摘要 本文初步分析了目前顶管技术特点，并着重从武昌地区的土质特点对机械顶管选型作了初步探讨。
关键词 武昌 顶管 施工 技术
1、顶管的技术特点
作为非开挖技术中的一项重要技术，顶管技术是极为重要的一种都市铺设管道的施工手段，采用顶管施工法铺设管道具有如下优势：
（1）顶管施工是顶管铺管技术的一种，在国外已广泛使用，在国内也已逐渐普及。不开挖地面能穿越公路、铁路、河流，甚至能在建筑物底下穿过，是一种安全有效地进行环境保护的施工方法。
（2）顶管施工不开挖地面，故而被铺设管道的上部土层未经扰动，管道的管节端不易产生段差变形，管道使用寿命亦大于开挖法埋管。
（3）采用房下顶管施工法能节约一大笔征地拆迁费用，减少动迁用房，缩短管线长度，有很大的经济效益。
（4）顶管施工范围的扩大，顶管机械的性能越来越适应各种土质，特别适用小型管径管道的非开挖铺设。
2、武昌地区管网特点
武昌市区管网有如下特点：
（1）在老城区各种管网相互交错，很多管线地下位置不明。
（2）武昌最近几年建设的管网由于未能充分考虑地区经济发展的改造，使得铺设的管线不能满足发展的要求，所以造成在相同位置不同深度不断埋设相同功能的管道的现象，从而引发各种施工问题。
（3）武昌在进行道路扩建、改建、新建的同时需要埋设大量雨、污水管线，按照规划原则各种管线的位置基本在机动车道下面。
（4）为满足城市发展的需要，城市供水管道和排污管道的铺设量非常大，需要穿越道路、湖塘、各种建筑物。先进的顶管设备与顶管施工工艺可以比较好的解决市政管线铺设所遇到的困难。
3、武昌地区常见土质
通过调查，在武昌地区目前顶管所常见的有如下几种土质：
（1）淤泥质粘土：此种软土的形成是在较弱的江、湖、池塘及生产生活用水的水动力作用下逐步形成的。
（2）砂性土：由于曾受到江水的冲击，部分地区沉种层含有江水所搬运的大量沉积物，其中主要为细砂及粉砂。
（3）黄土：凡以风力搬动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、大孔的土状沉种物成为黄土（也称原生黄土），其它成因的、黄色的、又常具有层理和夹有砂、砾石层的土状沉积物称之为黄土状土（也称次生黄土）。
（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，矿物成分已显著变化，含有大量粘土质粘土矿物。
（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。
4、针对不同土质选用不同机型：
（1）对于淤泥质粘土，由于土质较软，切削容易，因此我们可以选用以下各种掘进机。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，因此对地面及地下的建筑物、构造物、埋设物的影响较小。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。最小复土深度可以相当于一倍管外径左右。从公司实施的武昌二郎庙污水管网工程顶管实例证明，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，只适合软土地质情况下施工。
（2）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。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。使用此种掘机地面降沉极小，优秀的操作人员可使地面降沉控制在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。
（3）对于易产生流沙现象的砂性土可根据含水量及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。
（4）对于地质为黄土的情况下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；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；⑥开口率达100%，土压力更切合实际。
（5）对于地质为强风化岩的情况下我们采用偏心破碎泥水式掘进机。此机与普通水泥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嗽叭口，嗽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，锥上有环形焊缝。切削刀呈辐条形焊接在该锥体上，略微向前倾斜。刀盘的正面焊有坚固耐磨的切削刀头，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。另外，由于刀盘运动过程中，泥水仓和泥土仓中的间隙不断的由最小到最大而循环变化。因此，除了有轧碎小块石头以外还始终能保证进水泵的泥水能通过此间隙达泥土仓中，从而保证了掘进机不仅在砂土中，即使在粘土中也能正常工作。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的粘土，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料径大，可达掘进机直径的40～50%。它的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。它的第五个特点是施工速度快，每分钟可进尺100～180mm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接收井中拆除都很方便。
（6）如顶进管道轴线附近存在大的石块、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。
（7）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，要求土质比较软，土体的孔隙比较小，要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。
（8）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。
5、基本结论
