一、施工原理
泥水平衡機械頂管是一種專業(yè)的非開挖施工技術，它主要是將含有一定的量粘土的且具有一定相對密度的泥漿水充滿掘進機的泥水艙，并對它施加一定的壓力，以平衡地下水壓力和土壓力。泥漿水在挖掘面上形成一層泥膜，加上一定的壓力就可以平衡地下水壓力和土壓力，從而防止地下水的滲透，借助主頂油缸的推力將掘進機頭推入洞口的止水圈，穿過土層往接收井的方向，電動機提供能量，轉動切削刀盤，通過切削刀盤進入土層，最終掘進機和工具管被推到接收井內(nèi)吊起，同時把緊隨掘進機和工具管的管道埋設在兩坑之間，設計管道鋪設完成。
二、適用范圍
本工法使用于人工挖掘困難，危險性大的圓礫層、涌水涌砂、易塌方、含有毒氣體以及路面與建筑物容易遭到破壞的土層。該工法特別適用于穿越道路、橋梁以及建筑物的管道（雨污水管、自來水管、煤氣管等）的施工。
三、泥水平衡頂管機優(yōu)點
1、適用地質(zhì)范圍比較廣，在地下水壓力很高、地質(zhì)變化范圍大等土質(zhì)條件下，它都能適用。
2、可有效地保持挖掘面的穩(wěn)定，對所頂管子周圍的土體擾動比較小，引起地面的沉降比較小。
3、與其他類型的機種相比，泥水頂管的切削力矩小，最適宜于砂礫及硬土里頂管。
4、工作坑內(nèi)的作業(yè)環(huán)境較好，作業(yè)比較安全，由于它采用泥水輸送棄土，沒有搬運土方及吊土等較易發(fā)生危險的作業(yè)?？梢栽诟鞣N環(huán)境下作業(yè)。且挖掘面穩(wěn)定，不會造成地面沉降而影響交通及各種公用管線的安全。
5、泥水輸送棄土為連續(xù)作業(yè)，因而大大提高了推進速度，最適宜于長距離頂管。
四、施工特點
1、頂管機頂進、破碎處理一體化，無需任何輔助工藝。
2、機內(nèi)旁通裝置標準化，大大縮短安裝時間和防止泥水管道的阻塞。
3、激光反射型方向誘導裝置能使操作簡單而精確。
4、適用土層范圍廣，頂管距離長。
5、對水質(zhì)量要求低，泥水經(jīng)過泥水分離后可循環(huán)使用。
6、水拌和泥土通過輸送管道排入凈化池，整個管道保持干燥，施工檢查方便。
7、管頭采用機械掘進，有效的防止塌方、涌水、涌砂及有害氣體等。



五、泥水平衡機械頂管施工工藝流程
六、頂管機操作步驟
1．管節(jié)拼裝：管節(jié)吊放前先檢查止水橡膠圈無翻轉。吊放在前支架上要平穩(wěn)，有漿孔的需注意漿孔的位置。管節(jié)拼裝時兩側要有人觀察，直到止水橡膠圈完全進入鋼套內(nèi)。
2．連接進回水管、壓漿管道后打開工作坑內(nèi)的進回水閥、壓漿閥。
3．連接電纜：①動力電纜、②通訊電纜、③視頻信號電纜、④機頭控制電纜。各電纜接頭連接必須正確并牢靠，洞口預留電纜必須超過管節(jié)長度的1.5倍。
4．機頭送電：檢查機頭和操作臺之間的指令和信號傳輸是否正常。
5．啟動進回水泵：檢查回水管出水是否正常，機頭內(nèi)回水壓力表是否平穩(wěn)。
6．打開截止閥、關閉旁通閥：打開或關閉機頭內(nèi)閥組時要認真仔細的查看壓力表的讀數(shù)。打開截止閥時動作不能過快，以免回水管道淤堵時進水壓力猛增沖破軟管或管接頭。打通回路以后，檢查泥水倉壓力是否正常。
7．啟動刀盤：根據(jù)機頭的轉角確定機頭正轉、反轉。啟動過程中，注意刀盤電流和機頭轉角變化速度。
8．主頂頂進：控制頂進速度應根據(jù)土層、管道覆土、泥漿濃度等綜合因素考慮。頂進過程中需檢查主頂動力站各油管接頭、電磁閥是否漏油，后頂壓力是否正常。
9. 軸線測量、控制：檢查測量儀器是否精確整平、后視點對點是否精確、儀器豎直度盤角度是否正確。調(diào)整儀器目鏡焦距，使激光點清晰的投到光靶上。根據(jù)測量結果確定糾偏方向和糾偏量，嚴格執(zhí)行“勤測、勤糾、緩糾”的原則。
10.糾偏參數(shù)：由于頂管機的口徑不同，所以一次糾偏的行程的上限也不同。以下為正常情況下，頂管機糾偏參數(shù)。
Φ800不大于5毫米、Φ1000不大于5毫米、Φ1200Φ1350不大于6毫米、Φ1500Φ1800不大于7毫米、Φ2400不大于8毫米
11.管道頂進到位


停止刀盤
 

打開旁通閥、關閉截止閥
 

退回主頂油缸并關閉機頭電源，沖洗回水管
 

先停止進水泵，再停止排泥泵
 

關閉進回水閥

拆出管口各管線 頂進參數(shù)記錄

吊放下一節(jié)管
七、技術措施
1、頂管進洞技術措施
為了防止掘進機進洞下沉，可采取機頭固定和洞口處注漿加固的措施。
（1）機頭進洞時，將機頭和后面的管用拉桿連接起來，使之成為一個整體，并在導軌上用兩個手拉葫蘆間隔一米拉緊，從而使機頭沿著導軌方向順利前進。
（2）對洞口進行注漿，注漿完畢后，對洞口的磚縫處鉆洞做實驗，檢查是否有水涌出，如出現(xiàn)水涌就增加注漿排數(shù)，直到不出現(xiàn)水涌為止，這樣就確保掘進機頭順利進洞。
2、安裝洞門止水裝置
頂進前，為了防止洞口處的水土沿掘進機頭外壁與洞門的間隙涌入工作井，在工作井內(nèi)口處安裝一道環(huán)形橡膠止水圈。在頂進施工過程中又可防止觸變泥漿從洞口流失，保證泥漿套的完整，以達到減小頂進阻力的效果。
3、管節(jié)運輸
管節(jié)可由吊車卸到地面指定位置后，再由吊車將地面管節(jié)吊運到工作井內(nèi)的軌道上。
4、管節(jié)頂進
管節(jié)頂進過程中，必須做好頂進軸線偏差的控制和糾偏量的控制。不僅根據(jù)控制臺顯示屏激光點及時調(diào)整糾偏油缸，使其能持續(xù)控制在軸線范圍內(nèi)，而且還要對管道內(nèi)的軸線和標高進行檢測。
5、頂管頂進與地層形變控制
在頂管工程中要根據(jù)不同的土質(zhì)、覆土深度和地面沉降的情況，配合測量報表的分析，及時調(diào)整泥水與土壓平衡值，同時要求坡度保持相對的平穩(wěn)，控制糾偏量（出現(xiàn)偏差及時調(diào)整，不能出現(xiàn)大偏差時才一次調(diào)整到位），減少對土體的擾動。根據(jù)頂進速度，控制排泥量和地層變形的信息數(shù)據(jù)，及時調(diào)整注漿壓力和注漿量，從而使軸線和地層變形控制在最佳的狀態(tài)。
6、頂管進接收坑階段的技術措施
（1）頂管機出洞前洞口土體加固
根據(jù)頂管進展情況，為保證掘進機能順利進入接收坑，防止掘進機出洞后水土沿工具管與井圈之間的建筑間隙涌入接收坑內(nèi)，保證井內(nèi)接頭能順利施工。在掘進機機頭到達接收坑前，對洞口土體進行注漿加固，加固范圍洞口前5米范圍內(nèi)，洞口四周距管道外側2—3米。
（2）掘進機狀態(tài)的復核測量
掘進機進入接收坑前的復核應測量掘進機所處的方位，是確認頂管狀態(tài)、評估掘進機出洞時的狀態(tài)和擬定施工軸線及施工方案等的重要依據(jù)。使掘進機在此階段的施工中始終按預定的方案實施，以良好地狀態(tài)、準確無誤地進入接收坑中。
（3）鑿除磚墻
掘進機進入接收坑前，當接收坑磚墻封門破壞后掘進機頭應迅速、連續(xù)頂進管節(jié)，盡快縮短出洞時間。掘進機整體出洞后應盡快把機頭和砼管管節(jié)分離，并把管節(jié)和接收井的接頭按設計要求進行處理，減少水土流失。
7、泥漿的排放及處理
泥漿處理裝置將沉淀的泥漿通過排泄管排至泥漿池，經(jīng)過處理重復利用。如管道鋪設完畢，直接將其排入廢漿池，然后用汽車運至指定地點廢棄，確保生態(tài)環(huán)保衛(wèi)生。
8、壓漿孔的處理
頂管頂進完成后，對管節(jié)上的壓漿孔清理干凈，并用普通水泥、麻絮等材料對壓漿孔進行封堵措施。
9、頂管施工測量
（1）測量及控制指標
為了保證頂進軸線控制在設計軸線允許偏差范圍內(nèi)，在頂進過程中密切注意激光點的偏向。軸線控制的測量系統(tǒng)設在工作井內(nèi)液壓主頂裝置中間。施工中需經(jīng)常對控制臺進行復測，一保證測量精度，控制臺基礎應用混凝土澆筑在沉井底板上。按獨立坐標系放樣后用測量控制臺使它精確地移動至頂管軸線上，用它正確指揮頂管的施工方向。
（2）施工頂管測量
在后頂觀察臺架設一臺經(jīng)緯儀，通過后視測機頭的光靶及后標點的水平角和豎直角各測一回，編排程序計算頂管的頭部及尾部的平面及高程。
（3）注意問題
頂管施工初次放樣及頂進尤為重要，另外由于頂管后靠頂進中要發(fā)生變化，后臺的布置保持始終不變形、移位來確保頂管施工測量的正確性。
八、機具組成
1、頂管機主機由驅(qū)動裝置、糾偏裝置、切削刀盤和泥水倉組成。
2、頂管機系統(tǒng)設備主要裝置包括操縱室和遙控臺、液壓裝置、后方主油泵、泥水循環(huán)裝置、激光定位裝置、減磨劑攪拌注入裝置、泥水處理裝置。
3、輔助裝置包括起重機、發(fā)電機電焊機等。
4、附屬裝置包括基坑、導軌等。
九、頂管施工中應注意的事項
1、當掘進機停止工作時，一定要防止泥水從土層或洞口及其他地方流失。不然掘進面就會失穩(wěn)，尤其是在進洞這一時間內(nèi)更應防止止水圈漏水。
2、無論何時要注意管縫的密封性，管縫密封性不好時注入管外壁與土層之間的減磨泥漿從管縫漏出，管壁與土層之間無法形成良好地漿套，反而會增加頂管的阻力，影響管道的頂進長度。
3、在掘進過程中，應注意觀察地下水壓力的變化，并及時采用相應的措施和對策，只有這樣才能保持挖掘面的穩(wěn)定。
4、在頂進觀察中，隨時要注意挖掘面是否穩(wěn)定，不定時的檢查泥水的濃度和相對密度是否正常，還要注意進排泥泵的流量和壓力是否正常。應防止排泥泵的排量過小造成排泥管的淤泥和堵塞現(xiàn)象。
5、后背墻的承載力，因為頂力較大，要計算好后背墻的承載力。一旦頂力大于后背墻的極限承載力，后背墻破裂將導致頂管作業(yè)較長時間停頓，長時間停頓直接導致阻力增大，勢必影響工程順利實施。
十、安全措施
1、平臺活動口四周要安裝車固的護身欄，其高度不低于1．2米，出入孔三面要有圍擋，其高度不低于0．5米，二步行人平臺要按規(guī)定設護身欄，并有擋腳板。
2、頂管豎井用的梯子，一般使用定型梯子，梯子固定要牢固，有一定坡度，臨時制作的梯子，蹬距最大不得超過40厘米，橫蹬要堅固。
3、管子在頂進過程中要觀察后背、頂鎬、頂鐵和管口情況，遇有后背傾斜、倒塌、頂力突然增大、頂鐵彎曲、拱起及管子破裂等問題應停止頂進，頂進中任何人嚴禁穿越頂鐵，頂鐵上方及兩側不得站人，要建立健全交接班制度，接班者必須處理完上一班未解決完成留下的問題。
4、頂管施工要有防燃、防爆、防水淹等措施，頂進長度超過50米時，應有預防缺氧窒息的措施。
5、 操作人員上工前不得飲酒，任何在施工前飲酒人員嚴禁進入施工現(xiàn)場。
6、 坑槽深超過2米，高處和交叉作業(yè)人員必須正確戴安全帽。
7、電氣焊工人在操作時必須穿白色工作服，絕緣鞋，戴防護面罩，防護目鏡及電氣焊手套。
8、 電工操作時必須穿絕緣膠鞋、工具齊全、工具必須絕緣良好，并按電工操作規(guī)程操作。
9、其他特種作業(yè)人員都必須持證上崗，并按規(guī)定佩戴勞保防護用品。
10. 吊車作業(yè)，不準超負荷或斜拉斜吊，吊裝散物必須捆扎牢固，不明地下物和不明噸位物不準吊拔，信號工、起重工必須持證上崗。
11. 使用外租機械，要求機械出租單位出具檢驗合格證，簽定安全協(xié)議書，明確責任，在施工前必須由主管施工人員進行書面交底和口頭交底。上下豎井，不準超負荷運行。
12. 各種機械操作人員必須精神集中，操作時嚴禁打鬧、閑談、脫離崗位，有時必須請假，找同等操作人員接替，否則不準脫離崗位。
13. 機械在高壓線一側作業(yè)時，臂桿、吊索具與電線應有足夠的安全距離，在電線下方通過時必須將臂桿落下。
14、嚴格遵守各項操作規(guī)程，精心組織施工，以專檢和監(jiān)督方式為主，實行安全生產(chǎn)一票否決制。做好臨時用電和施工機械安全工作。
15、根據(jù)施工特點編制安全操作的注意事項和具體施工安全措施，并在項目編制安全獎罰制度，每月或者每季度進行安全評比。
16、加強現(xiàn)場環(huán)境衛(wèi)生。