各种顶管机型的优缺点

各种顶管机型的优缺点

蒀对于顶管工程来说，针对不同的土质情况选用不同的机型是很关键的，甚至直接关系 到顶

管施工的成败。 以前所认为的造价越昂贵的顶管掘进机适用范围越广阔的思路已经被实践 证明是不可行的。 例如江苏某公司斥巨资从购买德国某厂生产的岩盘掘进机在软土地基中施工 的失败就已经证明这种概念的错误。 因此，针对性的掘进机选型就成了顶管成败的重中之重了。

蒇相对于进口设备来说，国产设备有以下优缺点：

节优点：

袀

1 、制造成本低： 国内厂家的设备以及劳务成本远远低于国外， 直接导致整体成本的降

低。而且由于是在国内生产，零配件的供应无须进口，因此免除了昂贵进口关税。

薀 2、设计更新快： 目前国产顶管机设计制造水平已逐渐接近国外。 国内厂家在设计制造

中可随时根据用户的要求进行改进， 反馈速度快。 而且目前国外厂家所申请的专利将逐步过期， 在未来的几年中可直接采用国外先进的设计而无需支付高昂的技术转让费用

袈 3、维修及售后服务及时：零配件全部国产化， 维修方便及时， 这点是对于顶管施工来

说尤其重要。对于顶管施工来说，时效性是很关键的，假如设备在施工过程中出现质量问题而 维修不及时，将直接导致摩阻力增大、掘进机头下沉等一系列问题。因此，售后服务的质量在 顶管施工成败中起到很大的影响作用。

羄4、技术培训成本低：进口设备的服务费用由于人工费的高昂等原因造成服务期很短， 一般

来说服务期在 2—3 个星期。顶管是一项高风险、高技术含量的施工工艺，在短期内培训 出丰富经验的技术操作人员几乎是不可能的， 假如出现问题所带来的损失是无法估量的， 国内 专业技术服务公司的服务时间长而且培训费用远远低于国外公司。 厂家的优势是很明显的。

因此， 在技术培训方面国产

袃缺点：

虿 1 、质量可靠性低： 目前国内加工精度和材料综合性能均低于国外厂家， 直接导致故障

率高于进口设备。

羅2、适用范围小：小口径岩盘机系列在国内还是一项空白，因此，对于在地下水位高、

含有大量岩石的土层中施工就只能选用进口设备了

蚆目前顶管所常见的几种土质有五种：

蚂 1、淤泥质黏土： 此种软土的形成是在较弱的海浪岸流及潮汐的水动力作用下逐渐形成 的。

土的颜色多呈灰色或黑灰色，光润油滑且有腐烂植物的气味，多呈软塑或半流塑状态。其 天然含水量很大，一般都大于

30%，饱和度一般大于 90%，液限一般在 35-60% 之间，软土的

天然重度较小，约在 15-19KN/m3 之间。孔隙比都大于 1 ，因其天然含水量高、孔隙比大，就 带来了软土地基变形大，强度低的特点。

蝿2、砂性土：由于曾受到海水的冲击，部分地区沉积层含有海水所搬运的大量沉积物， 其中

主要为细砂及粉砂。由于含黏土的成分较少，我们可称之为砂性土。砂性土的土颗粒较一 般的黏土大，一般在 20卩以上，土颗粒之间的凝聚力较小，呈单粒结构。孔隙比较大，很容易 在水动力的作用下产生流沙现象。

莆 3、黄土：凡以风力搬运沉积又没有经过次生扰动的、无层理的黄色粉质、 含碳酸盐类

并具有肉眼可见的、大孔的土状沉积物成为黄土（也称原生黄土），其它成因的、黄色的、又 常具

膄4、强风化岩：强风化岩是指风化很强的岩

石，

此种土质的组织结构已大部分破

坏，

有层理和夹有砂、砾石层的土状沉积物称之为黄土状土（也称次生黄土）。

物成分已显著变化，含有大量黏土质黏土矿物。风化裂隙很发育，岩体被切割成碎块，干时可 用手折断或捏碎，浸水或干湿交替时可较迅速地软化或崩解。用镐或锹可挖掘，干钻可钻进。

蒁 5、微风化及中风化岩： 微风化岩是指岩质新鲜，表面稍有风化迹象的岩石，强度大 于 50Mpa ，

硬度很高的岩石。 在此地层中顶进较困难， 而且一般顶进距离超过 100 米时需要更 换刀头。中风化岩较软，其组织结构部分破坏。矿物成分发生变化，用镐难挖掘。

衿以上介绍了常见的几种土质， 从 N 值为 3-40 的土质都有。 这就需要针对不同的土质情 况

选用不同类型的顶管掘进机。

螇对于淤泥质黏土，由于其土质较软，切削容易，因此我们可以选用以下所介绍的各种 掘进

机， 对此我们先介绍多刀盘土压平衡式顶管机。 多刀盘土压平衡顶管掘进机把通常的全断 面切削刀盘改成四个独立的切削搅拌刀盘， 所以它尤其适用于软粘土层的顶管。 如果在泥土仓 中注入些粘土，它也能用于砂层的顶管。另外，由于此机采用了先进的土压平衡原理，因此， 采用此机进行顶管施工后，对地面及地下的建筑物、构造物、埋设物的影响较小。用它可以安 全地穿越公路、铁路、河川、房屋以及各种地下公用管线。其最小复土深度可以相当于一倍管 外径左右。从无数的施工实例证明，用此机进行顶管施工作业，不仅安全、可靠，而且施工进 度快、效率高。与单刀盘土压平衡掘进机相比，此机具有价格低廉、结构紧凑、操作容易、维 修方便和质量轻等特点。另外，它排出的土可以是含水量很少的干土或含水量较多的泥浆。它 与泥水式顶管施工相比， 最大的特点是排出的土或泥浆一般都不需要再进行泥水分离等二次处 理。施工占地小，对周围环境污染也很少。它与手掘式及其他形式的顶管施工相比较，又具有 适应土质范围广和不需要采用任何其他辅助施工手段的优点。 如采用输土泵的方式出土， 顶进 效率也很高，平均 24 小时可顶进 15-20 米。但是它的缺点也很明显，由于不是全断面切削， 切削不到的部分只能通过挤压进入机头，因此迎面顶力

较大，只适合于软土地质情况下施工， 如需穿越建筑物、 构造物、 埋设物等对地面沉降要求很小的情况可采用刀盘可伸缩式泥水平衡 掘进机， 此种机头的刀盘是一个直径比掘进机前壳体略小的具有一定刚度的圆盘。 圆盘中还嵌 有切削刀和刀架。刀盘和切削刀架之间可以同步伸缩，也可以单独伸缩。而且，不论刀盘停在 哪一个位置上，切削刀架都可以把刀盘的进泥口关闭。刀盘加压装置是安装在主轴中的油缸， 刀架伸缩油缸则安装在刀盘加压装置的上方。 刀盘可伸缩式掘进机的工作原理如下： 刀盘前土 压力过小时，它就往前伸；刀盘前土压力过大时，它就往后退。刀盘前伸时，应减小进泥口开 度并加快推进速度；刀盘后退时，应加大进泥口开度并降低顶速。这样，就可使刀盘前的土压 力控制在设定的范围内。 使用此种掘进机地面隆沉极小， 优秀的操作人员可使地面隆沉控制在 10mm 以内。由于采用了泥水作为运输介质，在顶进的过程中无需停顿出泥，因此它的顶速也 很快， 24 小时可顶进 20-30 米。缺点也很明显：由于进泥口开度限制，在含有直径大于 6cm 砾石的土层中无法施工。

袆对于易产生流沙现象的砂性土可根据其含水量及其标准贯入度选用不同类型的掘进 机，当

标准贯入度较小时可选用多刀盘土压平衡式掘进机，当标准贯入度较大时，除多刀盘土 压平衡式掘进机以外的以上各种掘进机都适应此种土质。

膀对于地质为黄土的情况下我们可采用单刀盘土压平衡式掘进机和偏心破碎泥水式掘进

机。单刀盘土压平衡顶管掘进机有以下优 点：

1．适用的土质范围非常广。它可以适用

于

为0的淤泥，也可适用于 N 值为 50的砂砾及卵石层，几乎是一种全土质的顶管掘进机，是其 他机型所无法比拟的。 2．施工后地面沉降小。 3．弃土的处理比较简单。 4。可在复土层仅为 管外径 0.8 倍的浅土层中施工。 5．有完善的土体改良系统和具有良好的土体改良功能。 口率达 100％，土压力更切合实际。

6．开

罿对于地质为强风化岩的情况下我们可采用偏心破碎泥水式掘进机。此机种与普通泥水 掘进

机的最大不同点是其头部。壳体内的泥土仓是一个前面大、后面小的喇叭口，喇叭口的内 壁是用耐磨焊条堆焊的一圈环形焊缝。安装在壳体泥土仓内的是一个前面小、后面大的锥体， 锥上也堆有一环环形焊缝。切削刀呈辐条形焊接在该锥体上，且略微向前倾斜。刀盘的正面焊 有坚固而且耐磨的切削刀头，所有这些构成一个刀盘。这样，在掘进机工作时，刀盘一边旋转 切削土砂的同时还一边作偏心运动把石块轧碎。 被轧碎的石块只有比泥土仓与泥水仓联接的间 隙小才能进入掘进机的泥水仓，然后从排泥管中被排出。另外，由于刀盘运动过程中，泥水仓 和泥土仓中的间隙也不断的由最小变到最大这样循环变化着，

因此， 它除了有轧碎小块石头的

功能以外还始终能保证进水泵的泥水能通过此间隙到达泥土仓中， 从而保证了掘进机不仅在砂 土中，即使在黏土中也能正常工作。一般情况下，刀盘每分钟能旋转

4--5 转， 每当刀盘旋转一

圈时，偏心的轧碎动作达 20-23 次。由于此机型有以上这些特殊的构造，因此它的破碎能力是 所有具有破碎功能的掘进机中最大的，破碎的最大粒径可达掘进机直径的

40%--45% 之间，破

碎的卵石强度可达 200Mpa 。此机型的第一个特点就是它几乎是全土质的掘进机。它可以在 N 值从

0--15 的黏土， N 值 1--50 的砂土以及 N 值 10--50 的砾石层等所有土质中使用，而且推进

速度不会有太大的变化。它的第二个特点是破碎粒径大，可达掘进机直径的 它的40%--45% 之间 第三个特点是施工精度高，施工后的偏差极小。它的第四个特点是由于有偏心运动，进土

的间隙又比较小，即使用清水作为进水，也能保持挖掘面的稳定。它的第五个特点是可以进行 长距离顶进，也可用于曲率半径比较小的曲线顶进。它的第六个特点是施工速度快，每分钟可 进尺

100mm--180mm 之间。它的第七个特点是结构紧凑、维修保养简单、操作方便。无论在 工作坑中安

装还是在接收井中拆除都很方便。

膈如顶进管道轴线附近可能存在大的石块，桩基础等不明障碍物。我们采用排障方便、 成本

低廉的敞开式掘进机。地下水位较高的话可采取井点降水等辅助施工方法。另外，对于含 水量较少并且 N 值大于 18 的黄土和强风化岩，也可采用敞开式掘进机顶进。敞开式掘进机在 类似于农田对地面沉降要求不严格的情况下也可采用。 此种机型的缺点是顶速慢、 遇到流沙土 层难以控制出土量，因此沉降也是大于以上几种顶管掘机的。

莃网格水冲式掘进机具有土压式以及泥水式顶管机的优点，这种掘进机头在遇到障碍物 时工

人可进入泥水仓排除障碍物，而且由于采用水力出泥，顶进速度也不受出泥速度的影响， 因此当土质条件较好时是一种经济实用的掘进机。 但这种掘进机也有它的局限性， 首先要求土 质比较软， 土体的孔隙比要小， 而且要求有足够的清水作为水源， 泥浆处理以及用电量都很大， 使用成本较高。当遇到沙土层时，由于沙土的透水系数很大，用于平衡正面土压力的气压很容 易从沙土的间隙泄露，因此也就很难做到平衡，因此在沙土中顶进沉降很难控制。

芃中风化岩以及弱风化岩条件下如果地下水含量较高就只能采用岩盘顶管机了。该机型

的刀头类似于牙轮钻，可以在岩石中顶进，也是一种全土质的机型，但该机种的造价很

高，而

且目前在国内是一项空白

以上几种掘进机的性能比较表如下:

聿

环境影 小 响 小 小 大 大 大 掘进速 -一* 较快 快 快 快 度 般 较 砂 耗电量 较 一般 较大 适 不 适 适 适 较大 大 适 大 适 型 土 用 多 用 劳动力 用 -** 用 用 一般 多 用 多 般 环境影 小 小 大 大 大 响 掘进速 慢 较快 快 快 度 不 黄 土 较 不 适 较大 耗电量 适 小 适 适 一般 适 大 适 用 用 劳动力 用 较少 用 一般 多 用 用 多 环境影 小 小 大 大 响 掘进速 慢 度 强 风 较快 较快 快 不 小 适 不 一般 适 适 较大 耗电量 适 适 适 较大 用 用 多 化 岩 劳动力 用 较少 用 用 一般 用 多 环境影 小 小 大 大 响 掘进速 如 慢 快 度 含 水 不 不 不 不 适 小 大 适 耗电量 岩 量 劳动力 小 适 适 适 石 大 用 多 用 用 用 用 环境影 适 小 响 小 用 For pers onal use only in study and research; not for commercial use