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顶进过程中的平衡

顶管是利用主顶千斤顶及管道中继间千斤顶的推力，将工具管或掘进机从工作坑内穿过土层一直顶推到接收坑，同时，将紧随工具管或掘进机后的管道埋设在两坑之间。顶管法有人工顶管与机械顶管之分：

人工顶管：施工人员位于所铺设管道的前端，直接与土体接触，采用人工挖土的方式破碎工作面的土体，工作面的土体为自然平衡，适于地层不含地下水(或已经采取降水处理)、工作面稳定、土体能够实现自支撑的情况下施工。存在地表沉降或地层坍塌的危险，对地面上铁路、公路等建筑物构成了威胁，同时，对施工人员的生命安全也构成了威胁。这种方法通常施工长度小于50米，适于在稳定的粘性土层施工。

机械顶管： 在所铺设的管道前端由顶管掘进机代替人工挖土，掘进机的前端封闭，将土体与施工人员及管道隔开，它在顶进操作时，掘进机与土体处于平衡状态，不会发生塌方、流沙、透水等危害人身事故，施工过程中不需降水，适于在各种土层中施工，不但适于粘性土层，也适于无粘性的松散土层，甚至在硬岩层及破碎岩层中也能正常顶进，顶进长度可达上千公里。

相比而言，机械顶管比人工顶管的优势更明显，顶进过程中沿线不须降水，顶进距离较长，适于穿越高速公路、铁路，也可以进行绕过障碍物的曲线顶管，适应的土质范围宽广。

机械顶管掘进机的基本原理是：先由工作坑中的主顶油缸推动顶管机前进，同时，刀盘旋转切削土体，切削下的碎土进入顶管机前端的土仓，土仓在顶管机推进时受到挤压，形成土压，这个土压与顶管机前端土层压力相等，达到平衡，所以不会发生土体的塌方，也不会发生前方土体的隆起，对于施工人员、设备及地面、地下的建筑物来讲都非常安全。

顶管机与周围土体的平衡是动态的，顶管机具有动态地控制这种平衡的能力。见图三，如果土仓压力过大，顶管机可以增加排土量，将多余的碎土排出，减小土仓压力，使土仓压力与土体压力仍然平衡；如果土仓压力过低，顶管机后部的顶进油缸向前推进.

安装注意事项：

1、 中继间每次顶程不宜超过20厘米，顶程过大将导致剪力增大，而使剪力楔等设施带来困难。

2、 钢护套是为防止泥土侵入箱体而设，故板宽按千斤顶伸长量加15厘米的搭接量确定，使泥土不能侵入为宜，板厚一般可用8~10毫米，并以螺距为20~35厘米的螺栓固定在前进节的箱体上。

3、 千斤顶的数量按所需顶力大小决定。

4、 千斤顶的放置有如下两种方法:

(1)在中继间前进节箱体底板端部将钢筋截断留出镐窝，然后将千斤顶放在镐窝内进行顶进，顶完后将截断的钢筋焊上，灌注混凝土恢复箱体原貌。

(2)千斤顶放在箱涵底板上，并在底板端部修筑顶墙，顶墙壁的截面尺寸及放置多少抗剪钢筋按顶力大小计算确定，顶完后将顶墙凿除。

5、 中继间接缝处，止水带的连接工作十分重要，如按一般接缝处理，不设止水带时，往往由于结构的不均匀沉陷，致使接缝止水失效。因此采用预留缺口，然后设橡胶止水带的方法，使止水带既能止水又能适应结构的沉降要求。

6、 预制主体结构时应同时预埋螺栓，预留孔槽，设置钢护套底板及灌注顶墙或预留镐窝等。

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工作井接受井施工完成后，顶管机械进场。顶管机械分为以下几部分：

1、控制系统，一般是一个控制箱，采用计算机计算控制顶力大小及顶管顶进的方向；

2、顶力系统，包括后背墙，导轨及千斤顶，施工时，通过这些工具将管道顶进土层；

3、动力系统，顶管机头选型的好坏将影响整个顶管施工过程，需按勘察土质进行选型，以达到顺利顶管；

4、泥浆系统，要求有进水管，水通过进水管从机头进入泥层，在机头的搅拌下，形成泥浆，用泥浆泵抽出泥浆，排放到泥浆池，后运走。

泥水平衡顶管机械顶管如下：

成套顶管机械进入现场后，将控制柜放在顶管井一侧，稍微离井边一点，方便操作人员看到井下顶进情况。先浇筑好背靠墙，安装导轨，千斤顶，打凿好洞口，吊管下井，安装好进水管和出泥管。开始启动机械，将水送入土层，同时转动机头，将土变成泥浆，抽出排出泥浆，机头前方出现空洞，启动千斤顶将管道和机头一起顶入土层。如此循环，将机头顶至接受井，打凿后，吊出机头就完成一段机械顶管。

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