1前言
頂管機是壹種非開挖施工地下管線(外徑可達3.8m)的專用掘進機械設備，其形式已從人工挖擠發展到半機械化。隨著城市建設的發展，對施工周圍的環境保護提出了更高的要求。隨著施工經驗的積累、科技的進步和機電制造水平的提高，頂管機的形式正在向機械旋切、泥水平衡、土壓平衡和能適應軟硬土層的先進機型發展。頂管掘進機切割刀盤的驅動形式有液壓驅動和電機驅動。20世紀80年代初，日本研制出壹種由大刀電機驅動的土壓平衡頂管掘進機。中國第壹家？1440mm大型刀盤電機驅動的土壓平衡頂管掘進機於1992年在上海研制成功。第二個是什麽？2400mm板式大刀電機驅動土壓平衡頂管機，外徑2900mm；1994 ~ 1998年，上海相繼研制成功並成功應用？1650mm，1800mm，3000mm(外徑3540mm)和？多臺大刀電機驅動的2000毫米土壓平衡頂管機；此後，鎮江、揚州、湖北等地的有關廠家也研制出了大型刀盤電機驅動的土壓平衡頂管掘進機；北京市還將能適應砂質土層的頂管掘進機研究與應用技術列為北京市科委科技發展項目。2002年，北京市汙水處理工程頂管施工采用了1大型刀盤式電機驅動的土壓平衡頂管掘進機。2002年底，廣東開發並成功應用了1土壓平衡頂管掘進機，該機由外徑為3600mm的大型刀盤電機驅動..目前，由大刀電機驅動的土壓平衡頂管機在國內已經成為壹個系列，這種頂管方法也被評為國家級施工方法，得到了廣泛應用。
2大型刀盤電機驅動的土壓平衡頂管掘進機
2.1頂管機結構
由大刀盤電機驅動的土壓平衡頂管機主要由大刀盤、大刀盤驅動裝置、前後殼體、止轉裝置、糾偏油缸組和連接兩殼體的鉸接密封裝置、掘進螺旋輸送機、液壓動力站和糾偏油缸的液壓管路、潤滑脂泵和潤滑脂輸送管路、加泥(水)裝置、驅動電機電控箱和頂管控制臺組成。
2.2結構特征
2.2.1大刀頭無面板，由3-4根輻條或加強桿(環板)和軸套組成。根據土質不同，在輻板前設置不同的切割頭，輻板後設置數根攪拌棒，可對密封土倉內的切割土進行連續攪拌，使倉內土具有良好的可塑性、流動性和水封性能，土能順利排出；刀頭中心設有三角形魚尾狀切刀，輪輻上和刀頭中心設有灌漿孔；
2.2.2大刀盤由中心支撐，無大軸承；
2.2.3采用國產行星齒輪減速器和離合器的動力傳動結構，整個刀盤驅動裝置傳動效率高、噪音低、發熱低、安裝維護簡單、運行可靠；
2.2.4由電機驅動的無中軸帶式螺旋輸送機，其出口在端面，能形成長土塞，也能輸送壹定大小的石子和礫石；
2.2.5頂管機的前殼體上裝有壹個分艙板(上面裝有註漿管和土壓力計)，將前殼體分成密封的土艙和動力艙。大刀盤驅動裝置安裝在分格板的中部，螺旋輸送機安裝在分格板的下部；
2.2.6頂管機後殼左側放置整流油缸液壓動力站、電氣櫃、潤滑脂泵，右側安裝控制臺；
2.2.7這種頂管機出洞時不需要液壓動力設備的二次轉換過程，整套設備結構簡單，施工方便，可靠性好。
2.3頂管機的工作原理
首先，工作井內的主頂進油缸推動頂管機前進，同時，大刀片旋轉切土，切下的土進入密封土倉和螺旋輸送機，被擠壓形成具有壹定土壓的壓縮土；通過螺旋輸送機的旋轉，將切下的土壤輸送出去。密封土倉內的土壓力可以通過螺旋輸送機的開挖量或頂管機的推進速度來控制，使土壓力與開挖面前方的靜土壓力和地下水壓力保持平衡，從而保證開挖面的穩定，防止地面沈降或隆起。
由於大刀盤沒有面板，其開口率接近100%，所以隔板上的土壓力計測得的土壓力與開挖面上的土壓力相近。
根據頂管機開挖面不同地層的特點，通過在刀盤正面和土倉中加入淡水、粘土漿(或膨潤土漿)、各種比例和濃度的泥漿或發泡劑，將壹般難以施工的硬粘土、砂、含水砂、礫石土轉化為具有可塑性、流動性和止水性的淤泥質土， 既能被螺旋輸送機順利排出，又能抵抗開挖前的土壓力和地下水壓力，保持刀盤前的土體穩定。
如果加大刀盤驅動功率，更換刀盤本體，也可用於泥巖、強風化、中風化砂巖，也可用於易坍塌的含水砂層、夾卵石的礫石層等各種地層。這臺頂管機對土層的適應性很強。
2.4頂管機的技術參數
表1列出了日本大刀電機驅動的土壓平衡頂管掘進機的技術參數，表2列出了幾種典型的中國大刀電機驅動的土壓平衡頂管掘進機的主要技術參數。
3頂管掘進機的應用
3.1廣東省汕頭市輸水工程
在廣東省汕頭市輸水工程中，有壹根長58m、外徑1400mm的輸水鋼管穿過汕頭市主幹道(金沙東路)。EPB頂管機采用半遙控φ1400mm大刀電機驅動(圖1)。
管道頂進地層為砂土(以中砂為主，也含有壹些直徑為10 ~ 14 mm的貝殼)。地下水位在地表0.5m以下，管道頂部土壤厚3.3m，有復雜的地下管線需要保護。58m頂進13天完成，地面沈降0 ~ 10 mm..
3.2 Xi安排水頂管工程
Xi安有壹條雨水截流幹管，其中B段管道長度為512m，沿途經過居民樓和城市交通要道。設計縱坡7/10000，平均埋深9m。雨水管采用規格為φ3000mm的鋼筋混凝土管，管接頭長2.5m。施工采用φ3000mm大刀電機驅動土壓平衡頂管機，設置兩個中繼間。由於頂進土層為濕陷性粘土，土中有氧化斑和貝殼碎片，層間夾砂，呈濕陷性，硬塑~可塑，土的粘聚力高達45 ~ 45~55kPa。因此，除了刀盤和螺旋機前面的註水口外，頂管機土倉的隔板上還設置了8個註水孔，施工時根據刀盤驅動電機的電流值嚴格控制註水量。施工期間，房屋無裂縫，地面交通正常。施工結束後，整個施工段標高和左右偏差滿足設計要求，沿線地面沈降小於5 mm。
3.3上海汙水處理工程
由大刀電機驅動的φ1650mm(圖2)、93438+0800 mm、φ3000mm(圖3)、φ2000mm在上海汙水處理工程頂管施工中相繼應用，采用恒速開挖、變速頂進的土壓平衡施工技術，安全穿越簡易房屋、鐵路和繁忙交通。
3.4廣州荔灣湖電力隧道工程
廣州荔灣湖φ3000mm電力隧道工程全長400多米。頂管施工采用外徑3600mm的土壓平衡頂管掘進機(圖4)。管道被4 ~ 6 m的土壤覆蓋，處於細砂土層中，地下水位較高。頂管施工從2002年2月初至2003年10月底，歷時約兩個月，安全通過黃沙大道、地下管線、荔灣湖和1號樓基礎(混凝土灌註樁)。
3.5在其他項目中的應用
由大刀電機驅動的土壓平衡頂管掘進機還應用於北京、天津、浙江、江蘇、安徽、湖北、河南、廣東、甘肅等地區的市政地下管線建設。如廣東東莞市截汙幹管工程中，φ2000mm大刀電機驅動的EPB頂管機為871m，φ2400m驅動的EPB頂管機；m大刀電機為400m在天津，西橫堤頂管工程采用φ1800mm大刀電機驅動的土壓平衡頂管掘進機，躍進路頂管工程采用φ2000mm大刀電機驅動的土壓平衡頂管掘進機，掘進350m；安徽蚌埠知止路汙水管網工程采用φ1600mm大刀土壓平衡頂管掘進機，頂進長度740m；甘肅某市天然氣管道黃河穿越工程采用φ1650mm大型刀盤電機驅動的土壓平衡頂管掘進機，頂進長度約150m，管底埋深約20m，穿越地層為泥質砂巖和泥巖。鄭州市市政公司采用2臺φ2600mm大型刀盤式電機驅動EPB頂管施工，每臺頂管機累計頂進長度約3km。
4結論
由大刀電機驅動的土壓平衡頂管掘進機在我國已得到廣泛應用。為充分發揮土壓平衡式頂管掘進機操作簡單、施工方便、土壤適應性強等優點，在砂土、砂礫土或強風化砂巖地層中使用時，應提高頂管掘進機的動力參數、主軸密封的使用壽命和與砂土接觸的結構件(包括工具)的耐磨性，並保證潤滑系統的正常運行。同時加強施工管理，重視和改進施工工藝，根據不同土質在刀盤前端和土倉中加入不同比例和濃度的添加劑；利用管道泵送設備和技術運土，可以進壹步提高頂管施工的效率。
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