泥水平衡顶管掘进机洞内组装施工技术.docx

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泥水平衡顶管掘进机洞内组装施工技术

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丁守阵

摘要：文章以实际工程为实例，针对该工程的具体情况进行了顶管掘进机洞内改造可行性分析，从而制定了对应的泥水平衡顶管掘进机洞内组装实施方案，并对该方案及其组装施工技术进行了详细的研究。

关键词：顶管掘进机洞内组装洞室施工

1.工程概况

顶管隧洞区间全长492.962m，周边环境复杂，自中心公园内SJ4井始发，沿振兴路南侧人行道至SJ4-1竖井接收。其中振兴路南侧管线密集、老旧低层建筑较多，管道与振兴路南侧建筑物水平距离约2.5～3.8m。顶管机以24.03‰设计上坡曲线顶进，区间平面最大转弯半径R=2700m。

原计划拟采用手掘式顶管掘进机施工至SZ1K0+108.6处，再在洞内组装泥水平衡顶管掘进机掘进剩余区段，且将既有DN3200泥水平衡顶管掘进机和洞内原有手掘式顶管掘进机改造为DN3500泥水平衡顶管掘进机。

2.顶管掘进机洞内改造可行性分析

2.1顶管掘进机选型分析

（1）手掘式顶管掘进机：人工或机械开挖，后配套顶进。优势：成本低、施工组织简单、功耗小。缺陷：进度慢、安全性差。

（2）泥水平衡顶管掘进机：刀盘切削泥土，泥水输送弃土，利用泥水压力来平衡地下水压力和土压力。优势：①适用地质范围比较广；②可有效平衡地下水压和土压力，控制挖掘面的稳定，地面沉降小；③泥水平衡顶管掘进机的切削力矩相对其他机种小；④作业环境好，安全；⑤渣土运输为连续作业，有利于保证推进速度，最适宜于长距离顶管；⑥可集中控制，能减少施工人员；⑦非主机等特殊设计的设备通用性强。缺陷：①辅助设备和泥水处理系统数量多、技术复杂、占地大、水电消耗较高。泥水处理过程会产生振动和较大的噪音；②遇到障碍物，处理较困难。

（3）土压平衡顶管掘进机：通过对推进速度与螺旋机排土量的控制使所建立的压力保持稳定，进而减少对地层的扰动，使地层的隆降值控制在一定的范围之内；渣土不需要进行泥水分离等二次处理。优势：①适用在浅覆土的状态下工作；②是全土质的顶管掘进机。③弃土的运输、处理比较方便，费用较少。缺陷：出渣不畅易导致土仓压力大于周围水土压力，引起的深层变形或位移、地表隆起等；特殊地层需进行渣土改良。

结合本区间的工程地质情况及3种顶管掘进机的优劣特点对比分析，经综合考虑，本工程选用泥水平衡顶管掘进机。

2.2泥水平衡顶管掘进机改造可行性分析

本工程拟将既有的DN3200泥水平衡顶管掘进机改造为DN3500泥水平衡顶管掘进机。

（1）动力系统：现有DN3200泥水平衡顶管掘进机动力配置为6台额定功率为37kW的电机，最大输出扭矩2460kN.m。剩余顶管机施工段主要位于砾质粘性土与全风化花岗岩层，顶进阻力较小，岩层强度低，含水率大，扭矩值较小。动力系统满足需求。

（2）刀盘扩径分析：既有DN3200顶管掘进机刀盘直径3880mm，根据设计隧洞的直径，刀盘直径需扩径至4180mm。在原有的刀盘刀具配置的基础上，在刀盘外部0.8m的范围（含扩径部位）增设10把撕裂刀，总计配置76把撕裂刀（软岩刀具、撕裂岩层）、50把刮刀（切削土体）、24把贝壳刀（效果同刮刀）。刀盘扩径后刀具运行轨距满足切削4.18m直径范围内土体，扩径后刀盘满足需求。

2.3组装洞室施工可行性分析

为保证洞内组装时刀盘能自由翻转且预留足够的操作空间，采用矿山法工艺施工组装洞室。由于SZ1K0+108.6～SZ1K0+166.74段隧道底部下伏中风化花岗岩，先采用人工开挖洞室，然后顶管掘进机再空推通过。组装洞室设置于SZ1K0+166.74～SZ1K0+172.54段。刀盘直径4180mm，左右两侧预留85cm空间；保证后续吊运桁架与吊运平台搭设，顶部预留85cm、底部预留30cm空间。断面尺寸为：宽5.8m、高5.3m、长5.8m。

3.泥水平衡顶管掘进机洞内组装实施方案

3.1洞内组装工艺流程

洞内组装工艺流程具体如下：组装洞室施工→验收（若不合格则进行洞外改造，包括刀盘改造和中隔板制作）→刀盘洞内拼接→泥水仓改造→中隔板安装→基座安装→中轴與行星减速器安装→刀盘安装→辅助设备安装→设备调试。

3.2组装洞室施工

原隧道开挖直径为4140mm，采用渐变段形式进行矿山法隧道施工，渐变段采用3榀渐变拱架支护。渐变段完成后按标准尺寸施工扩挖洞室。支护形式：拱架间距50cm，锚网喷支护。

3.3拆解泥水顶管机

3.3.1现有DN3200顶管机构造

分别由开挖系统、推进系统、电气系统、纠偏装置及渣土处理系统5大部分组成。

（1）刀盘包含：刀尖、刀具、刀盘体等。

（2）动力系统包含：齿轮箱、行星减速机、驱动电机等。

（3）电气系统包含：供配电、照明、控制、人机交互、数据采集等等。

（4）纠偏系统包含：纠偏泵站，纠偏千斤顶，油管等。

（5）泥水循环系统