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顶管施工理论

     目前,在顶管施工巾最为流行的有三种平衡理论:气压平衡、泥水平衡和土压平衡
理论。
所谓气压平衡又有全气压平衡和局部气压平衡之分。全气压平衡使用得最早,它是
在所顶进的管道中及挖掘面上都充满一定压力的空气,以空气的压力来平衡地下水的压
力。而局部气压平衡则往往只有掘进机的土仓内充以一定压力的空气,达到平衡地下水
压力和疏干挖掘面土体中地下水的作用。
所谓泥水平衡理论就是以含有一定量粘土的且具有一定相对密度的泥浆水充满掘进
机的泥水舱,并对它施加一定的压力,以平衡地下水压力和土压力的一种顶管施工理
论。按照该理论,泥浆水在挖掘面上能形成泥膜,以防止地下水水的惨透,然后再加上
一定的压力就可平衡地下水压力,同时,也可以平衡土压力。该理论用于顶管施工始于
50
年代末期。
   
所谓土压平衡理论就是以掘进机土舱内泥土的压力来平衡掘进机所处土层的土压力
和地下水压力的顶管理论。
现在,长距离大口径的顶管日渐增多。过去,顶管是作为一种特殊的施工手段,不
到万不得已,一般不轻易采用。因此,顶管常被当作穿越铁道、公路、河川等的特殊施
工手段,施工的距离一般也比较短,大多在20m30m左右。然而,现在则不同,顶管施
工作为一种常规施工工艺已广泛地被业主所接受,而且,一次连续顶进的距离也越来越
长。现在,一次连续顶进百米已是司空见惯的事,最长的一次连续顶进距离可达数干米
之远。
   
常用的顶管管径也日渐增大,实际施工中,最大的顶管口径已达4m。我国和日本都
3m口径的混凝土管列入顶管口径系列之中,德国最大的顶管口径为5m
为了克服长距离大口径顶进过程中所出现的推力过大的困难,注浆减摩成了重点研
究课题。现在顶管的减摩浆有单一的也有由多种材料配制而成的。它们的减摩效果之明
显已被广大施工单位所认识。在粘性土中,混凝土管顶进的综合摩阻力可降到3kPa(0.3
tf
m2),钢管则可降到lKPa(0.1tfm2")
顶管技术除了向大口径管的顶进发展以外,也向小口径管的顶进发展,最小顶进管
的口径,只有75mm,可称得上微型顶管。这类管子在电缆、供水、煤气等工程中应用得
最多。这类管子除了口径小以外还有覆土浅、距离短的特点。过去多采用开挖,现在也
逐渐采用非开挖的顶管技术。
   
过去顶管大多只能顶直线,而现在已发展成曲线顶管。而且曲线形状也越来越复杂
,不仅有单一曲线,而且有复合曲线,如S形曲线;不仅有水平曲线,而且有垂直曲线;
还有水平和垂直兼而有之的复杂曲线等。曲线的曲率半径也越来越小,这些都使顶管施
工的难度增加许多。
   
除此之外,为了适应长距离顶管之需要,已开发出一种玻璃纤维加强管,它的抗压
强度可达90MPa-100MPa,是目前使用顶管用管子的15倍左右。另外,混凝土管的各种
防腐措施也纷纷出台,甚至有用PVC塑料管和玻璃纤维管取代小口径的混凝土管或钢管作
为顶管用管。
   
顶管的附属设备、材料也得到不断的改良,天津市天力通液压千斤顶有限公司秉承在

管掘进机设计领域的核心技术和丰富的施工经验,设计制造出适用于各种地质条件的机械

驱动、液压驱动、变频电机驱动等各种驱动方式的新型顶管机。另外在主顶油缸的改进已

有两级和三级等推力油缸及超长行程油缸。
土压平衡顶管用的土砂泵已有各种形式。此外,测量和显示系统有的已朝自动化的方
向发展,可做到自动测量、自动记录、自动纠偏,而且所需的数据可以自动打印出来。
这些,都使顶管技术迈向了新的高峰。

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