土压平衡顶管机的结构及工作原理

　　土压平衡顶管机主要由顶管机刀盘、大刀盘驱动装置、前后壳体、止转装置、联接两壳体的纠偏油缸组和铰接密封装置、出土螺旋输送机、纠偏油缸液压动力站和液压管路、润滑油脂泵和油脂输送管路、加泥(水)装置、驱动电机电器柜及顶管操纵台等组成。

　　土压平衡必须满足两个条件：1、顶管机在顶进过程中与它所处的土层地下水压力和土压力处于一个平衡状态；2、顶管机的排土量与顶进所占去的土体积也处于一种平衡状态。满足以上两个条件才算是真正的土压平衡。

土压平衡顶管机工作现场

土压平衡顶管机的工作原理：

　　先由工作井中的主顶进油缸推动顶管机前进，同时大刀盘旋转切削土体，切削下的土体进入密封土仓与螺旋输送机中，并被挤压形成具有一定土压的压缩土体；经过螺旋输送机的旋转，输送出切削的土体。密封土仓内的土压力值可通过螺旋输送机的出土量或顶管机的前进速度来控制，使此土压力与切削面前方的静止土压力和地下水压力保持平衡，从而保证开挖面的稳定，防止地面的沉降或隆起。

　　从理论上讲，顶管机在顶进过程中，其中土仓的压力P如果小于顶进土层的主动土压力Pa，即P＜Pa时，地面就会下沉；反之如果P>Pa时，地面就会产生隆起。施工过程中的沉降是一个逐渐演变的过程，尤其在粘性土中，要达到最终沉降所经历的时间会比较长；然而沉降却是一个会立即反应出来的迅速变化的过程。降起的最高点是沿土体的滑裂面上升，并最终反映到距顶管机前方一定距离的地面上，裂缝最高点呈放射状延伸。

　　由于大刀盘无面板，其开口率接近100%，所以设在隔仓板上的土压计所测得的土压力值就近似于掘削面的土压力。

　　顶管机土压力大小的控制与以下几个动力条件有关：

　　与顶管速度有关。如果螺旋输送机出土量不变，顶进速度与土压力成正比，因此，要保持机内控制土压力不变就必须把顶进速度调节在一个适当的范围以内。

　　与螺旋输送机的排土量有关。如果推进速度恒定，那么控制土压力与螺旋输送的排土量成反比。

　　顶进速度和排土量同时改变，也可以保持控制土压力在规定的范围内。当推进速度提高时，土压力随之上升，与此同时，也提高螺旋输送机的排土量。

　　根据顶管机开挖面不同地层的特性，通过向刀盘正面和土仓内加入清水、粘土浆(或膨润土浆)、各种配比与浓度的泥浆或发泡剂等添加材料，使一般难以施工的硬粘土、砂土、含水砂土和砂砾土改变成具有塑性、流动性和止水性的泥状土，不仅能被螺旋输送机顺利排出，还能顶住开挖面前的土压力和地下水压力，保持刀盘前面的土体稳定。

　　若增加刀盘的驱动动力和变换刀盘体，还能在泥岩、强风化与中风化砂岩中掘进施工，也能用于易坍塌的含水砂层以及混有卵石的砂砾层等各种地层，这种顶管机对土层的适应性较强。