一、主要技术参数TP2000顶管机构造请参阅附图1。

TP2400顶管机构造请参阅附图2。

它们主要由切削搅拌系统、动力系统、纠偏及液压系统、壳体、螺旋输送机、机内进排泥系统、测量显示系统、电气操作系统等组成。

这两种顶管机除壳体、刀盘外其它均为通用件。

主要技术参数如下：1．TP2000顶管机壳体外径φ2420mm 2．TP2000顶管机总长4900+12500mm 3．TP2400顶管机壳体外径φ2900mm 4．TP2400顶管机总长4900+12500mm 5．刀盘最大转矩575KN-m 6．刀盘转速 1.53r/min 7.刀盘电机30KW-4(3台) 8．螺旋输送机电机22KW-4 9.螺旋输送机叶片直径φ390mm 10．螺旋输送机转速16r/min 11．螺旋输送机排土量30m3/h 12．纠偏油泵电机 2.2KW-4 13.纠偏油缸总行程70mm 14．纠偏油缸最大推力80T×8=640T15．最大纠偏角度3°16．油泵最高工作压力31.5Mpa 17．装机容量115kw 18．整机重量约30T 19．对抗土压力≤50T/㎡二、主要构造TP2000、TP2400顶管机构造如附图所示。

切削搅拌刀盘布置在顶管机的最前端、泥土舱内。

隔舱板把前壳体分为两舱：左边为泥土舱，右边为动力舱。

螺旋输送机呈倾斜状安装在隔舱板上，螺旋杆伸到泥土舱内。

在隔舱板的中上部两侧开有人孔。

在人孔各安装一只隔膜式压力表。

前、后壳体之间由呈“井”字形分布的8台纠偏油缸联接。

后壳体插入前壳体的间隙里有两道密封圈。

它能确保在纠偏过程中此间隙里不会发生渗漏。

同时，在前、后壳体联接处焊有防偏转装置的插销，有效地防止前、后壳体的相对偏转。

电气控制系统和纠偏油泵均安装在后壳体内，后壳体的左边是电气柜，右边的前部是机内纠偏油泵站，后部是机内操纵台。

操作人员通过机内操纵台来操纵和控制顶管机的所有动作。

在操纵台的立面板上有一只机内状态显示器和一只数字显示的倾斜仪表，能够清楚地反映出顶管机的工作情况，以及顶管机在顶进过程中所处的水平方向的状态，以便于判断高程纠偏的效果和顶管机的趋势。

切削搅拌刀盘由放射状的刀排在轴套上构成。

刀排的前方焊有刀座及刀片，刀排的后方焊有搅拌棒。

轴套用花键固定在主轴上。

主轴与轴套之间有一组特殊的密封装置，它能确保主轴在工作过程中封住泥土和水，不让其侵入到机内。

在轴套的前端焊有一把三角形的中心刀。

主轴安装在主轴箱内，主轴箱固定在隔舱板上。

主轴由3台行星减速器带动。

电动机为30KW-4级。

主轴中心处有两路注浆系统，一路注向刀盘中心处，另一路注向刀盘面板。

在施工中根据不同的土质确定所注浆液的成份及注入的位置，来改良土质的塑性、止水性、流动性。

螺旋输送机是由一个22KW减速机带动螺旋叶片旋转，从而实现腹部排土。

在排土口处设有一个闸门，此闸门是通过油缸控制开启与关闭。

平时应把该闸门关闭，尤其是在操作人员离开操纵台或停顿较长时间时，应该把闸门关闭，以防喷发现象发生。

而正常工作时，该闸门应打开。

纠偏系统由液压动力源、控制阀、纠偏油缸及管路等组成（请参阅附图3）。

液压动力源所采用的油泵为柱塞泵，它的工作压力一般调定在25—28Mp。

安装在阀板上的溢流阀为叠加阀是用以调定系统压力的，其中一组阀是控制螺旋输送机的排土口闸门的，还有四组是控制纠偏油缸的。

为了确保在纠偏以后使纠偏油缸的行程不变，在每组纠偏油缸中均安装了液压锁。

同时，又为了防止受到较大推力及纠偏时8台油缸能正常工作，本液压回路中还设有保护性的阀，可确保动作可靠。

测量系统由两大部分组成，其一是安装在前壳体上的测量靶，其二是安装在前壳体内的倾斜仪、土压力表。

固定在基坑内的激光经纬仪的激光束照在测量靶上，可用它来判断顶管掘进机的方向，高低偏差及纠偏的效果。

倾斜仪也是用来判断前壳体的水平姿态、仰俯状态及偏转的。

倾斜仪的显示在操纵台上，显示器上有两排数值，上面一排表示上仰、下俯，下面一排表示左、右偏转，如果成正值，则表示前机壳处于上仰状态及向右偏转状态，如果是0，则表示前机壳处于水平状态。

如果是负值，则表示前机壳处于俯冲状态及向左偏转状态。

需要加以说明的是，有时因运输或其它原因会造成它的显示误差，所以，每当顶管掘进机放在基坑导轨上时，其倾斜仪的读数是个很重要的原始读数，必须把它记录在案，以便在今后顶进过程中进行分析、比较。

机外电气操纵台的立面板主要是仪表显示板、水平面板主要是控制按钮板。

在立面板上有数据显示、电源电压表、电流表、换相开关、报警指示等。

水平面板上主要控制按钮有:电源的通与断；刀盘的转运、停止；纠偏油泵及油缸的动作；螺旋输送机的动作等。

都是通过操纵人员按下相关的按钮来实现的。

三、土压平衡顶管的施工管理（一）土压平衡顶管的原理土压平衡顶管施工是七十年代发展起来的一种最新的顶管施工工艺，它的工作原理可参见下图其中1—地下水压力、2—静止土压力、3—泥土仓压力。

[A][B]土压平衡顶管的工作原理当图[B]中土压平衡顶管机接通刀盘驱动电动机的电源后，顶管机的刀盘就开始转动，设在每根刀排前面的刀片则开始切削土砂，同时设在刀排后的搅拌棒对泥土仓内的土砂进行搅拌。

如果土砂中的粘粒含量在２０％以上时，可以不必添加作泥材料。

如果顶管机处在砂或砂砾层中且粘粒含量在１５％以下时，则必须向泥土仓内注入以作泥材料为主的浆液，同时把它与被切削下来的土砂一起搅拌。

只有当泥土仓内的泥土被改良成具有较好的塑性，流动性和不透水性这三性””时，搅拌才算成功，作泥材料的添加也才动性和不透水性这““三性算合理。

在顶进过程中，假设顶管机顶部前面土层内的静止土压力和地下水压力之和为A，顶管机泥土仓内的压力为B；假设顶管机底部前面土层内的静止土压力和地下水压力之和为C，顶管机泥土仓内的压力为D，那么要达到土压平衡的必要条件是必须使A=B，C=D，如图[A]所示。

上述这个假设，只是施工过程中的理论控制值。

然而，在不同的土质条件和在不同的施工条件下，我们所采用的实际控制土压力P 会有所不同，并且会允许在一定的范围内的波动。

为此，我们规定了实际控制土压力P，还规定了实际控制土压力P的上下波动范围在20kPa以内。

这在实际施工中，是能较容易地做到的。

下面，我们来详细阐述这个问题。

顶管机在顶进过程中，其土仓中始终有一个压力，我们称之谓控制土压为P。

当控制土压力P小于顶管机所处土层的地下水压力P w 与主动土压力P A之和时，土就涌向顶管机土仓，结果就会造成地面沉降。

其原因往往是由于推进速度过慢，螺旋输送机的实际排土量大于顶管机推进过程的中理论排土量所造成的。

反之，如果当控制土压力P大于顶机所处土层的地下水压力P w 与被动土压力P P之和时，结果就会造成地面隆起。

其原因往往是由于推进速度过快，螺旋输送机的实际排土量大大小于顶管机推进过程的中理论排土量所造成的。

螺旋输送机的正常排土量应该为顶管机推进过程的中理论排土量的９５％～１００％。

所谓土压平衡顶管，实际上就是把顶管机土仓内的土压力控制在顶管机所处土层的主动土压力与被动土压力之间，也即：P A＜P＜P P式中：P A－主动土压力（KPa）；P－控制土压力(KPa)；P p－被动土压力(KPa)。

这样，在整个顶管施工过程中，顶管机土仓内的压力与顶管机所处土层中的土压力终是处于一种平衡的状态，这就是土压平衡顶管机的基本工作原理。

在实际施工过程中，每一项的控制土压力除了计算以外还需在顶进时实测，然后拿实测数据与计算的做比较，修正计算值。

实测的方法是在初始顶进过程中，当机头已完全进入土中以后，需停下来，待4小时以后，观察机头内土压力表的实际读数，此读数即可视为主动土压力，每一顶顶进之前的计算数据均需交监理工程师备案。

由于主动土压力和被土压力之间的压力值范围较广，同时又由于土压力的变化是一个非常复杂的过程，并且，在计算主动土压力和被动土压力时会因为选取的各种参数不准确就很容易造成误差。

所以必须在主动土压力和被土压力之间的这个较大范围中取处于中间的那一段，以减少土压力值的波动所带来的影响。

因此，常用的控制土压力的取值方法是在顶管机所处土层的静止土压力的基础上，规定一个上限和下限，具体的计算公式为：P＝k0•P0式中：K0－静土压系数；P0－静止土压力（KP a）上述静止土压力系数K0在砂性土中可取0.25～0.33之间，在粘上中可取0.33～0.7之间。

而静止土压力则为：P0＝γ•hγ－土的容量（KN／m3）h－覆土深度（m）。

主动土压力P A为：P A＝γh·tg2(450－φ／2)-2C·tg(450－φ/2)式中：φ－土的摩擦角（度）；C－土的内聚力（KP a）。

被动土压力P P为：P p=γh·tg2(450＋φ/2)＋2C·tg(450＋φ/2)控制土仓内土压力的方法有三种：一种是用主顶油缸或第一个中继间的推进速度来调节，在排土量不变的条件下，推进速度快，则土压力上升，反之则下降。

用这种方法调节时，曲线变化的斜率较陡，特性较硬。

第二种方法是利用调节螺旋输送机转速的快慢来调节土压力。

在推进速度保持不变的条件下，螺旋输送机的转速越快，排土量则越大，土仓内的压力就下降，反之则上升。

用这种方法调节时，曲中变化的斜率较平缓，其特性比较软。

第三种方法是利用顶管机后的主推装置和调速螺旋输送机共同来控制土仓内土压力，用这种调节方法最好，但施工成本高。

（二）土体的改良顶管机在顶进过程中如果遇到中粗砂或砂卵石层，则必须通过设在顶管机主轴中间的和刀排上的注浆孔向土仓内注入10%～30%改良土体用的以粘土、膨润土为主的作泥材料制成的粘稠浆液。

加入了这些作泥材料为主的粘稠浆液以后的砂或砂砾，不仅流动性和塑性变好了，而且止水性能也好。

当有良好的止水性的土充满螺旋输送机的壳体内以后，地下水就不会从螺旋输送机内喷发出来，因而，这种土压平衡顶管机又可在地下水位高的土质条件下施工，如在河道底下施工，也会十分安全。

加泥过程应做到：1、对于不同的土质应选用不同的泥浆配比；2、对于不同的土质应注入不同的泥浆量；3、对于注入泥浆的管理必须引起足够的重视；4、对于注入泥浆的管理必须讲科学。

若如在砂卵石中顶进，其主要的圆砾至卵石土、中等密度、饱和状。

砾径一般在30-50mm，大的可达80mm，呈亚圆形，级配较好，中砂和粗砂的含量约为３０％，且渗透系数较大为1.736×10-1。

目前常用的作泥的材料有三种：一种是化学型的高分子材料，其中有聚丙稀酰胺，它的主要原料为丙稀腈。

将它与水的一定的比例混合，经水合、提纯、聚合、干燥等工序即可制成。

它是一种高分子聚合物，易溶于水。

它具有絮凝性、粘合性、减阻性和增稠性等特性。