1樓：中地數媒
頂管法敷管的施工工藝型別很多，按照開挖工作面的施工方法，可以分為敞開式和封閉式兩種。
一、敞開式施工工藝
敞開式施工工藝一般適用於土質條件穩定，無地下水干擾，工人可以進入工作面直接挖掘而不會出現大塌方或湧水等現象。因其工作面常處於開放狀態，故也稱為開放式施工工藝。
根據工具管的不同可分為手掘式、擠壓式、機械開挖式、擠壓土層式掘進頂管。
1.手掘式頂管
手掘式頂管機也即是非機械的開放式（或敞口式）頂管機，適用於能自穩的土體中。在頂管的前端裝有工具管，施工時，採用手工的方法來破碎工作面的土層，破碎輔助工具主要有鎬、鍬以及衝擊錘等。如果在含水量較大的砂土中，需採用降水等輔助措施。
工人可以直接進入工作面挖掘，施工人員可隨時觀察土層與工作面的穩定狀態，造價低、便於掌握，但效率低，必須將水位降低至管基以下0.5m後，方可施工。當土質比較穩定的情況下，首節管可以不帶前面的管帽，直接由首節管作為工具管進行頂管施工，也是常用的一種頂管施工方法，也稱為人工掘進頂管。
手掘式頂管施工示意如圖9-1 所示。
圖9-1 手掘式頂管施工示意圖
2.擠壓式掘進頂管
擠壓式掘進頂管一般適用於大中口徑的管道，對潮濕、可壓縮的黏性土、砂性土較為適宜。該方法裝置簡單、安全，又避免了挖裝土的工序，比人工挖掘提高效率 1～2倍。它是將工作面用胸板隔開後，在胸板上留有一喇叭口形的錐筒，當頂進時將土體擠入喇叭口內，土體被壓縮成從錐筒口吐出的條形土柱。
待條形土柱達到一定長度後，再用鋼絲將其割斷，由運土工具吊運至地面。其結構形式如圖9-2 所示。
圖9-2 擠壓式頂
3.機械開挖式頂管
機械開挖式頂管是在工具管的前方裝有由電動機驅動的刀盤鑽進挖土，被挖下來的土體由皮帶運輸機運出，從而代替了人工操作。一般適用於無地下水干擾、土質穩定的黏性土或砂性土層。其結構形式如圖9-3 所示。
圖9-3 機械開挖式頂管
4.擠壓土層式頂管
擠密土層式頂管前端的工具管可分為錐形和管帽形，僅適用於潮濕的黏土、砂土、粉質黏土，頂距較短的小口徑鋼管、鑄鐵管，且對地面變形要求不甚嚴格的地段。這種工具管安裝在被頂管道的前方，頂進時，工具管借助千斤頂的頂力將管子直接擠入土層裡，管子周圍的土層被擠密實，常引起地面較大的變形。其結構形式如圖9-4 所示。
圖9-4 擠壓土層式頂管
二、封閉式施工工藝
封閉式施工工藝一般適用於土質不穩定、地下水位高，工人不能直接進行開挖的施工條件。為防止工作面塌方、湧水對人身造成危害，常將機頭前端的挖掘面與工人操作室之間用密封艙隔開，並在密封艙內充入空氣、泥漿、泥水混合物等，借助氣壓、土壓、泥水混合物的壓力支撐開挖面，以達到穩定土層、防止塌方、湧水以及控制地面沉降的目的。
1.水力掘進頂管法
水力掘進頂管的挖土是利用高壓水槍的射流將頂進前方的土衝成泥漿，再通過泥漿管道輸送至地面儲泥場。整個工作是由裝在混凝土管前端的工具管來完成的，其結構形式如圖9-5 所示。
工具管的前端為衝泥艙。掘進時，先開動千斤頂，由刃腳將土切入衝泥艙，然後用人工操縱水槍操作把，將土衝成泥漿。泥漿經過格柵進入真空室由泥漿管吸入工作坑，再由泥漿幫浦排至儲泥場。
衝泥艙是完全密封的，其上設有觀察孔和小密封門，用於操作和維修。
管道的掘進方向由中間部位的校正管控制。工具管的後端是氣閘室。氣閘室是作為維修人員進出高壓區時的公升壓和降壓之用。
當前端工具管出現故障時，維修人員可通過小密封門進入衝泥艙，為防止小密封門開啟後湧入大量泥水，可先封閉氣閘室，經公升壓後再進行操作，保證氣壓和泥水壓力的平衡。維修完畢後，再逐漸降壓，恢復正常掘進。
圖9-5 水力掘進頂管機示意圖
1—刃腳、2—格柵、3—水槍、4—吸氣格柵、5—水槍操作把、6—胸板、7—吸泥管進口、8—吸泥管、9—水平鉸、10—垂直鉸鏈、11—上下糾偏油缸、12—左右糾偏油缸、13—氣閘門、14—大水密門、15—小水密門
水力切削式機頭生產效率高，其衝土、排泥連續進行，可改善勞動條件，減輕勞動強度，但需耗用大量的水，且需要有較大的存泥漿場地，故在某些缺水地區受到限制。
2.土壓平衡式頂管法
土壓平衡就是將刀盤切削下來的土、砂中注入流動性和不透水性的「作泥材料」，然後在刀盤強制轉動、攪拌下，使切削下來的土變成流動性的、不透水的特殊土體使之充滿密封艙，並保持一定壓力來平衡開挖面的土壓力。此法的密封艙設定在工具管的前方，工作人員可在密封艙外，通過操作電控開關來控制刀盤切削和頂進速度。螺旋輸送器的出土量和頂進速度，應與刀盤的切削速度相配合，以保持密封艙內的土壓力與開挖面的土壓力始終處於平衡狀態。
土壓平衡式頂管法常用於含水量較高的黏性、砂性土以及地面隆陷值要求控制較嚴格的地區。其結構形式如圖9-6 所示。
圖9-6 土壓平衡式頂管機示意圖
1—大刀盤；2—大刀盤驅動裝置；3—前殼體；4—加泥（水）裝置回轉接頭；5—糾偏油缸組；6—刀盤驅動電動機；7—螺旋輸送機驅動電動機；8—帶式螺旋輸送機；9—頂管操縱台；10—後殼體；11—螺旋輸送機出土門裝置
3.泥水平衡式頂管法
泥水平衡頂管常用於控制地面變形小於3cm，工作面位於地下水位以下，滲透係數大於 1 0～1cm/s的黏性土、砂性土、粉砂質土的作業條件。其特點是挖掘面穩定，地面沉降小，可以連續出土，但因泥水量大，棄土的運輸和堆放都比較困難。
此法和土壓平衡式頂管法一樣，都是在前方設有密封艙、刀盤、螺旋輸送器等裝置。施工時，隨著工具管的推進，刀盤不停地轉動，進泥管不斷地進泥水，而拋泥管則不斷地將混有棄土的泥水丟擲密封艙。在密封艙內，常採用護壁泥漿來平衡開挖面的土壓力，即保持一定的泥水壓力，以此來平衡土壓力和地下水壓力。
管道頂進方法的選擇，應根據管道所處土層的性質、管徑、地下水位、附近地上與地下建築物、構築物和各種設施等因素確定。本章將重點介紹手掘式頂管法的施工工藝。
三、頂管機型別的選擇
管道頂進方法的選擇，應根據管道所處土層性質、管徑、地下水位、附近地上與地下建（構）築物和各種設施等因素，經技術經濟比較後確定，並應符合下列規定：
（1）在黏性土或砂性土層，且無地下水影響時，宜採用手掘式或機械挖掘式頂管法；當土質為砂礫土時，可採用具有支撐的工具管或注漿加固土層的措施。
（2）在軟土層且無障礙物的條件下，管頂以上土層較厚時，宜採用擠壓式或網格式頂管法。
（3）在黏性土層中必須控制地面隆陷時，宜採用土壓平衡頂管法。
（4）在粉砂土層中且需要控制地面隆陷時，宜採用加泥式土壓平衡或泥水平衡頂管法。
（5）在頂進長度較短、管徑小的金屬管時，宜採用一次頂進的擠密土層頂管法。
合理選擇頂管機的型式，是整個工程成功的關鍵。頂管機選型可參照表9-1。
表9-1 頂管機選型可參照表
注：表中所指地層變形量指d＝2.4m，h＝1.5d的頂管。
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