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摘要：顶管工程施工成败的主要因素取决于顶管机的选型，不同类型的顶管机适应性也有所不同，因此要依据实际的工程水文地质情况，并结合工期、造价、安全及相关的技术要求规范等进行合理选型。
关键词：顶管机；选型原则；适应性
中图分类号：S276文献标识码： A
前言：伴随中国城市化大发展的进程，城市基础实施建设越来越多。2012年北京市遭遇大暴雨，由于城市排水能力偏低，基础设施建设长远考虑不到位，造成城市内涝、交通瘫痪、79人遇难，产生了严重灾害，这让我们反思应该如何加强现代化城市地下管网的建设和配套管理，完善城市排水防涝应急体系建设。无论是城市电力、轨道交通、供水、排污还是排水防涝系统等建设的迫切要求使得非开挖技术应用越来越广泛。
一、 顶管法的优点及应用
非开挖技术被广泛应用于穿越公路、铁路、建筑物、河流以及在闹市区、古迹保护区、农作物和环境保护区等不允许或不能开挖条件下进行煤气、电力、供排水管道、通讯、地下通道、天然气管道等的铺设、更换和修复。
顶管法是地下管道非开挖法施工中应用较为普遍的一种，它是将管道敷设由明挖改为暗挖，采用顶管法施工减少了对交通、市民正常活动的干扰，减少了不必要的拆迁和对建筑物的破坏，降低了对市容和环境卫生的影响，降低了施工综合成本、缩短了施工周期，尤其是在施工场地小，地面建筑物众多、地下构筑物和管线复杂的市区进行施工非常具有优越性，因此顶管机在市政基础实施建设中应用越来越广泛。
二、 顶管机的分类
顶管机可分为开敞式顶管机和密闭式顶管机。开敞式顶管机有手掘式、挤压式、网格式等；密闭式顶管机根据工作面的平衡原理又可分为气压平衡式顶管机、泥水平衡式项管机和土压平衡式顶管机。
1.顶管机的选型原则
顶管机选型的主要依据是施工区域的实际工程水文地质，并结合工期、造价及相关的技术要求规范等进行总体概况分析，按照适应性、安全可靠性、经济实用性原则进行选型。应对工程水文地质作全面详细的分析，尤其是各个地段的关键地质数据，预测各种可能出现的施工难点，并制定应对措施，依此作为依据确定顶管机的结构形式、功能及参数等。
2、 适应性
（一） 适应相应的工程地质：地质水文条件是顶管机选型首要考虑的因素，因此要求地质资料尽可能详细准确，充分了解土层的物理性质（颗粒组成、含水量大小、渗透系数）、力学参数（标准贯入值、内聚力及内摩擦角）、分布状况（分布范围及埋深）、开挖面的稳定性等，从而选取适应该地质的机型、刀盘结构、刀具种类及出土方式等至关重要。
（二）适应工程设计的相关要求：符合设计要求和相关规范等，如顶管的直径、顶进距离、覆土深度、地下水位、地下管线布置、地上构筑物分布情况、地面沉降量控制要求等。
3、 安全可靠性
顶管机的安全可靠性:由于顶管机是在地下进行施工作业，具有有一定的危险性，考虑顶进距离、地质情况，刀盘是否具有防耐磨设计、刀具磨损是否满足，中途是否需要更换刀具等，设备要具备密封防水、防火及有害气体检测等功能，以确保可以顺利完成施工。
4、 经济实用性
对设备的技术选型确定后，同时也要考虑设备的造价及维护成本等经济性因素、维护方便和易操作性。
1、 设备造价和维护：设备的性价比也是顶管机选型的一个重要因素。当顶管机发生故障后，能够快速通过查找及维修排除故障，维修方便，配件易采购，维护成本低。
2、 设备耐用和易操作：产品使用故障少、寿命长，操作简单、方便、易使用。
三、頂管机适用性分析
随着社会的发展和施工技术的进步，以下仅对应用较为广泛的密闭式顶管机作分析。
1、气压平衡式顶管机
气压平衡式顶管用于手掘式工具管或半机械式的顶管施工中，其基本原理就是使挖掘面与保持一定压力的压缩空气相接触，以起到两个作用:一方面用来疏干开挖面上土体中的地下水，另一方面用来保持挖掘面的稳定。
气压平衡式顶管施工适合在含水量较大的粉砂层进行作业，且管道上方有能够密封住压缩空气的足够厚的覆土层或粘土层，通常用于排除顶管中可能遇到的障碍物。对土层扰动较小，弃土含水量少，便于输送。但是压缩空气容易渗漏，对土质及周围环境等有特定的要求。
2、 泥水平衡式顶管机
泥水平衡式顶管机的工作原理是往泥水仓中充入一定压力的泥水来平衡地下水压力和土压力，同时把切削下来的泥土转换成泥浆，使用排泥泵排到工作井外进行循环作业。输送到泥水仓内的必须是比重在1. 03 -1. 30之间的泥水而不允许用清水，泥水可在开挖面上形成一层泥膜，这层泥膜可以平衡地下水压力，防止泥水向外溢出，同时又可防止地下水向内渗透，而清水不具备这种特性。
2.1泥水平衡式顶管机的适应性分析：
(1)适应地质范围比较广，在含水量大的地层较有优势，在水压较高地段也不会发生喷涌现象。
(2)控制好泥水压力，保持开挖面稳定，引起的地面沉降量较小。
(3)采用泥水管道输送弃土，可以连续作业，因此顶进速度较快。
(4)总推力比较小，尤其在粘土层表现的更为突出，所以适合长距离顶进。
(5)顶管外径一般从250mm到4000mm左右。
(6)弃土处理成本高，尤其是黏粒太多的土质，泥水分离困难，且在施工场地狭小的地区运输和存放比较困难。
(7)不适用于在浅覆土层及渗透系数大的土层中施工。
施工应用：北京回龙观至清河污水处理厂连通管线工程—穿越土层为灰色粉质土和细砂，施工区域经过一座游泳池、戏水乐园和商业街，管道覆土深度9.6米，线路全长198米，综合考虑后选用泥水平衡式顶管机作业，施工顺利完成且地面沉降很小。
3、土压平衡式顶管机
土压平衡式顶管机的基本工作原理是先由工作井中的主顶进油缸推动顶管机前进，同时刀盘旋转切削土体，切削下的土体进入密封土仓被挤压，形成一定的土压；再通过螺旋输送机输送出切削的土体。控制螺旋输送机的出土量或顶进速度来控制密封土仓内的土压，使此土压与切削面前方的静止土压和地下水压保持平衡，从而保证开挖面的稳定，防止地面沉降或隆起。
3、1土压平衡式顶管机适应性分析：
(l)适应地质范围广：比较适用于粉土、粘土、黄土；加入适当土体改良剂后可适用于砂性土、部分风化岩及小粒径的砾石层，但施工成本提高。
(2)能够保持开挖面的稳定，引起的地面沉降量小。
(3)可在浅覆土层下施工，最小覆土层厚度为0.8倍管的外径。
(4)采用螺旋输送机进行出土，可以输送不超过螺旋输送机内径1/3的砾石，弃土处理容易且成本低，但施工顶进速度略慢，顶管外径一般在1200mm以上。
(5)在黏粒含量较少的土层、砂砾层中施工，则必须添加土体改良剂保持一定的粘度和相对密度，维持开挖面的稳定，因此提高了施工成本。
(6)开挖面若遇到较大的障碍物则不易处理，因此在施工前要作详细的地质勘查。
(7)在含水量较大的土层中施工时，可能会产生喷涌现象，给施工带来危险。
施工应用：西安排水顶管工程—穿越土层为粘土及黄土，层间夹砂，使用Ф3000mm的钢筋混凝土管，管道总长512m，采用土压平衡式顶管机施工，施工后经测量沿线地面沉降量小于5mm。
四、 结论
非开挖施工技术彻底解决了管道施工对城市建筑物的破坏和道路交通的堵塞等难题，在稳定土层和环境保护方面凸显其优势，因为地下管线复杂的城市，这种技术使用相当重要，而顶管机是施工技术的核心关键，选型是施工的最要因素。综合以上分析，顶管机的选型要依据工程水文地质并结合施工要求、相关规范及综合比较技术性和经济性等因素进行选定，从而选择最适合机型和施工方式确保施工能够顺利完成。
参考文献
[1]葛春辉. 顶管工程设计与施工. 中国建筑工业出版社，2012
[2]吴荣荣，罗漪. 复杂地质情况工程顶管掘进机的选型分析. 福建建筑，2013年第6期
[3]中国地质大学. 顶管施工技术及验收规范. 人民交通出版社，2007
[4]余彬泉，陈传灿. 顶管施工技术. 人民交通出版社，2003
关键词：顶管机；选型原则；适应性
中图分类号：S276文献标识码： A
前言：伴随中国城市化大发展的进程，城市基础实施建设越来越多。2012年北京市遭遇大暴雨，由于城市排水能力偏低，基础设施建设长远考虑不到位，造成城市内涝、交通瘫痪、79人遇难，产生了严重灾害，这让我们反思应该如何加强现代化城市地下管网的建设和配套管理，完善城市排水防涝应急体系建设。无论是城市电力、轨道交通、供水、排污还是排水防涝系统等建设的迫切要求使得非开挖技术应用越来越广泛。
一、 顶管法的优点及应用
非开挖技术被广泛应用于穿越公路、铁路、建筑物、河流以及在闹市区、古迹保护区、农作物和环境保护区等不允许或不能开挖条件下进行煤气、电力、供排水管道、通讯、地下通道、天然气管道等的铺设、更换和修复。
顶管法是地下管道非开挖法施工中应用较为普遍的一种，它是将管道敷设由明挖改为暗挖，采用顶管法施工减少了对交通、市民正常活动的干扰，减少了不必要的拆迁和对建筑物的破坏，降低了对市容和环境卫生的影响，降低了施工综合成本、缩短了施工周期，尤其是在施工场地小，地面建筑物众多、地下构筑物和管线复杂的市区进行施工非常具有优越性，因此顶管机在市政基础实施建设中应用越来越广泛。
二、 顶管机的分类
顶管机可分为开敞式顶管机和密闭式顶管机。开敞式顶管机有手掘式、挤压式、网格式等；密闭式顶管机根据工作面的平衡原理又可分为气压平衡式顶管机、泥水平衡式项管机和土压平衡式顶管机。
1.顶管机的选型原则
顶管机选型的主要依据是施工区域的实际工程水文地质，并结合工期、造价及相关的技术要求规范等进行总体概况分析，按照适应性、安全可靠性、经济实用性原则进行选型。应对工程水文地质作全面详细的分析，尤其是各个地段的关键地质数据，预测各种可能出现的施工难点，并制定应对措施，依此作为依据确定顶管机的结构形式、功能及参数等。
2、 适应性
（一） 适应相应的工程地质：地质水文条件是顶管机选型首要考虑的因素，因此要求地质资料尽可能详细准确，充分了解土层的物理性质（颗粒组成、含水量大小、渗透系数）、力学参数（标准贯入值、内聚力及内摩擦角）、分布状况（分布范围及埋深）、开挖面的稳定性等，从而选取适应该地质的机型、刀盘结构、刀具种类及出土方式等至关重要。
（二）适应工程设计的相关要求：符合设计要求和相关规范等，如顶管的直径、顶进距离、覆土深度、地下水位、地下管线布置、地上构筑物分布情况、地面沉降量控制要求等。
3、 安全可靠性
顶管机的安全可靠性:由于顶管机是在地下进行施工作业，具有有一定的危险性，考虑顶进距离、地质情况，刀盘是否具有防耐磨设计、刀具磨损是否满足，中途是否需要更换刀具等，设备要具备密封防水、防火及有害气体检测等功能，以确保可以顺利完成施工。
4、 经济实用性
对设备的技术选型确定后，同时也要考虑设备的造价及维护成本等经济性因素、维护方便和易操作性。
1、 设备造价和维护：设备的性价比也是顶管机选型的一个重要因素。当顶管机发生故障后，能够快速通过查找及维修排除故障，维修方便，配件易采购，维护成本低。
2、 设备耐用和易操作：产品使用故障少、寿命长，操作简单、方便、易使用。
三、頂管机适用性分析
随着社会的发展和施工技术的进步，以下仅对应用较为广泛的密闭式顶管机作分析。
1、气压平衡式顶管机
气压平衡式顶管用于手掘式工具管或半机械式的顶管施工中，其基本原理就是使挖掘面与保持一定压力的压缩空气相接触，以起到两个作用:一方面用来疏干开挖面上土体中的地下水，另一方面用来保持挖掘面的稳定。
气压平衡式顶管施工适合在含水量较大的粉砂层进行作业，且管道上方有能够密封住压缩空气的足够厚的覆土层或粘土层，通常用于排除顶管中可能遇到的障碍物。对土层扰动较小，弃土含水量少，便于输送。但是压缩空气容易渗漏，对土质及周围环境等有特定的要求。
2、 泥水平衡式顶管机
泥水平衡式顶管机的工作原理是往泥水仓中充入一定压力的泥水来平衡地下水压力和土压力，同时把切削下来的泥土转换成泥浆，使用排泥泵排到工作井外进行循环作业。输送到泥水仓内的必须是比重在1. 03 -1. 30之间的泥水而不允许用清水，泥水可在开挖面上形成一层泥膜，这层泥膜可以平衡地下水压力，防止泥水向外溢出，同时又可防止地下水向内渗透，而清水不具备这种特性。
2.1泥水平衡式顶管机的适应性分析：
(1)适应地质范围比较广，在含水量大的地层较有优势，在水压较高地段也不会发生喷涌现象。
(2)控制好泥水压力，保持开挖面稳定，引起的地面沉降量较小。
(3)采用泥水管道输送弃土，可以连续作业，因此顶进速度较快。
(4)总推力比较小，尤其在粘土层表现的更为突出，所以适合长距离顶进。
(5)顶管外径一般从250mm到4000mm左右。
(6)弃土处理成本高，尤其是黏粒太多的土质，泥水分离困难，且在施工场地狭小的地区运输和存放比较困难。
(7)不适用于在浅覆土层及渗透系数大的土层中施工。
施工应用：北京回龙观至清河污水处理厂连通管线工程—穿越土层为灰色粉质土和细砂，施工区域经过一座游泳池、戏水乐园和商业街，管道覆土深度9.6米，线路全长198米，综合考虑后选用泥水平衡式顶管机作业，施工顺利完成且地面沉降很小。
3、土压平衡式顶管机
土压平衡式顶管机的基本工作原理是先由工作井中的主顶进油缸推动顶管机前进，同时刀盘旋转切削土体，切削下的土体进入密封土仓被挤压，形成一定的土压；再通过螺旋输送机输送出切削的土体。控制螺旋输送机的出土量或顶进速度来控制密封土仓内的土压，使此土压与切削面前方的静止土压和地下水压保持平衡，从而保证开挖面的稳定，防止地面沉降或隆起。
3、1土压平衡式顶管机适应性分析：
(l)适应地质范围广：比较适用于粉土、粘土、黄土；加入适当土体改良剂后可适用于砂性土、部分风化岩及小粒径的砾石层，但施工成本提高。
(2)能够保持开挖面的稳定，引起的地面沉降量小。
(3)可在浅覆土层下施工，最小覆土层厚度为0.8倍管的外径。
(4)采用螺旋输送机进行出土，可以输送不超过螺旋输送机内径1/3的砾石，弃土处理容易且成本低，但施工顶进速度略慢，顶管外径一般在1200mm以上。
(5)在黏粒含量较少的土层、砂砾层中施工，则必须添加土体改良剂保持一定的粘度和相对密度，维持开挖面的稳定，因此提高了施工成本。
(6)开挖面若遇到较大的障碍物则不易处理，因此在施工前要作详细的地质勘查。
(7)在含水量较大的土层中施工时，可能会产生喷涌现象，给施工带来危险。
施工应用：西安排水顶管工程—穿越土层为粘土及黄土，层间夹砂，使用Ф3000mm的钢筋混凝土管，管道总长512m，采用土压平衡式顶管机施工，施工后经测量沿线地面沉降量小于5mm。
四、 结论
非开挖施工技术彻底解决了管道施工对城市建筑物的破坏和道路交通的堵塞等难题，在稳定土层和环境保护方面凸显其优势，因为地下管线复杂的城市，这种技术使用相当重要，而顶管机是施工技术的核心关键，选型是施工的最要因素。综合以上分析，顶管机的选型要依据工程水文地质并结合施工要求、相关规范及综合比较技术性和经济性等因素进行选定，从而选择最适合机型和施工方式确保施工能够顺利完成。
参考文献
[1]葛春辉. 顶管工程设计与施工. 中国建筑工业出版社，2012
[2]吴荣荣，罗漪. 复杂地质情况工程顶管掘进机的选型分析. 福建建筑，2013年第6期
[3]中国地质大学. 顶管施工技术及验收规范. 人民交通出版社，2007
[4]余彬泉，陈传灿. 顶管施工技术. 人民交通出版社，2003