顶管机一机多用技术研究

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1、顶管机一机多用技术研究张国林吴祯李松强摘要在城市基础设施特别是市政管网建设中，管网工程往往包括主管道、支管道，又分为雨污水管、压力管，管径与管材也不一样。因此，一种型号的顶管机无法满足一个工程的需要，为节约成本，急需对顶管机进行改造，使得一种型号的顶管机能满足多种管径或者多种管材的顶管施工。本文依托深圳茅洲河流域（宝安片区）水环境综合整治项目三标段顶管施工，开展了顶管机一机多用的技术研究，并成功的应用于本工程，为类似工程施工提供借鉴。关键词顶管机一机多用刀盘设计壳体承插口变径接头1工程简况深圳茅洲河流域（宝安片区）水环境综合整治项目三标段，沙井污水管网接驳完善工程排水体制采用分流制，服务

2、范围为沙井、松岗区域的部分河流的漏排漏截的排污口。该工程顶管工程量约10.6km，分布在6个片区；顶管施工管材材质有三种，包括玻璃纤维增强塑料顶管、Ⅲ级钢筋混凝土顶管和钢管；管径从DN800～DN2000不等共有八种管径；顶管穿越地层主要为粉质粘土、砂质粘性土、淤泥质粘土、淤泥、粗砂等地层。2顶管机一机多用关键技术分析深圳茅洲河流域（宝安片区）水环境综合整治项目三标段顶管施工，顶管管材材质有三种，不同的管径有八种；每个不同的管材外径尺寸不一样，需要匹配的顶管机就不一样。因此，通过对DN1000的玻璃纤维增强塑料顶管机进行设计改造，使这台顶管机同时满足DN1000的Ⅲ级钢筋混凝土顶管、DN

3、1200的钢管顶管施工。3顶管机设计改造顶管机设计改造，主要是对顶管机的刀盘设计、壳体尺寸的增加、承插口变径接头等部件的设计加工；通过对一台顶管机进行设计改造，使其同时满足多种管径或管材的顶管施工，达到顶管机一机多用的效果。3.1顶管机刀盘设计刀盘与前方掌子面直接接触，刀盘开口率设置要合理；刀盘开口率是刀盘面板开口部分的面积与刀盘面积的比值，刀盘切削下来的渣土通过刀盘的开口槽进入土仓。刀盘的开口，必须根据地质条件、开挖面的稳定性和挖掘效率来决定其形状、尺寸及布置。对于泥水平衡顶管机在茅洲河的地质条件下，顶管机刀盘的开口率设计为28%。刀盘设计如图1所示。图1刀盘前后布置对比图由于原刀盘尺

4、寸只适应DN1000的玻璃纤维增强塑料顶管（管材外径1076mm），现将刀盘设计改造适应DN1000Ⅲ级钢筋混凝土顶管（管材外径1200mm），同时还将适应DN1200钢管顶管（管材外径1220mm）。首先，刀盘外径从1114mm要扩大到1260mm，刀盘外径增大后，切削洞的轮廓就变大，适合需要的顶管管径。其次，刀盘扩大需要加刀具，根据深圳茅洲河顶管的地质情况，增加6把小强化刀，大小为125mm×80mm×50mm，在刀盘上成“米”字型布置，外加6把刀底座加20mm厚的钢板，高度比其它切削刀高一点，这样分布在外圆上，可以对掌子面的土体进行切削，大多数切削下来的泥土通过刀盘面板开孔进入泥水

5、仓，少部分泥土挤压到壳体外壁。3.2顶管机壳体顶管机壳体是顶管的主要受力结构，沿顶进方向分为前壳体和后壳体；施工时切入土层，具有顶进和支撑土体的功能。壳体尺寸要扩大至大于管材外径40mm。外扩的壳体采用12mm的钢板包圆，内侧采用加筋板支撑，对接的地方采用槽钢焊接，开有螺栓孔，采用螺栓连接；并留有拧螺栓的操作空间。具体如下图2所示。图2顶管机前壳体改造后壳体也是顶管机的主要受力结构，在顶管中是一个圆环结构，顶管机后壳体与前壳体连接处，后壳体前面要倒60°角，顶管机后壳体与中壳体有一定的间隙，有利于顶管纠偏。顶管机后壳体尾部要焊接法兰板，开有螺栓孔，起到顶管机与管材连接，使得顶管施工中管材

6、不脱节。后壳体如下图3所示。图3顶管机后壳体改造3.3承插口变径接头顶管机尾部承插口变径接头，承插式连接，管材的一端是插口，另一端是承口。承口端口径局部放大，其内径比插口端的外径要大，安装连接是把管材的插口插入另一管段的承口内，两口之间环形空隙使用楔形橡胶密封圈，使得承插口连接处密封不渗水。顶管机承插口原本只是适合DN1000的玻璃纤维增强塑料顶管的连接，为了适应DN1000的Ⅲ级钢筋混凝土顶管以及钢管，需要重新设计加工一个承插口变径接头（如图4所示）。承插口变径接头与顶管机尾部连接处，存在着一定的间隙，为了防止在顶管施工中漏水，特意在接头中间设计一道凹槽（深6mm、宽30mm），凹槽需

7、要精加工，然后在凹槽内安装尺寸规格合适的橡胶密封圈。承插口变径接头另一端与管材连接面，即承插口变径接头尾部，尾部要承受外面土体的压力；由于管材前面插口带有橡胶密封圈，对承插口尾部内侧进行精加工，保证内表面光滑，管材插进来时，不对管材橡胶圈产生破坏，有效的避免承插口尾部连接处渗水现象。图4承插口变径接头图4结语在深圳茅洲河流域（宝安片区）水环境综合整治项目三标段顶管施工中，对顶管机刀盘、壳体、承插口变径接头、以及辅助设备钢结构的改造，