1、顶管机一机多用技术研究 张国林 吴 祯 李松强 摘 要 在城市基础设施特别是市政管网建设中，管网工程往往包括主管道、支管道，又分为雨污水管、压力管，管径与管材也不一样。因此，一种型号的顶管机无法满足一个工程的需要，为节约成本，急需对顶管机进行改造，使得一种型号的顶管机能满足多种管径或者多种管材的顶管施工。本文依托深圳茅洲河流域（宝安片区）水环境综合整治项目三标段顶管施工，开展了顶管机一机多用的技术研究，并成功的应用于本工程， 为类似工程 施工 提供借鉴。 关键词 顶管机一机多用 刀盘设计 壳体 承插口 变径接头 1 工程 简 况 深圳茅洲河流域（宝安片区）水环境综合整治项目三标段，沙井污水管网
2、接驳完善工程排水体制采用分流制，服务范围为沙井、松岗区域的部分河流的漏排漏截的排污口。该工程顶管工程量约 10.6km，分布在 6 个片区；顶管施工管材材质有三种，包括玻璃纤维增强塑料顶管、级钢筋混凝土顶管和钢管；管径从 DN800 DN2000 不等共有八种管径；顶管穿越地层主要为粉质粘土、砂质粘性土、淤泥质粘土、淤泥、粗砂等地层。 2 顶管机一机多用关键技术分析 深圳茅洲河流域（宝安片区）水环境综合整治项目三标段顶管施 工，顶管管材材质有三种，不同的管径有八种；每个不同的管材外径尺寸不一样，需要匹配的顶管机就不一样。因此，通过对 DN1000 的玻璃纤维增强塑料顶管机进行设计改造，使这台顶
3、管机同时满足DN1000 的级钢筋混凝土顶管、 DN1200 的钢管顶管施工。 3 顶管机设计改造 顶管机设计改造，主要是对顶管机的刀盘设计、壳体尺寸的增加、承插口变径接头等部件的设计加工；通过对一台顶管机进行设计改造，使其同时满足多种管径或管材的顶管施工，达到顶管机一机多用的效果。 3.1 顶管机刀盘设计 刀盘与前方掌子面直接接触，刀盘开口 率设置要合理；刀盘开口率是刀盘面板开口部分的面积与刀盘面积的比值，刀盘切削下来的渣土通过刀盘的开口槽进入土仓。刀盘的开口，必须根据地质条件、开挖面的稳定性和挖掘效率来决定其形状、尺寸及布置。对于泥水平衡顶管机在茅洲河的地质条件下，顶管机刀盘的开口率设计为
4、 28%。刀盘设计如图 1所示。 图 1 刀盘前后布置对比图 由于原刀盘尺寸只适应 DN1000 的玻璃纤维增强塑料顶管（管材外径 1076mm），现将刀盘设计改造适应 DN1000级钢筋混凝土顶管（管材外径 1200mm），同时还将适应 DN1200钢管顶管（管 材外径 1220mm）。 首先，刀盘外径从 1114mm 要扩大到 1260mm，刀盘外径增大后，切削洞的轮廓就变大，适合需要的顶管管径。 其次，刀盘扩大需要加刀具，根据深圳茅洲河顶管的地质情况，增加 6 把小强化刀，大小为 125mm80mm50mm，在刀盘上成“米”字型布置，外加 6 把刀底座加 20mm 厚的钢板，高度比其它切
5、削刀高一点，这样分布在外圆上，可以对掌子面的土体进行切削，大多数切削下来的泥土通过刀盘面板开孔进入泥水仓，少部分泥土挤压到壳体外壁。 3.2 顶管机壳体 顶管机壳体是顶管的主要受力结构，沿顶进方 向分为前壳体和后壳体；施工时切入土层，具有顶进和支撑土体的功能。壳体尺寸要扩大至大于管材外径 40mm。外扩的壳体采用12mm 的钢板包圆，内侧采用加筋板支撑，对接的地方采用槽钢焊接，开有螺栓孔，采用螺栓连接；并留有拧螺栓的操作空间。具体如下图 2 所示。 图 2 顶管机前壳体改造 后壳体也是顶管机的主要受力结构，在顶管中是一个圆环结构，顶管机后壳体与前壳体连接处，后壳体前面要倒 60角，顶管机后壳体
6、与中壳体有一定的间隙，有利于顶管纠偏。顶管机后壳体尾部要焊接法兰板，开有螺栓孔，起到顶管机与管材连接，使得顶管 施工中管材不脱节。后壳体如下图 3 所示。 图 3 顶管机后壳体改造 3.3 承插口变径接头 顶管机尾部承插口变径接头，承插式连接，管材的一端是插口，另一端是承口。承口端口径局部放大，其 内径 比插口端的外径要大，安装连接是把管材的插口插入另一管段的承口内，两口之间环形空隙使用楔形橡胶密封圈，使得承插口连接处密封不渗水。 顶管机承插口原本 只是 适合 DN1000的玻璃纤维增强塑料顶管的连接，为了适应 DN1000的级钢筋混凝土顶管以及钢管，需要重新设计加工一个承插口变径接头（如图
7、4 所示）。 承插口变径接头与顶管机 尾部连接处，存在着一定的间隙，为了防止在顶管施工中漏水，特意在接头中间设计一道凹槽（深 6mm、宽 30mm），凹槽需要精加工，然后在凹槽内安装尺寸规格合适的橡胶密封圈。承插口变径接头另一端与管材连接面，即承插口变径接头尾部，尾部要承受外面土体的压力；由于管材前面插口带有橡胶密封圈，对承插口尾部内侧进行精加工，保证内表面光滑，管材插进来时，不对管材橡胶圈产生破坏，有效的避免承插口尾部连接处渗水现象。 图 4 承插口变径接头图 4 结 语 在深圳茅洲河流域（宝安片区）水环境综合整治项目三标段顶管施工中，对顶 管机刀盘、壳体、承插口变径接头、以及辅助设备钢结构的改造，使得一台顶管机经过改造后能匹配其它管材或管径的顶管施工，改造后的顶管机先后使用在深圳宝安机场抢险工程和沙井街道创新路穿越 107 国道，以及在沙井中心路、新和大道等多个顶段，改造后的顶管机顶进约 3000m。实践证明，改造后的顶管机在现场施工使用中，顶进参数正常，路面无沉降隆起现象，管道平顺坡度符合设计要求，顶段施工过程中道路交通畅通无阻，达到了顶管机一机多用的预期效果，在行业内应用前景广阔。
