顶管土压平衡技术

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1、第三组主讲：陈茂制作人：王建明发言人：王建明资料：张伟强土压平衡技术概述顶管技术目前主要分为气压平衡、土压平衡和泥水平衡三种。其中，土压平衡技术应用很广泛，因为该技术先进，方便高效，缺点是施工管理要求较高，施工作业要求严格。一、应用优势⑴施工不需开挖路面，占地少，能保持地面稳定，避免了城区道路反复多次开挖的难题，大大降低了对城区交通、环境的影响。⑵施工速度较快，昼夜平均顶进10～15m，一次性连续顶进距离最长可达500m以上，相应缩短了施工工期，提高了施工效率。⑶工程施工占地少，几乎不受地形地貌变化的限制，不用对地面上的各种市政设

2、施等管道进行拆迁、重装，不需赔偿损失，节省了巨大的工程拆迁费。⑷能大量节约劳动力，一套顶管掘进设备昼夜轮班作业只需50人左右就可完成，可大大减少周转材料的投入。⑸操作方便，只需在敞开的工作坑内指挥吊装管段和装拆延长的管线，不需进入渠道内专业，不仅确保了安全生产而且节约了安全设施费用。二、工作原理图示为土压平衡式顶管示意图。土压平衡式顶管机是利用安装在顶管机最前面的全断面切削刀盘，将正面土体切削下来进入刀盘后面的贮留密封舱内，并使舱内具有适当压力与开挖面水土压力平衡，以减少顶管推进对地层土体的扰动，从而控制地表沉降，在出土时由安装在

3、密封舱下部的螺旋运输机向排土口连续的将土渣排出。土压平衡式顶管机与泥水平衡式的差异是密封舱内的承压介质不同。泥水平衡式顶管对应的介质是泥水；土压平衡式顶管对应的介质是泥土，但是稳定开挖面的基本原理是一致的。由于是管道内的掘削作业，从地层的应力关系看，相当于卸载。因此要想使开挖面稳定必须施加相当于卸载的土压与水压。所以土压平衡必须满足以下两个方面条件：⑴在顶进过程中，顶管机与其所处土层的土压力和地下水压力处于平衡状态；⑵其排土量与顶管机切屑刀盘破碎下来的土的体积处于一种平衡状态。土压平衡式顶管的原理示意图如图土压平衡式顶管属封闭式顶

4、管，顶管推进时其前端刀盘旋转掘削地层，掘削下来的土体涌入土舱。当掘削土体充满土舱时，由于顶管的推进作用，致使掘削土体对开挖面加压。当该加压压力与掘削地层的土压水压相等，随后若能维持螺旋输送机的排土量与刀盘的掘土量相等，把这种稳定的出土状态称为开挖面平衡。要想维持排土量与掘土量相等，掘削土必须具备一定的流塑性和抗渗性。有些地层的掘削土仅靠自身的流塑性和抗渗性，即可满足开挖面稳定的要求。此外，多数地层土体的流塑性和抗渗性无法满足稳定开挖面的要求，为此需加入提高流塑性和抗渗性的添加材，实现稳定开挖面的目的。三、开挖面的稳定原理3.1土压

5、顶管开挖面稳定的必要条件：1泥土压必须可以对抗面上地层的土压和水压；2必须可以利用螺旋输送机等排土机构调节排土量；3对必须混入添加材的土质而言，注入的添加材必须可使泥土（混入添加材的掘削土）的塑流性和抗渗性提高到满足掘面稳定要求的水准。3.2开挖面稳定管理稳定开挖面的管理重点应以泥土压管理，泥土流塑性管理及掘土量管理为中心。另外，开挖面的稳定状态，还应根据地层变形测量，开挖面坍塌探查等施工管理数据综合判断。土压力大小的控制与以下几个方面有关:1)顶进速度：如果螺旋输送机输土量不变，顶进速度与土压力成正比。2)螺旋输送机的排土量：如

6、果推进速度恒定，控制土压力与螺旋输送机的排土量成反比。3)顶进速度与排土量同时改变，也可以控制土压力在规定的范围内。当推进速度提高时，土压力随之上升，同时也提高了螺旋输送机的排土量。一般来说，土压力应该控制在主动土压力Pa和被动土压里P之间。b如果地下水压力为Pw，则土压力P按下列条件控制：P+Pw

7、于添加材的作用，土压顶管排出的掘削土体几乎均为含水率高和流动性大的土体。所以必须在施工现场对掘削土体作改良处理，进而作为建设污泥废弃或作再生利用。土体改良方法包括物理方法和化学方法。土体改良法物理方法化学方法水土分离法日晒法强制脱水法改良水泥法石灰改良法高分子改良法五.土压平衡顶管机的基本构造5.1系统构成图4-30为土压平衡式顶管系统概况图。从设备方面看，与稳定开挖面有直接关系的装置有顶进装置，添加材注入装置，搅拌装置以及排土装置四种。只有当这些系统均正常工作时，方可确保开挖面稳定。土压平衡式顶管系统概况图：5.2顶进装置土压平

8、衡式顶管机的顶进装置主要有刀盘，刀具，支承及传动系统组成。1刀盘的主要功能刀盘具有开挖，稳定开挖面及搅拌渣土的功能。、1）开挖功能：对开挖面的底层进行开挖，开挖后的渣土顺利通过渣槽，进入土舱；2）稳定功能：支承开挖面，具有稳定开挖面的功能；3）搅拌