一.概述

　　二.顶管技术和特点的说明（***）

　　1.如何切削岩盘和破砕砾石

　　2.如何进行超长距离顶进

　　三.顶管施工法和盾构施工法的比较

　　1.需引进设备的性能价格比

　　2.管材的制作和供应

　　3.推进距离和速度

　　4.曲线施工的水平

　　5.施工时的能源消耗

　　6.技术指导和人员的培训

　　7.施工设备的実用性和将来性

　　8.施工后的管线耐用性和日常保养问题

　　四.今后的课题和发展方向

　　1.砂砾地层和岩盘地层兼用机

　　2.地中对接技术

　　3.供电

　　一.概述：

　　採用顶管或盾构施工法,作为今后一种新的施工法,与定向钻施工法‘互补’,可以彻底地解决我国广大地区,特别是内陆中西部地区在砂砾和岩盘中敷设管路,为西气东输,南水北调等天然气输送和给排水工程解决穿山越河提供便利。

　　顶管施工法,目前在国内外已极为普及,其布管口径,従钢筋混凝土管φ200〜3,000mm（钢管可达φ3,500mm）（一般管路外径超过φ3,500mm后,採用盾构施工法）。

　　顶管施工的原理,是用顶管机本体前方刀盘边切削土体,边由后部顶进装置将顶管机连同顶进用管一起沿着计画管线向前推进。被切削的残土,由水力或土砂压送装置送至地面运走,前者称为泥水式顶管,后者称为土压式顶管(EPB型)。

　　泥水顶管施工法,不仅可用调节排泥量和顶进速度来平衡刀盘正面土压,且可用调节送水压力来平衡地下水压,控制地表隆沉精度高,故泥水顶管施工法,被广帆用于穿越江河,铁道公路和建筑物下的管路敷设。

　　土压顶管施工法,使用螺旋输送机出土,且对于易崩壊的砂砾地层,可用向顶进面注入泥浆的方法有効地防止地层崩壊和砾石大量涌入泥水仓内。

　　顶管施工法已有几十年的歴史,特别是近十年来,已有全方位的发展,即全土质对应（当然包括砂砾和岩盘地层）,极小半径曲线和超长距离顶进等等。

　　株式会社伊势机开发工机（以下简称伊势机公司）,是世界中***只生産顶管机的専业公司,31年来全力注重新品种开发,目前已备齐所有机种,産品遍布世界中33国,至今年年初,已生産各类顶管机2,000台以上,総顶进距离已超过2,000km。

　　限于篇幅,以下仅就如何对付砂砾,岩盘和超长距离顶进等大家关心的问题,作简要说明。

　　二.顶管技术和特点的说明：

　　1.如何切削岩盘和破碎砾石

　　伊势机公司针对各种地层,开发了泥水式为主的各种机种。

　　用于岩盘顶管的机头,其刀盘正面布置有各种刀具,其中的滚轮刀具由能正反旋转的刀盘帯动自转,靠刀盘正面压力,对岩盘进行剪切破碎和研轧。被破碎的碎砾石,进入刀盘后方的偏心破碎装置进行二次破碎后,由泥水将残土経排泥管运走。该刀盘具有以下二个特点：

　　1）一次破碎用的滚轮刀,其滚轮上的圆型突出部,呈不均等状态布置于滚轮上。该布置,是在充分研究了刀盘旋转过程中,使对岩盘的前一次切削和后一次切削不重複在岩盘的同一个点上的原理,従而大大提高了切削効率和滚刀母体的耐用程度。

　　2）二次破碎,是由刀盘后方的偏心回转破碎装置,依靠该装置的外圆锥筒和内圆锥转子,进行挤压轧砕。因该破碎方法,不是依靠刀盘正面加压,従而起到了既能破砕砾石,又能保持土体平衡及防止顶管机旋转的作用。该偏心回转破碎方法,是伊势机公司特有的専利,専门用于对付砾石。

　　在对付易崩壊的砾石地层,当然採用泥水式机头***理想,因为可以送水压力平衡地下水防止喷发和流失,控制地面隆沉至***小。

　　该顶管机的设计,除一般顶管机所有的方向修正等共有特点和上述性能外,还具有以下専门对付砂砾和岩盘的特殊装置：

　　1）为防止顶管机在岩盘顶进中旋转,顶管机両侧设有防旋转掌脚,必要时由

　　液压千斤顶操作伸出固定在顶管机両侧岩盘。

　　2）在顶管机尾部设置后方筒,内备有液压千斤顶装置,可单独操作顶管机前进或后退,必要时用对顶管机前进速度微调整,在起动或更换刀具前操作刀盘后退,使之暂时脱离顶进面。

　　2.如何进行超长距离顶进

　　由于顶管是在工作井内接续管子,顶进时整个管段向前推进,故顶进时的推力,主要是克服管外壁与地层间的摩擦力。而管材的轴向耐荷力有一定限度,如何解决这一対矛盾,施工中採用以下方法：

　　1）在顶管机后部和各管段内通过注浆孔向管外壁和地层间的空隙注入润滑剤,形成浆套,可大大减低管壁摩阻,其効率在25%〜60%（视地层不同而不同）。

　　2）在管段间按一定间隔设置称之为‘中継间’的千斤顶组,採用接力方式顶进。整个顶进结束后,撤去千斤顶组,使中継间闭合形成一个标准管节。

　　关于採用中継间并不影响顶进速度的‘分组中継顶进’,因限于时间,对感兴趣者可单独说明。

　　除了上述减少推力的措施,易损件的在线更换也必须解决：

　　1）在顶进中,刀具（特别是滚轮刀具）是主要易损件之一。伊势机公司採用能在顶管机内刀盘后方在线更换刀具的形式,是既保証人身安全,又能延长顶进距离的有效方法。

　　2）中継间的止水密封圏,也是一主要易损件。採用可在线更换的密封装置,原理上可无限延长顶进距离（该技术已与国内有关单位合作提供）。

　　三.顶管施工法和盾构施工法的比较：

　　这両种施工法各有所长,我仅按施工的实用性,作以下比较。

　　1.需引进设备的性能价格比

　　由于顶管施工和盾构施工的不同,首先是机械的后方构造：前者用管材,将整个管段向前推进,后者则採用管片结构组合。

　　其次.伊势机公司在机头刀盘构造上利用33年的顶管机制作経验再加以创新,,製造出泥水式和土压式顶管机,其既能剪切岩盘,以偏心旋转法挤压破碎砾石,必要时以注浆防止地层崩壊,且具有盾构掘进机不可比拟的机动性如机身后退,单独的方向修正装置等。

　　盾构施工法的设备,机头价格应不相上下,而后方管片安装用机械的价格和管片製造的投入较昂贵。

　　顶管施工,主要従国外导入岩盘和砂砾地层的顶进技术,后方配套均可在国内解决,即用有限的外货,导入必要的技术,以***。

　　2.管材的制作和供应

　　盾构施工,因制作精密的管片,需高精度的模具,以及管理良好的製造工场。国内隧道施工已普及,但目前***小口径在4m以上,2m左右的管片还未有先例。

　　顶管施工採用的钢筋混凝土管,口径従600mm〜3,000mm,只要有离心制管设备,各地均能製造,若使用钢管,则管材的供应更无问题。

　　由于施工队伍流动性大,盾构施工的管片运输有一定难度,且一旦口径変化,将重开模具,以后的隠性成本高。

　　3.推进距离和速度

　　目前国内***长一次连续顶进距离为1,865m。长距离顶进,在国内外均已普及,如目前在江苏省南通的天然气输送管过长江项目研讨会上,已在考虑6km顶管技术。

　　关于顶进速度,有一种认为顶管使用中継间,引起速度慢的误解。実际上长距离顶管,採用‘中継间分组’的顶进方法,可达到与不使用中継间时的同様速度。

　　而盾构施工,因管片的运输和安装等,其推进速度大大慢于顶管。

　　一般根据地质条件,顶管速度介于70〜200mm/min程度。

　　4.曲线施工的水平

　　目前伊势机公司的曲线施工水平,已能沿半径50m的急曲线顶进。当然因施工难度大和成本高,应尽量避免小半径曲线顶进施工。

　　曲线施工用的测量装置,有全站仪、罗盘（包括光纡和机械式）和激光折射式等,但价格贵。

　　根据管道敷设的一般情况,若以上下曲线为主,建议曲线测量技术的引进,分二个阶段进行：引进水压测量装置在顶进中管理垂直方向曲线,（价格仅为全方位测量装置的1/10）,今后根据技术进歩和工程需要,再考虑引进全方位曲线测量装置为好。

　　5.施工时的电力消耗

　　顶管施工法,由于无需盾构施工法的安装管片的机械手和管片运送台车等装置,整体装机容量大大小于盾构机械。

　　加之伊势机公司的顶管机,刀盘等重负荷部分直接使用电力,比起液压马达因使用液压动力站和中継装置将电力转换成液压使用,效率更高。

　　6.技术指导和人员培训

　　由于伊势机公司目前已有35台套顶管设备在国内施工,加之配套设备基本採用国内,故顶管的基本培训,拟在国内由势机机械技术工程公司进行,可大大节约费用。

　　1）现场操作员,维保人员等一般技术者,基本在国内培训

　　2）***管理和技术者如现场责任者,局和公司的管理层（决策,选型和设计等）,到国外考察和实习。

　　3）施工中,由伊势机公司派遣専业技术人员到现场具体指导顶进操作。

　　7.施工设备的实用性和将来性

　　顶管设备,由于其设备小巧和组合性强,既可用于硬地层和超长距离施工,也可用于其他地层和短距离施工,必要时根据土质条件可扩径使用,故设备使用率高。又由于工作井面积大大小于盾构机械,所以在其他工程中,如穿越小山包,城市中的房下顶进中也能利用。

　　因设备的小型化,使顶进的前期准备作业时间大幅缩短,也是特点之一。

　　8.施工后的管线耐用性和日常保养问题

　　盾构施工,是用管片组合,通过管片之间的止水密封条和螺栓,防止管片和管片之间漏水等的发生。在施工完成后,需一支维保队伍对其作専业日常保养。顶管施工,若使用钢管,因用溶接法联接,无漏水问题。若用钢筋混凝土管,仅管与管之间的联接採用止水环,且在施工后即作补强作业,故仅有定期検査而无日常保养问题。

　　四.今后的课题和发展方向：

　　1.砂砾地层和岩盘地层兼用顶管机

　　由于砂砾地层用和岩盘地层用掘进设备的刀盘面板构造（有法兰盘式、小倒角式和大倒角式等）和刀具的配置结构有较大的不同,后者须具耐磨特性和主要靠刀盘剪切破碎岩石,而前者须具挤压破碎防止砾石地层倒壊的机能,同时両者都须在遭遇粘土时要防止进泥口堵塞和刀具嵌泥的故障,故兼用机是今后的课题之一。

　　2.地中对接技术

　　无论顶管和盾构施工,一次掘进距离超过1000m以上后,在残土输送,测量等方面,都変得困难起来,採用地中对接施工法,对一个超长距离的顶进段,従両个方向同时顶进,顶进双方机头在相遇前进行地中精确测量确认后对接,这様就可在同様时间内使施工进度加倍。几种地下对接的施工方法,目前均处在不断完善之中。

　　3.关于供电

　　在超长距离顶进施工时,基于安全上的考虑,一般不採用盾构施工的高压供出,而採用管内设置调频稳压器供电,目前该设备的功率有待提高、体积有待缩小。

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