。該系統(tǒng)的各部電話安裝在機頭、中繼間、地面控制間內。⑦承力鋼構件承力鋼構件包括：基坑導軌、頂鐵、承壓壁等以下分別敘述。A、基坑導軌基坑導軌是安裝在工作坑內為管子出洞時提供一個基準的設備，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，尤其是鋼管頂進時，鋼管的剛笥大、糾偏不易，出洞自然就必須更加謹慎，而且導軌在鋼管頂進施工時，管節(jié)還需在導軌的支撐下進行施焊對接，可見導軌之重要。為保證鋼管頂進時不將管道的外防腐磨損，頂進鋼管時的導軌必須使用滾輪支架。導軌本身必須具備堅固、挺直，管節(jié)壓上去及頂進受力時不變形等特性。鋼管頂進考慮管節(jié)擱在導軌上的圓心角在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，因此支撐點應留出焊接位置，支撐點距地面應有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)形頂鐵通常是一個內徑較小、外徑與鋼管相同的，有一定厚度的鋼結構件，主要作用是把兩只主頂油缸的兩個點的推力，分布在被頂鋼管的圓周上，使鋼管受力均勻并保護管節(jié)的端面。中間頂鐵是由于通常需頂進管節(jié)的長度大于主千斤頂的伸出長度，主千斤頂頂進伸出完畢后縮回，加上中間頂鐵后方可繼續(xù)推進至能夠對接下一管節(jié)的長度，起延伸主千斤頂推力的作用，同時也將幾個點的主推力傳向環(huán)形頂鐵。由于頂管掘進機使用泥水法輸送挖掘面土壤，故中間頂鐵應選用馬蹄形形式。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構件。它的作用是主千斤頂產生的集中在幾個點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構。 頂進施工工工藝在工作井內的頂進軸線后方，按需要對稱布置若干只主千斤頂，將需敷設的管節(jié)，放在千斤頂前面的導軌上，主千斤頂推進時，以機頭開路將管節(jié)壓入土中，與頂進相配合，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，反復循環(huán)頂進至預定長度，管道敷設完成，頂管施工工藝原理圖如下圖所示。 頂進施工工藝原理圖(略)（2）頂進施工分設備安裝和頂進作業(yè)兩部分。①設備安裝：整套頂管機械由頂管機頭（含、糾偏系統(tǒng)）、主千斤頂系統(tǒng)、進排泥系統(tǒng)、觸變泥漿系統(tǒng)、承力鋼構件組成。安裝分井內、井外兩部分。設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頭吊裝就位安裝操縱臺、控制柜、主千斤頂油泵安裝激光經緯儀接通電路、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頂進施工作業(yè)流程：工作井至大堤邊的頂進施工工藝流程框圖如下圖示：頂管施工準備機頭進洞入泥頂進吊下管節(jié)、焊接頂進、測量、記錄、糾編頂完一節(jié)最后一節(jié)竣工測量水下切割機頭結束安裝中繼間？接中繼間NONOYES取水泵房至工作井段頂管重復上述操作，管道機頭從取頭泵房頂進工作井，機頭直接從工作井內吊出。（3）正常頂進施工的技術措施①頂進前準備階段a、在指定的工作區(qū)域內，合理布置施工場地，安排好出土運輸、起重機、注漿系統(tǒng)的位置。b、管節(jié)堆放處應事先清理平整，管節(jié)堆碼應排列整齊，在堆放管節(jié)時須用專用吊具，吊放運作應平穩(wěn)，就位后立即用三角木墊實。c、每批管節(jié)到工地后，應會同工程師或其代表逐節(jié)檢查管節(jié)質量。管口圓度、端面平行度、垂直度；管內、外防腐情況。對質量有問題的管節(jié)做好標記，通知廠方及時更換。②頂管設備就位、安裝、調試a、安裝導軌鋼管頂管必須使用裝配式滾輪支架作為導軌，導軌安放在混凝土基礎面上，導軌定位安裝后必須穩(wěn)固，標高、位置正確，在頂進中承受各種負載時不移位，不變形，不沉降。導軌安放前，應先復核管道中心位置。滾輪與管道接觸位置的平行度、等高等參數由制作時保證，但在安裝時必須復核。滾輪接觸鋼管位置的標高應按管道設計標高調整，在頂進中應經常復核調整，確保頂進軸線的精度。導軌設置坡度與設計軸線相同。頂進工作坑的混凝土底面的標高應為溝底標高減去滾輪支架的構造高度（約780mm）和10mm 左右調整鋼板的厚度。本工程設計的管道標高距井底板的標高遠大于所需的設計標高，應使用工字鋼制作支架支撐。導軌的兩條滾輪接觸線與管節(jié)中心的夾角應為60176。，由制作和軌道調整共同保證。b、設置承壓壁（后靠背）承壓壁應承受和分散傳遞全部頂力，必須具有足夠的強度和剛度，本工程承壓壁的設計的承壓能力為15000kN。工作井在作承壓壁時，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，砂漿強度宜在100左右。承壓壁的平面必須與頂進軸線相垂直，在頂進中隨時檢查，如有發(fā)現傾斜，則必須重新布置，以保證安全。c、安裝主頂設備主頂設備是指安裝在承壓壁前方，使頂管掘進機和鋼管管節(jié)向軸線方向頂進的加力組合裝置。千斤頂支架、組合式滾輪支架與主千斤頂、管節(jié)間的安裝關系如下圖示。頂進時可在組合千斤頂架上安裝4 只主千斤頂。數臺千斤頂應共同作用，規(guī)格一致，行程同步，每臺千斤頂的使用壓力不大于額定壓力，油路必須并聯，每臺千斤頂均備有獨立的控制閥，千斤頂伸出的最大行程應小于油缸行程的10cm 左右。油泵站設置在距離主千斤頂的近處，油路安裝應順直，減少轉角，接頭不漏油，油泵站應在井口操作間內工作。油泵的最大工作壓力不大于32MPa，應檢查限壓閥、溢流閥和壓力表等指示保護裝置，安裝完畢后必須進行試車，在頂進中應定時檢查維護。環(huán)形頂鐵外徑必須與管道直徑一致，利用環(huán)的外部推動管節(jié)，為增加強度，剛度，可增加厚度和向內徑方向的尺寸。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、頂管掘進機的安裝頂管機的尺寸和結構應符合要求，在地面上對整機應作詳細檢查。起重設備根據掘進機重量選擇500kN 的汽車起重機，起吊前將鋼絲繩試放到井內，確保鋼絲繩夠長度。起吊中應使用專用吊具，保證平穩(wěn)、緩慢、嚴禁沖擊、碰撞，并由專人指揮。掘進機安放在導軌上后，測定前后端的中心方向偏差和相對高差，做好記錄。調整后應使掘進機機體與各組滾輪均接觸密實，滾輪的受力均勻。對掘進機的電路、水路、油路、注漿管路和操縱設備進行逐一連接，各部件連接牢固，無跑、冒、滴、漏現象，對各部分分別調試并進行全面的試運行。③頂管出沿口密封的技術措施頂管過程中，管子從工作井出洞時，管道外壁與洞口之間都必須預留一定的間隙。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，地下水豐富且受長江水補給、卵礫石土體在強大的土壓、水壓作用下將會自預留的間隙中噴出，洞口處理措施不得當勢必會發(fā)生事故，因此必須有可靠的技術措施。a、洞口止水圈的設計本工程管道埋深大、土層的滲透系數大，因此管道在頂進時洞口的密封必須可靠。在洞口密封構造上，采用密封橡膠圈加可充氣應急膠圈的雙層密封結構，該結構的特點是：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致密封失效，高壓地下水涌入井內的危急情況下，使用打氣泵給充氣應急膠圈充氣，及時控制漏水，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）洞口密封圈對橡膠的質量要求均很高，具體技術指標見下表：密封圈物理性能項目單位指標硬度（邵爾氏）度50177。5抗張強度MPa≥14扯斷伸長率%≥450壓縮永久變形%≤20接頭扯斷強度MPa≥10b、洞口加固措施本工程出洞口位于地下10m，地層為液泥粉質粘土與粉細砂互層，滲透系數大，地下水豐富且受長江水補給，地層難以成拱，這就給掘進機出洞帶來了很大困難。仔細研究地層情況可以發(fā)現：該地層的滲透系數大，適宜采用壓密注漿的施工方法，對洞口的土體進行膠結加固，只需采用水泥加超細粉煤灰的普通漿液，用試驗法合理選擇配合比后，即可加固預定范圍的土體，使洞口處土體短時間能夠自立。具體施工方法為：在沉井施工時即將Dg50 的注漿預留管埋入井壁，注漿預留管的接近井外壁的一頭用軟木塞封堵，井內壁的一頭用普通管堵封堵。注漿時將管堵找出擰下，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（計算值）后，再次壓注反復循環(huán)至最后拔出。注漿順序是由中心向四周進行。注漿也可以按正常加固土體的方式，由上面直接用鉆機打孔壓密注漿，無論何種施工方法，加固土體的范圍都是：高寬深=555m。c、掘進機出洞時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機及前幾米管節(jié)往后退的情況發(fā)生，這種情況是全封閉掘進機的挖掘斷面上承受地下水壓力及主動土壓力造成的，這時地下水壓力、主動土壓力之和大于鋼管的周邊摩阻力，當主千斤頂的推力撤消后掘進機就后退。這種情況發(fā)生后，掘進機前方的土體會發(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，上部土體擾動后土壓力變小，掘進機再次頂進時，將向偏向壓力較小的一側，極易向上爬高，洞口止方也不安全。經驗說膽頂管掘進機在出洞時受到的地下水壓力遠大于主動土壓力， 的水頭壓力，計算可知掘進機的向后退回的力量達908kN。按照管節(jié)外壁與土體磨擦力4KN/㎡計算，需頂入21m 管節(jié)的后退力才會被克服。由于鋼管管道連接、焊接時間達10 小時以上，因此出洞的臨時防退措施必須周密。本工程中水土壓力較大，應使用鋼拉板直接焊接止退。④正常頂進時的技術措施a、準備好空壓機、風鎬，鑿碎磚封門，將機頭頂入洞口后下設備段。連接油管，電纜及泥水管后頂進。b、分析頂進速度，頂力，機頭土倉內的土體側壓力，刀盤扭矩等參數，頂進速度應根據機頭土倉內土壓的大小確定，嚴格根據預定的土倉土壓，刀盤扭矩頂進，禁止機頭超負荷運轉。c、頂進中的測量和糾偏測量：將地面上的各點坐標、高程引入井下后，頂進管道水平、高程的編差均由激光經緯儀測定，儀器固定在沉井的底板上，計算機控制的激光接收靶固定在機頭前端，坐標中心在掘進機的中軸線上。頂進時激光經緯儀常開啟，機頭操作人員通過觀察計算機顯示屏幕上的激光光斑移動數據及頂進的長度，分析偏差發(fā)展趨勢，確定應采取的糾偏方法。激光經緯儀必須按規(guī)定的頂進長度或測量時間進行高程、水平方向校正，高程方向也可使用連通器在頂進中隨時校正。糾偏：鋼管頂管的糾偏分兩種情況。一是鋼管在初始頂進時的糾偏；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，在頂進中利用掘進機容易糾偏。這些特點帶來了頂鋼管糾偏的利弊，有利的一面是，如果在頂進初期就掌握好頂進的方向，在以后頂進管子時，就不易產生較大的偏差，可使管道頂進順利，并且因為鋼管的順直和摩阻系數小，阻力也較小。不利的方面是，如果頂進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，還會出現管子變形甚至接口脫焊等嚴重問題。因此鋼管的初期頂進糾偏技術，在本次頂管是顯得尤其重要。初期頂進時除在安裝導軌、出洞時應嚴格注意外，鋼管在頂出洞口的515m 內，利用鋼管剛性大的特點，使用主千斤頂施加偏心頂力的糾偏技術，是常用的方法。此時要十分嚴格地控制掘進機出洞時的頂速，克服急躁情緒，頂速應控制在1015mm/min 范圍內，留出充足