一.概述

　　二.頂管技術(shù)和特點(diǎn)的說明（***）

　　1.如何切削巖盤和破砕礫石

　　2.如何進(jìn)行超長距離頂進(jìn)

　　三.頂管施工法和盾構(gòu)施工法的比較

　　1.需引進(jìn)設(shè)備的性能價(jià)格比

　　2.管材的制作和供應(yīng)

　　3.推進(jìn)距離和速度

　　4.曲線施工的水平

　　5.施工時(shí)的能源消耗

　　6.技術(shù)指導(dǎo)和人員的培訓(xùn)

　　7.施工設(shè)備的実用性和將來性

　　8.施工后的管線耐用性和日常保養(yǎng)問題

　　四.今后的課題和發(fā)展方向

　　1.砂礫地層和巖盤地層兼用機(jī)

　　2.地中對接技術(shù)

　　3.供電

　　一.概述：

　　採用頂管或盾構(gòu)施工法,作為今后一種新的施工法,與定向鉆施工法‘互補(bǔ)’,可以徹底地解決我國廣大地區(qū),特別是內(nèi)陸中西部地區(qū)在砂礫和巖盤中敷設(shè)管路,為西氣東輸,南水北調(diào)等天然氣輸送和給排水工程解決穿山越河提供便利。

　　頂管施工法,目前在國內(nèi)外已極為普及,其布管口徑,従鋼筋混凝土管φ200?3,000mm（鋼管可達(dá)φ3,500mm）（一般管路外徑超過φ3,500mm后,採用盾構(gòu)施工法）。

　　頂管施工的原理,是用頂管機(jī)本體前方刀盤邊切削土體,邊由后部頂進(jìn)裝置將頂管機(jī)連同頂進(jìn)用管一起沿著計(jì)畫管線向前推進(jìn)。被切削的殘土,由水力或土砂壓送裝置送至地面運(yùn)走,前者稱為泥水式頂管,后者稱為土壓式頂管(EPB型)。

　　泥水頂管施工法,不僅可用調(diào)節(jié)排泥量和頂進(jìn)速度來平衡刀盤正面土壓,且可用調(diào)節(jié)送水壓力來平衡地下水壓,控制地表隆沉精度高,故泥水頂管施工法,被廣帆用于穿越江河,鐵道公路和建筑物下的管路敷設(shè)。

　　土壓頂管施工法,使用螺旋輸送機(jī)出土,且對于易崩壊的砂礫地層,可用向頂進(jìn)面注入泥漿的方法有効地防止地層崩壊和礫石大量涌入泥水倉內(nèi)。

　　頂管施工法已有幾十年的歴史,特別是近十年來,已有全方位的發(fā)展,即全土質(zhì)對應(yīng)（當(dāng)然包括砂礫和巖盤地層）,極小半徑曲線和超長距離頂進(jìn)等等。

　　株式會社伊勢機(jī)開發(fā)工機(jī)（以下簡稱伊勢機(jī)公司）,是世界中***只生産頂管機(jī)的専業(yè)公司,31年來全力注重新品種開發(fā),目前已備齊所有機(jī)種,産品遍布世界中33國,至今年年初,已生産各類頂管機(jī)2,000臺以上,総頂進(jìn)距離已超過2,000km。

　　限于篇幅,以下僅就如何對付砂礫,巖盤和超長距離頂進(jìn)等大家關(guān)心的問題,作簡要說明。

　　二.頂管技術(shù)和特點(diǎn)的說明：

　　1.如何切削巖盤和破碎礫石

　　伊勢機(jī)公司針對各種地層,開發(fā)了泥水式為主的各種機(jī)種。

　　用于巖盤頂管的機(jī)頭,其刀盤正面布置有各種刀具,其中的滾輪刀具由能正反旋轉(zhuǎn)的刀盤帯動自轉(zhuǎn),靠刀盤正面壓力,對巖盤進(jìn)行剪切破碎和研軋。被破碎的碎礫石,進(jìn)入刀盤后方的偏心破碎裝置進(jìn)行二次破碎后,由泥水將殘土経排泥管運(yùn)走。該刀盤具有以下二個特點(diǎn)：

　　1）一次破碎用的滾輪刀,其滾輪上的圓型突出部,呈不均等狀態(tài)布置于滾輪上。該布置,是在充分研究了刀盤旋轉(zhuǎn)過程中,使對巖盤的前一次切削和后一次切削不重複在巖盤的同一個點(diǎn)上的原理,従而大大提高了切削効率和滾刀母體的耐用程度。

　　2）二次破碎,是由刀盤后方的偏心回轉(zhuǎn)破碎裝置,依靠該裝置的外圓錐筒和內(nèi)圓錐轉(zhuǎn)子,進(jìn)行擠壓軋砕。因該破碎方法,不是依靠刀盤正面加壓,従而起到了既能破砕礫石,又能保持土體平衡及防止頂管機(jī)旋轉(zhuǎn)的作用。該偏心回轉(zhuǎn)破碎方法,是伊勢機(jī)公司特有的専利,専門用于對付礫石。

　　在對付易崩壊的礫石地層,當(dāng)然採用泥水式機(jī)頭***理想,因?yàn)榭梢运退畨毫ζ胶獾叵滤乐箛姲l(fā)和流失,控制地面隆沉至***小。

　　該頂管機(jī)的設(shè)計(jì),除一般頂管機(jī)所有的方向修正等共有特點(diǎn)和上述性能外,還具有以下専門對付砂礫和巖盤的特殊裝置：

　　1）為防止頂管機(jī)在巖盤頂進(jìn)中旋轉(zhuǎn),頂管機(jī)両側(cè)設(shè)有防旋轉(zhuǎn)掌腳,必要時(shí)由

　　液壓千斤頂操作伸出固定在頂管機(jī)両側(cè)巖盤。

　　2）在頂管機(jī)尾部設(shè)置后方筒,內(nèi)備有液壓千斤頂裝置,可單獨(dú)操作頂管機(jī)前進(jìn)或后退,必要時(shí)用對頂管機(jī)前進(jìn)速度微調(diào)整,在起動或更換刀具前操作刀盤后退,使之暫時(shí)脫離頂進(jìn)面。

　　2.如何進(jìn)行超長距離頂進(jìn)

　　由于頂管是在工作井內(nèi)接續(xù)管子,頂進(jìn)時(shí)整個管段向前推進(jìn),故頂進(jìn)時(shí)的推力,主要是克服管外壁與地層間的摩擦力。而管材的軸向耐荷力有一定限度,如何解決這一対矛盾,施工中採用以下方法：

　　1）在頂管機(jī)后部和各管段內(nèi)通過注漿孔向管外壁和地層間的空隙注入潤滑剤,形成漿套,可大大減低管壁摩阻,其効率在25%?60%（視地層不同而不同）。

　　2）在管段間按一定間隔設(shè)置稱之為‘中継間’的千斤頂組,採用接力方式頂進(jìn)。整個頂進(jìn)結(jié)束后,撤去千斤頂組,使中継間閉合形成一個標(biāo)準(zhǔn)管節(jié)。

　　關(guān)于採用中継間并不影響頂進(jìn)速度的‘分組中継頂進(jìn)’,因限于時(shí)間,對感興趣者可單獨(dú)說明。

　　除了上述減少推力的措施,易損件的在線更換也必須解決：

　　1）在頂進(jìn)中,刀具（特別是滾輪刀具）是主要易損件之一。伊勢機(jī)公司採用能在頂管機(jī)內(nèi)刀盤后方在線更換刀具的形式,是既保証人身安全,又能延長頂進(jìn)距離的有效方法。

　　2）中継間的止水密封圏,也是一主要易損件。採用可在線更換的密封裝置,原理上可無限延長頂進(jìn)距離（該技術(shù)已與國內(nèi)有關(guān)單位合作提供）。

　　三.頂管施工法和盾構(gòu)施工法的比較：

　　這両種施工法各有所長,我僅按施工的實(shí)用性,作以下比較。

　　1.需引進(jìn)設(shè)備的性能價(jià)格比

　　由于頂管施工和盾構(gòu)施工的不同,首先是機(jī)械的后方構(gòu)造：前者用管材,將整個管段向前推進(jìn),后者則採用管片結(jié)構(gòu)組合。

　　其次.伊勢機(jī)公司在機(jī)頭刀盤構(gòu)造上利用33年的頂管機(jī)制作経驗(yàn)再加以創(chuàng)新,,製造出泥水式和土壓式頂管機(jī),其既能剪切巖盤,以偏心旋轉(zhuǎn)法擠壓破碎礫石,必要時(shí)以注漿防止地層崩壊,且具有盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)不可比擬的機(jī)動性如機(jī)身后退,單獨(dú)的方向修正裝置等。

　　盾構(gòu)施工法的設(shè)備,機(jī)頭價(jià)格應(yīng)不相上下,而后方管片安裝用機(jī)械的價(jià)格和管片製造的投入較昂貴。

　　頂管施工,主要従國外導(dǎo)入巖盤和砂礫地層的頂進(jìn)技術(shù),后方配套均可在國內(nèi)解決,即用有限的外貨,導(dǎo)入必要的技術(shù),以***。

　　2.管材的制作和供應(yīng)

　　盾構(gòu)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場。國內(nèi)隧道施工已普及,但目前***小口徑在4m以上,2m左右的管片還未有先例。

　　頂管施工採用的鋼筋混凝土管,口徑従600mm?3,000mm,只要有離心制管設(shè)備,各地均能製造,若使用鋼管,則管材的供應(yīng)更無問題。

　　由于施工隊(duì)伍流動性大,盾構(gòu)施工的管片運(yùn)輸有一定難度,且一旦口徑変化,將重開模具,以后的隠性成本高。

　　3.推進(jìn)距離和速度

　　目前國內(nèi)***長一次連續(xù)頂進(jìn)距離為1,865m。長距離頂進(jìn),在國內(nèi)外均已普及,如目前在江蘇省南通的天然氣輸送管過長江項(xiàng)目研討會上,已在考慮6km頂管技術(shù)。

　　關(guān)于頂進(jìn)速度,有一種認(rèn)為頂管使用中継間,引起速度慢的誤解。実際上長距離頂管,採用‘中継間分組’的頂進(jìn)方法,可達(dá)到與不使用中継間時(shí)的同様速度。

　　而盾構(gòu)施工,因管片的運(yùn)輸和安裝等,其推進(jìn)速度大大慢于頂管。

　　一般根據(jù)地質(zhì)條件,頂管速度介于70?200mm/min程度。

　　4.曲線施工的水平

　　目前伊勢機(jī)公司的曲線施工水平,已能沿半徑50m的急曲線頂進(jìn)。當(dāng)然因施工難度大和成本高,應(yīng)盡量避免小半徑曲線頂進(jìn)施工。

　　曲線施工用的測量裝置,有全站儀、羅盤（包括光紆和機(jī)械式）和激光折射式等,但價(jià)格貴。

　　根據(jù)管道敷設(shè)的一般情況,若以上下曲線為主,建議曲線測量技術(shù)的引進(jìn),分二個階段進(jìn)行：引進(jìn)水壓測量裝置在頂進(jìn)中管理垂直方向曲線,（價(jià)格僅為全方位測量裝置的1/10）,今后根據(jù)技術(shù)進(jìn)歩和工程需要,再考慮引進(jìn)全方位曲線測量裝置為好。

　　5.施工時(shí)的電力消耗

　　頂管施工法,由于無需盾構(gòu)施工法的安裝管片的機(jī)械手和管片運(yùn)送臺車等裝置,整體裝機(jī)容量大大小于盾構(gòu)機(jī)械。

　　加之伊勢機(jī)公司的頂管機(jī),刀盤等重負(fù)荷部分直接使用電力,比起液壓馬達(dá)因使用液壓動力站和中継裝置將電力轉(zhuǎn)換成液壓使用,效率更高。

　　6.技術(shù)指導(dǎo)和人員培訓(xùn)

　　由于伊勢機(jī)公司目前已有35臺套頂管設(shè)備在國內(nèi)施工,加之配套設(shè)備基本採用國內(nèi),故頂管的基本培訓(xùn),擬在國內(nèi)由勢機(jī)機(jī)械技術(shù)工程公司進(jìn)行,可大大節(jié)約費(fèi)用。

　　1）現(xiàn)場操作員,維保人員等一般技術(shù)者,基本在國內(nèi)培訓(xùn)

　　2）***管理和技術(shù)者如現(xiàn)場責(zé)任者,局和公司的管理層（決策,選型和設(shè)計(jì)等）,到國外考察和實(shí)習(xí)。

　　3）施工中,由伊勢機(jī)公司派遣専業(yè)技術(shù)人員到現(xiàn)場具體指導(dǎo)頂進(jìn)操作。

　　7.施工設(shè)備的實(shí)用性和將來性

　　頂管設(shè)備,由于其設(shè)備小巧和組合性強(qiáng),既可用于硬地層和超長距離施工,也可用于其他地層和短距離施工,必要時(shí)根據(jù)土質(zhì)條件可擴(kuò)徑使用,故設(shè)備使用率高。又由于工作井面積大大小于盾構(gòu)機(jī)械,所以在其他工程中,如穿越小山包,城市中的房下頂進(jìn)中也能利用。

　　因設(shè)備的小型化,使頂進(jìn)的前期準(zhǔn)備作業(yè)時(shí)間大幅縮短,也是特點(diǎn)之一。

　　8.施工后的管線耐用性和日常保養(yǎng)問題

　　盾構(gòu)施工,是用管片組合,通過管片之間的止水密封條和螺栓,防止管片和管片之間漏水等的發(fā)生。在施工完成后,需一支維保隊(duì)伍對其作専業(yè)日常保養(yǎng)。頂管施工,若使用鋼管,因用溶接法聯(lián)接,無漏水問題。若用鋼筋混凝土管,僅管與管之間的聯(lián)接採用止水環(huán),且在施工后即作補(bǔ)強(qiáng)作業(yè),故僅有定期検査而無日常保養(yǎng)問題。

　　四.今后的課題和發(fā)展方向：

　　1.砂礫地層和巖盤地層兼用頂管機(jī)

　　由于砂礫地層用和巖盤地層用掘進(jìn)設(shè)備的刀盤面板構(gòu)造（有法蘭盤式、小倒角式和大倒角式等）和刀具的配置結(jié)構(gòu)有較大的不同,后者須具耐磨特性和主要靠刀盤剪切破碎巖石,而前者須具擠壓破碎防止礫石地層倒壊的機(jī)能,同時(shí)両者都須在遭遇粘土?xí)r要防止進(jìn)泥口堵塞和刀具嵌泥的故障,故兼用機(jī)是今后的課題之一。

　　2.地中對接技術(shù)

　　無論頂管和盾構(gòu)施工,一次掘進(jìn)距離超過1000m以上后,在殘土輸送,測量等方面,都変得困難起來,採用地中對接施工法,對一個超長距離的頂進(jìn)段,従両個方向同時(shí)頂進(jìn),頂進(jìn)雙方機(jī)頭在相遇前進(jìn)行地中精確測量確認(rèn)后對接,這様就可在同様時(shí)間內(nèi)使施工進(jìn)度加倍。幾種地下對接的施工方法,目前均處在不斷完善之中。

　　3.關(guān)于供電

　　在超長距離頂進(jìn)施工時(shí),基于安全上的考慮,一般不採用盾構(gòu)施工的高壓供出,而採用管內(nèi)設(shè)置調(diào)頻穩(wěn)壓器供電,目前該設(shè)備的功率有待提高、體積有待縮小。

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