各種頂管機(jī)型的優(yōu)缺點(diǎn)

1、各種頂管機(jī)型的優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)于頂管工程來(lái)說(shuō)，針對(duì)不同的土質(zhì)情況選用不同的機(jī) 型是很關(guān)鍵的，甚至直接關(guān)系到頂管施工的成敗。因此，針 對(duì)性的掘進(jìn)機(jī)選型就成了頂管成敗的重中之重了。目前頂管所常見(jiàn)的幾種土質(zhì)有五種：1 1、淤泥質(zhì)黏土：此種軟土的形成是在較弱的海浪岸流 及潮汐的水動(dòng)力作用下逐漸形成的。土的顏色多呈灰色或黑 灰色，光潤(rùn)油滑且有腐爛植物的氣味，多呈軟塑或半流塑狀 態(tài)。其天然含水量很大，一般都大于 30%,30%,飽和度一般大于 90%,90%,液限一般在 35-60%35-60%之間，軟土的天然重度較小，約在 15-19KN/m315-19KN/m3 之間。孔隙比都大于 1,1,因其天然含水量高、

2、孔 隙比大，就帶來(lái)了軟土地基變形大，強(qiáng)度低的特點(diǎn)。2 2、砂性土：由于曾受到海水的沖擊，部分地區(qū)沉積層 含有海水所搬運(yùn)的大量沉積物，其中主要為細(xì)砂及粉砂。由 于含黏土的成分較少，我們可稱之為砂性土。砂性土的土顆 粒較一般的黏土大，一般在 2020 以上，土顆粒之間的凝聚力 較小，呈單粒結(jié)構(gòu)?？紫侗容^大，很容易在水動(dòng)力的作用下 產(chǎn)生流沙現(xiàn)象。3 3、黃土：凡以風(fēng)力搬運(yùn)沉積乂沒(méi)有經(jīng)過(guò)次生擾動(dòng)的、 無(wú)層理的黃色粉質(zhì)、含碳酸鹽類并具有肉眼可見(jiàn)的、大孔的土狀沉積物成為黃土（也稱原生黃土），其它成因的、黃色 的、乂常具有層理和夾有砂、礫石層的土狀沉積物稱之為黃 土狀土（也稱次生黃土）。4 4、強(qiáng)風(fēng)化巖：強(qiáng)

3、風(fēng)化巖是指風(fēng)化很強(qiáng)的巖石，此種土質(zhì)的組織結(jié)構(gòu)已大部分破壞，礦物成分已顯著變化，含有大 量黏土質(zhì)黏土礦物。風(fēng)化裂隙很發(fā)育，巖體被切割成碎塊， 十時(shí)可用手折斷或捏碎，浸水或十濕交替時(shí)可較迅速地軟化 或崩解。用鎬或鍬可挖掘，十鉆可鉆進(jìn)。5 5、微風(fēng)化及中風(fēng)化巖： 微風(fēng)化巖是指巖質(zhì)新鮮，表面 稍有風(fēng)化跡象的巖石，強(qiáng)度大于 50Mpa,50Mpa,硬度很高的巖石。 在此地層中頂進(jìn)較困難，而且一般頂進(jìn)距離超過(guò) 100100 米時(shí)需 要更換刀頭。中風(fēng)化巖較軟，其組織結(jié)構(gòu)部分破壞。礦物成 分發(fā)生變化，用車高難挖掘。以上介紹了常見(jiàn)的幾種土質(zhì)，從 N N 值為 3-403-40 的土質(zhì)都 有。這就需要針對(duì)不同的土

4、質(zhì)情況選用不同類型的頂管掘進(jìn) 機(jī)。對(duì)于淤泥質(zhì)黏土，由于其土質(zhì)較軟，切削容易，因此我 們可以選用以下所介紹的各種掘進(jìn)機(jī)，對(duì)此我們先介紹多刀 盤土壓平衡式頂管機(jī)。多刀盤土壓平衡頂管掘進(jìn)機(jī)把通常的 全斷面切削刀盤改成四個(gè)獨(dú)立的切削攪拌刀盤，所以它尤其 適用于軟粘土層的頂管。如果在泥土倉(cāng)中注入些粘土，它也 能用于砂層的頂管。另外，由于此機(jī)采用了先進(jìn)的土壓平衡 原理，因此，采用此機(jī)進(jìn)行頂管施工后，對(duì)地面及地下的建 筑物、構(gòu)造物、埋設(shè)物的影響較小。用它可以安全地穿越公 路、鐵路、河川、房屋以及各種地下公用管線。其最小復(fù)土 深度可以相當(dāng)于一倍管外徑左右。從無(wú)數(shù)的施工實(shí)例證明， 用此機(jī)進(jìn)行頂管施工作業(yè)，不僅安

5、全、可靠，而且施工進(jìn)度 快、效率高。與單刀盤土壓平衡掘進(jìn)機(jī)相比，此機(jī)具有價(jià)格 低廉、結(jié)構(gòu)緊湊、操作容易、維修方便和質(zhì)量輕等特點(diǎn)。另 外，它排出的土可以是含水量很少的十土或含水量較多的泥 漿。它與泥水式頂管施工相比，最大的特點(diǎn)是排出的土或泥 漿一般都不需要再進(jìn)行泥水分離等二次處理。施工占地小， 對(duì)周圍環(huán)境污染也很少。它與手掘式及其他形式的頂管施工 相比較，乂具有適應(yīng)土質(zhì)范圍廣和不需要采用任何其他輔助 施工手段的優(yōu)點(diǎn)。如采用輸土泵的方式出土，頂進(jìn)效率也很 高，平均 2424 小時(shí)可頂進(jìn) 15-2015-20 米。但是它的缺點(diǎn)也很明顯, 由于不是全斷面切削，切削不到的部分只能通過(guò)擠壓進(jìn)入機(jī) 頭，因此

6、迎面頂力較大，只適合于軟土地質(zhì)情況下施工，如 需穿越建筑物、 構(gòu)造物、 埋設(shè)物等對(duì)地面沉降要求很小的情 況可采用刀盤可伸縮式泥水平衡掘進(jìn)機(jī)，此種機(jī)頭的刀盤是 一個(gè)直徑比掘進(jìn)機(jī)前殼體略小的具有一定剛度的圓盤。圓盤 中還嵌有切削刀和刀架。刀盤和切削刀架之間可以同步伸縮，也可以單獨(dú)伸縮。而且，不論刀盤停在哪一個(gè)位置上， 切削刀架都可以把刀盤的進(jìn)泥口關(guān)閉。刀盤加壓裝置是安裝 在主軸中的油缸，刀架伸縮油缸則安裝在刀盤加壓裝置的上 方。刀盤可伸縮式掘進(jìn)機(jī)的工作原理如下：刀盤前土壓力過(guò) 小時(shí)，它就往前伸；刀盤前土壓力過(guò)大時(shí)，它就往后退。刀 盤前伸時(shí)，應(yīng)減小進(jìn)泥口開(kāi)度并加快推進(jìn)速度；刀盤后退時(shí), 應(yīng)加大進(jìn)泥口

7、開(kāi)度并降低頂速。這樣，就可使刀盤前的土壓 力控制在設(shè)定的范圍內(nèi)。使用此種掘進(jìn)機(jī)地面隆沉極小，優(yōu) 秀的操作人員可使地面隆沉控制在 10mm10mm 以內(nèi)。由于采用了 泥水作為運(yùn)輸介質(zhì)，在頂進(jìn)的過(guò)程中無(wú)需停頓出泥，因此它 的頂速也很快,2424 小時(shí)可頂進(jìn) 20-3020-30 米。缺點(diǎn)也很明顯：由 于進(jìn)泥口開(kāi)度限制，在含有直徑大于 6cm6cm 礫石的土層中無(wú)法 施工。對(duì)于易產(chǎn)生流沙現(xiàn)象的砂性土可根據(jù)其含水量及其標(biāo) 準(zhǔn)貫入度選用不同類型的掘進(jìn)機(jī)， 當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)貫入度較小時(shí)可選 用多刀盤土壓平衡式掘進(jìn)機(jī)，當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)貫入度較大時(shí)，除多刀 盤土壓平衡式掘進(jìn)機(jī)以外的以上各種掘進(jìn)機(jī)都適應(yīng)此種土 質(zhì)。對(duì)于地質(zhì)為黃土的

8、情況下我們可采用單刀盤土壓平衡 式掘進(jìn)機(jī)和偏心破碎泥水式掘進(jìn)機(jī)。單刀盤土壓平衡頂管掘 進(jìn)機(jī)有以下優(yōu)點(diǎn)：1.1.適用的土質(zhì)范圍非常廣。它可以適用 于 N N 值為 0 0的淤泥，也可適用于 N N 值為 5050 的砂礫及卵石層,幾乎是一種全土質(zhì)的頂管掘進(jìn)機(jī)，是其他機(jī)型所無(wú)法比擬 的。2 2.施工后地面沉降小。3 3.棄土的處理比較簡(jiǎn)單。4 4。 可在復(fù)土層僅為管外徑 0.80.8 倍的淺土層中施工。5.5.有完善的 土體改良系統(tǒng)和具有良好的土體改良功能。6.6.開(kāi)口率達(dá)100%,100%, 土壓力更切合實(shí)際。對(duì)于地質(zhì)為強(qiáng)風(fēng)化巖的情況下我們可采用偏心破碎泥 水式掘進(jìn)機(jī)。此機(jī)種與普通泥水掘進(jìn)機(jī)的最

9、大不同點(diǎn)是其頭 部。殼體內(nèi)的泥土倉(cāng)是一個(gè)前面大、后面小的喇叭口，喇叭 口的內(nèi)壁是用耐磨焊條堆焊的一圈環(huán)形焊縫。安裝在殼體泥 土倉(cāng)內(nèi)的是一個(gè)前面小、后面大的錐體，錐上也堆有一環(huán)環(huán) 形焊縫。切削刀呈輻條形焊接在該錐體上，且略微向前傾斜。 刀盤的正面焊有堅(jiān)固而且耐磨的切削刀頭，所有這些構(gòu)成一 個(gè)刀盤。這樣，在掘進(jìn)機(jī)工作時(shí)，刀盤一邊旋轉(zhuǎn)切削土砂的 同時(shí)還一邊作偏心運(yùn)動(dòng)把石塊軋碎。 被軋碎的石塊只有比泥 土倉(cāng)與泥水倉(cāng)聯(lián)接的間隙小才能進(jìn)入掘進(jìn)機(jī)的泥水倉(cāng)，然后 從排泥管中被排出。另外，由于刀盤運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，泥水倉(cāng)和 泥土倉(cāng)中的間隙也不斷的由最小變到最大這樣循環(huán)變化著， 因此，它除了有軋碎小塊石頭的功能以外還始

10、終能保證進(jìn)水 泵的泥水能通過(guò)此間隙到達(dá)泥土倉(cāng)中，從而保證了掘進(jìn)機(jī)不 僅在砂土中，即使在黏土中也能正常工作。一般情況下，刀 盤每分鐘能旋轉(zhuǎn) 4-54-5 轉(zhuǎn)，每當(dāng)?shù)侗P旋轉(zhuǎn)一圈時(shí)，偏心的軋碎 動(dòng)作達(dá) 20-2320-23 次。由于此機(jī)型有以上這些特殊的構(gòu)造，因此 它的破碎能力是所有具有破碎功能的掘進(jìn)機(jī)中最大的，破碎 的最大粒徑可達(dá)掘進(jìn)機(jī)直徑的 40%-45%40%-45%之間，破碎的卵石 強(qiáng)度可達(dá) 200Mpa200Mpa。此機(jī)型的第一個(gè)特點(diǎn)就是它幾乎是全土 質(zhì)的掘進(jìn)機(jī)。它可以在 N N 值從 0-150-15 的黏土，N N 值1-501-50 的 砂土以及 N N 值 10-5010-50 的

11、礫石層等所有土質(zhì)中使用，而且推 進(jìn)速度不會(huì)有太大的變化。它的第二個(gè)特點(diǎn)是破碎粒徑大，可達(dá)掘進(jìn)機(jī)直徑的 40%-45%40%-45%之間。它的第三個(gè)特點(diǎn)是施工 精度高，施工后的偏差極小。它的第四個(gè)特點(diǎn)是由于有偏心 運(yùn)動(dòng)，進(jìn)土的間隙乂比較小，即使用活水作為進(jìn)水，也能保 持挖掘面的穩(wěn)定。它的第五個(gè)特點(diǎn)是可以進(jìn)行長(zhǎng)距離頂進(jìn)， 也可用于曲率半徑比較小的曲線頂進(jìn)。它的第六個(gè)特點(diǎn)是施 工速度快，每分鐘可進(jìn)尺 100mm-180mm100mm-180mm 之間。它的第七個(gè) 特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊、維修保養(yǎng)簡(jiǎn)單、操作方便。無(wú)論在工作坑 中安裝還是在接收井中拆除都很方便。如頂進(jìn)管道軸線附近可能存在大的石塊，樁基礎(chǔ)等不明

12、障礙物。我們采用排障方便、成本低廉的敞開(kāi)式掘進(jìn)機(jī)。地 下水位較高的話可采取井點(diǎn)降水等輔助施工方法。另外，對(duì) 于含水量較少并且 N N 值大于 1818 的黃土和強(qiáng)風(fēng)化巖，也可采 用敞開(kāi)式掘進(jìn)機(jī)頂進(jìn)。敞開(kāi)式掘進(jìn)機(jī)在類似于農(nóng)田對(duì)地面沉降要求不嚴(yán)格的情況下也可采用。 此種機(jī)型的缺點(diǎn)是頂速 慢、 遇到流沙土層難以控制出土量，因此沉降也是大于以上 幾種頂管掘機(jī)的。網(wǎng)格水沖式掘進(jìn)機(jī)具有土壓式以及泥水式頂管機(jī)的優(yōu) 點(diǎn)，這種掘進(jìn)機(jī)頭在遇到障礙物時(shí)工人可進(jìn)入泥水倉(cāng)排除障 礙物，而且由于采用水力出泥，頂進(jìn)速度也不受出泥速度的 影響，因此當(dāng)土質(zhì)條件較好時(shí)是一種經(jīng)濟(jì)實(shí)用的掘進(jìn)機(jī)。但 這種掘進(jìn)機(jī)也有它的局限性，首先要求

13、土質(zhì)比較軟，土體的 孔隙比要小，而且要求有足夠的活水作為水源，泥漿處理以 及用電量都很大，使用成本較高。當(dāng)遇到沙土層時(shí)，由于沙 土的透水系數(shù)很大，用于平衡正面土壓力的氣壓很容易從沙 土的間隙泄露，因此也就很難做到平衡，因此在沙土中頂進(jìn) 沉降很難控制。中風(fēng)化巖以及弱風(fēng)化巖條件下如果地下水含量較高就 只能采用巖盤頂管機(jī)了。該機(jī)型的刀頭類似于牙輪鉆，可以 在巖石中頂進(jìn)，也是一種全土質(zhì)的機(jī)型，但該機(jī)種的造價(jià)很 高，而且目前在國(guó)內(nèi)是一項(xiàng)空白。以上幾種掘進(jìn)機(jī)的性能比較表如下:掘進(jìn)機(jī)種地質(zhì)條件敞開(kāi)式掘進(jìn)機(jī)多刀盤土壓平衡掘進(jìn)機(jī)單刀盤土壓平衡掘進(jìn)機(jī)刀盤可伸縮式泥 水平衡掘進(jìn)機(jī)偏心破碎泥水平衡掘進(jìn)機(jī)巖盤掘進(jìn)機(jī)掘進(jìn)速度慢一般較快快快適快淤泥質(zhì)耗電量適小適較大適一般適較大適較大用較大黏土勞動(dòng)力用較少用一般用一般用多用多多環(huán)境影響小小小大大大掘進(jìn)速