局部气压式铲掘进机顶管工法
(上海隧道工程股份有限公司)
上海隧道工程股份有限公司早在十几年前就开始研究顶管施工技术，在70年代初已付诸于工程实践。随着公司顶管技术的发展，公司现已拥有网格式、手掘式、土压干衡式、泥水平衡式、半气压反铲式等各类型工具管，顶管机械已初步形成系列化，并且在工程实践中积累了地下、水下、长距，短距、软土、硬土等顶管施工的丰富经验，公司的顶管技术正以日新月异的姿态高速发展，且已应用于诸多的工程领域。
φ2200半气压式反铲顶管掘进机(简称工具管)。
1 特点
1.1施工占用场地小：只需一个工作井(坑)和一个接收井的场地。
1.2环境影响小：作业无噪声、无振动、无污染，能直接穿越构筑物、河流、各种公共设施及地下管线，是明挖法敷设管道无法取代的工艺。
1.3适应性强：能在各种不同的土层中进行顶管，能进行曲线、直线的顶管和长距、短距离的顶管。
1.4施工质量好：能控制地面沉降、管道接口密封、安全可靠。
1.5适用范围大：适用各种市政管道、工业地下管道的敷设尤其适用于城市交通繁忙，建筑密集及旅游风景区域内的地下管道施工。
2 工具管机械性能和技术参数
工具管由壳体结构、纠偏千斤顶、液压反铲、螺旋输送机、皮带运输机等组成。
2.1工具管形式：局部气压式、壳体外径φ2660mm、长3600mm，前沿角20。
2.2出土方式：反铲掘土、螺旋机出土、皮带机送土的干出土方式。
2.3纠偏参数：8台981kN×l10mm的纠偏千斤顶、工作压力为25．8MPa纠偏角度为2左右，能进行左右上下方位的纠偏动作。
2.4反铲：斗容为0.1m3，挖掘能力15m3／h，工作压力为25MPa，能回转顺时针46°，逆时针52°的角度。
2.5螺旋输送机：正反转动，转速为0~20r．p．m，输出扭矩为500Nm，管轴φ131×18，出土率15m3／h。
2.6皮带运输机：输送能力为l00m3／h，选用YD型油冷式电滚筒作驱动装置。
3 工艺原理
该工法的基本原理是在拟敷设的管道起点处，选建一个顶管工作井或坑，在工作井内安装顶进辅助设备和工具管，地面安装供气、供电、供水及泥浆系统设备，工具管调试、对中调整、穿墙洞外地基加固、工具管出洞、进入正常顶进、顶进中导入测量控制、纠偏控制和泥浆减摩措施，如进行长距离顶进，在适当的管节后面设置中继间接力顶进，工具管进入接收井或坑内．
采用φ2200半气压式反铲顶管掘进机的主要工序流程如下图；
4．顶进施工操作要点
4．1工具管穿墙出洞前的准备
顶管施工最大的特点是整个管道均要沿着工具管的行进轨迹前进，长距离顶管的重要 手段是运用减摩措施和设置中继间接力，以达到长距离顶进的目的，故工具管出洞前的准备工作至关紧要，现列出以下几点供参考。
4.1.1工具管安装就位后的调试和检验应认真做好，发现有漏油，滑气现象应立即捉滑，其最好是在荷载下调试。
4.1.2根据便进坡度和土质情况确定工具管出洞时的状态，且要考虑工具管前沿的作用，还要用测量仪器复核其状态．
4.1.3根据地质资料研制适合本顶管的泥浆。长距离顶管最好配制成A、B浆。
4.1.4进行穿墙洞外的地基处理，可根据当地的地质情况合理经济地选择加固方法。
4.1.5建立顶管顶进时的实用测量网，长距离顶管可采用激光指向仪指向，陀螺仪定向等进行仪器测量。
4.1.6建立安全可靠的供电系统，长距离顶管还要解决电压降，电压降可采用多路电缆供电或设置升压器。
4.1.7建立良好的压浆系统，长距离还要考虑中继压浆站。
4.1.8建立可靠的供气系统，保证气压平衡水土压力，长距离还要考虑通风。
4.2顶进施工
4.2.1反铲挖土在一般正常情况下，按前沿角度阶梯形均匀挖土，在有偏差存在时，应根据测量报表了解工具管所处状态或技术人员的指导进行挖土。
4.2.2顶进过程中一般是边顶边挖边出土，在长距离顶管施工中，由于顶进距离长和设置了中继间，故应按中继间每顶一次的行程换算成出土量，还要考虑出土运输时间。
4.2.3顶进施工中的测量一般是每班进行两次，长距离顶管可每节管节测一次，测量报表要及时送到工程技术人员手里，以便在出现偏差时及时采取控制措施，做到勤纠、少纠使管道顶进保持在设计轴线上摆动前进。
4.2.4为保持良好的施工环境，皮带机下的散土要经常清理，管道内的积水要经常抽干，纠偏千斤顶下的泥水要经常清理。
4.2.5管道内的所有抽泵都应空载起动，并要听一听油泵运转是否正常、有否异声，看一看油接送、油管是否漏油，保证顶进时能正常工作。
4.2.6长距离赝管有若干中继间参与接力顶进，做好中继间动力站、电箱的清洁工作非常重要，它能保证液压油清洁及各种阀件、中继间编组顶进的正常工作。
4.2.7顶管施工、管道内湿度较高，各类电气设备、电缆，电线必须安装牢固、安全，使用正确，修理及时，拆除彻底，防止留下隐患，发生管道内的漏电事故。
4.3触变泥浆减摩施工
4.3.1工具管填进时必须在工具管尾部同步压注触变泥浆，它是保证泥浆套的形成和控制地面沉降的重要手段。
4.3.2工具管尾部的同步压浆量一般是工具管与管节之间的径差空隙的3～4倍，但各个地区的土质情况不同，不能强求统一。
4.3.3研制工具管尾部的泥浆要从支承润滑两方面考虑，结合当地的地质水文资料配制出合适的触变泥浆。
4.3.4经过一段时间的顶进施工，泥浆会失水而降低减摩效果，增大顶进阻力，为充分发挥千斤顶作用，顶进过程中应经常在管道内进行补压浆，一般为每班两次。
4.3.5短距离顶进施工一般可采用配制一种泥浆，长距离顶管施工最好配制两种泥浆，工具管尾部泥浆应具有支承润滑双重作用，管道内补压浆则考虑时应偏重润滑作用，且两种泥浆应分箱储备，分管压注。
4.3.6泥浆配制和管理应有专设人员，施工中应经常测试泥浆的各类指标，严防把恶化泥浆压入管道外壁。
4.3.7根据地质资料，管道覆土厚度严格控制泥浆压力，防止泥浆压出地面、污染环境。
4.3.8经常检验压浆设备的工作情况、检查泥浆管路是否有阻塞，压力表是否完好，并做好泥浆配置的记录工作及每班压浆量、压力的记录工作。
4.4顶进控制及渣土处理
4.4.1反铲工具管不同于刀盘式工具管的纠偏控制，除可用纠偏千斤顶控制便进外，还可采用开挖面不均匀挖土法控制顶进。
4.4.2不论是纠偏千斤顶或挖土法进行纠偏，其纠偏幅度一定要小，一次纠偏量不得超过转角1°，应做到勘测、勤纠、缓纠，少纠。
4.4.3应严格做到根据测量报表了解工具管趋势状态，然后导入相应的控制技术。
4.4.4挖土法纠偏有单边挖土法，导向超前挖土法，无论采用何种挖土法都应根据技术人员的指导进行施工，严禁不听指挥乱挖土。
4.4.5前沿式工具管在顶进过程中常带来工具管旋转，严重影响顶进施工，纠旋可采用压重法和苗沿肋扳前插法来加以控制。
4.4.6前沿肋板前插法即将两块铁板焊接在前沿两腰，前插入土15～20cm，前擂角度根据旋转方向和旋转角度定。
4.4.7反铲工具管的渣土由于螺旋机输出、皮带机运输到管道内的运输工具上，然后外运，很短距离可采用手推车运土，较长距离就应考虑运输机械了，一般采用管道内铺设铁轨，用电机车牵引土箱车外运，这种方法出土效率高速度也较快。
4.5安全和劳动力组织
4.5.1顶管施工时管道内电缆、电气设备众多，应严格执行安全操作"低规"，防止漏电事故发生。
4.5.2顶管施工管道空间狭小，应防止运输工具撞人撞设备事故。
4.5.3开挖面在气压平衡水土压力时，要保证供气系统的完好，防止开挖面因漏气和气压不足而造成开挖面塌方事故。
4.5.4劳动组织如下表(以每班人数计)
5 质量标准
5.1顶进管道施工质量参照GJJ3-90市政排水管渠工程，质量验定检验评定标准中第三章中的有关规程和参照GBJ、141-90给排水构筑物施工及验收规范中的第八章有关规程。
5.2根据地质水文资料配制出适合的泥浆，测出泥浆粘度、比重、滴漏、稠度等数据，为批量生产泥浆提供依据．
5.3按各地区要求严格控制地面沉降。
5.4精心按要求压注触变泥浆于工具管尾，定时补压浆。
6 效益分析
在城市交通繁忙，地面建筑密集或风景旅游区内敷设各种管道，采用顶管法施工具有很高的社会经济效益。特别是穿越河流、铁路的管道施工是明挖法无法施工的，随着城市建设和经济建设的高速发展，顶管法施工越来越多的在工程领域中被采用，尤其半气压或反铲掘机顶管，它与其他工具管类比具有造价低，适应性强，适用范围大，对周围环境影响小等优点，能大大降低工程造价，特别是在硬土层或地下障碍物无法探明的区域尤为适合。
7 工程实例
深圳顶管工程采用半气压式反铲掘进机顶管，二井一线利用10只中继间接力，结合泥浆减摩，成功的一次顶进1053m，创造了国内大口径混凝土管长距离顶进的最新纪录，且有效地控制了地面沉降，穿越了软硬不同的复杂地层和众多的建筑群、地下管线，保证了地面建筑物的绝对安全。有关的主要数据如表3。
