矩形顶管设备的开发和应用.ppt

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矩形顶管设备的开发和应用扬州广鑫重型设备有限公司扬州广鑫重型设备有限公司总工程师余彬泉20142014年年66月月一、前言一、前言我公司对我国矩形顶管设备的研发、推广和应用已经做出了很大的贡献，并且，始终是一个潮流的引领者。

自2008年到2014年5月，我公司共计生产了大小各种规格的矩形顶管机14台（套），产值1.68亿元，施工项目遍及上海、江苏、广东、浙江、山东和内蒙古等地，其中部分业绩请参见表1。

在矩形顶管设备的研发中，我公司并不是一味地仿造国内、外产品，而是走以完全自主创新为主，以借鉴为辅的研发之路。

如果有客户参与的就和我们的客户一起共同申请专利。

到目前为止，仅与矩形顶管机有的专利就有10项之多，其中发明专利1项，见表2。

除此之外，还有用于配套的套筒式土砂泵专利多项。

国内矩形顶管的骄人业绩已引起了国外同行们浓厚的兴趣，先后已有多批客人到我公司和我们客户的工地参观、学习。

回国后，他们有的正在规划，有的则正准备实施。

如新加坡首条矩形顶管工程已完成设计，现已进入招标准备阶段。

二、坚实的第一步二、坚实的第一步我公司对矩形顶管机的研发始于2006年，起初主要是收集有关资料，并作分析、研究。

到了2007年，上海的地铁建设已进入快车道，到年底地铁运营将达240km。

但是，地铁车站建设确因交通、拆迁遇到了瓶颈。

此前，一是上海隧道股份有限公司已研制成了一台矩形顶管机，数量不够；二是施工时，那台矩形顶管机易上漂。

此时，上海嘉晟建设工程有限公司看到了市场前景，愿意投资矩形顶管设备。

并希望与上海隧道股份浦东有限公司合作，开拓矩形顶管市场。

我公司作为设备供应商，大胆提出了大小刀盘组合形式的如图1所示的多刀盘矩形顶管机方案。

大小刀盘组合形式的矩形顶管机该方案由中间的一个大刀盘，并且前伸，四个角上各有一个小刀盘，并且均后缩，这种有交叉又有重叠的刀盘组合形式构成一个矩形顶管机的挖掘面。

与偏心多轴矩形刀盘相比较，圆形刀盘组合虽有8%左右的盲区，但由于对切削下来土的搅拌较充分，使盲区的不良影响表现不明显。

且刀盘在切削过程中，对高程和左右偏差影响很小。

设有两台螺旋输送机排土。

为了能准确地测得全断面的土压力，我们在每台纠偏油缸尾部设置了一个特殊的测定土压力的装置，能显示出顶管机全断面的土压力。

2008年7月，该机的在上海10号线新江湾城站5、7号出入口施工时，各项指标均符合设计要求，从而一炮打响。

图2是施工照片：

A为地面吊装，B为井下拼装，C准确进洞。

至此，我公司在矩形顶管机的设计、制造上迈出了坚实的第一步。

后来，该机型于2008年11月和2009年1月两次在南京施工和2009年7月在广州施工均获得成功，并造成了巨大的的影响。

这标志着该机型的矩形顶管机已经走出上海，在适应不同地区土质中取得了成功。

尤其是广州地铁2号线东湖路站号出入口过街通道顶管工程的施工实例，在南方造成了轰动效应，它被誉为广州第一顶，在各媒体广为传播。

以下是其中一篇报导的摘录。

大洋网大洋网88月月33日报道日报道广州首次采用的顶管施工法，被誉为“广州第一顶”的地铁六号线东湖站号出入口过街通道顶管工程，历时两个月的艰苦挖掘穿越东湖路后，于7月31日上午成功到达接收井，创造了目前国内矩形顶管法施工建设地下通道的最大断面纪录。

“广州第一顶”施工现场据介绍，地铁六号线东湖站号出入口过街通道，毗邻珠江和东湖，地下水异常丰富，且地面下有近10米厚的粉细砂层，如果采用矿山法暗挖过东湖路，施工安全风险极高，甚至无法按工期完成施工；同时，东湖路作为市区主干道，与连接珠江南北的海印桥相连，上下桥的车流量非常大，如果采用明挖法施工，需对东湖路实行交通疏解，从海印桥、内环路急速而下的车辆很难在短时间迅速减速，很可能造成严重的交通事故；另外，东湖路下的给水、排水、电力、通信等众多管线，如果采用明挖工法，对周边居民的生活也会造成一定影响。

该机型的矩形顶管机成功做到了最大断面做到了外包尺寸为4.2m6.9m，施工时最深覆土深度达13m。

三、继续不断地创新三、继续不断地创新我公司在矩形顶管设备制造中迈出了坚实的第一步之后，并未停滞不前，而是根据客户的要求和从为客户尽量提供便利出发，与2011年下半年开发成功了拼装式多刀盘矩形顶管机，如图4所示。

拼装式多刀盘矩形顶管机拼装式多刀盘矩形顶管机的特点是该机前后壳体均可以分拆成上下两半运输，到现场以后在用螺栓进行拼装。

一可解决大断面矩形顶管机运输过程的超高限制问题，二可减小拼装吊车的吨位。

桂城商业开发地下通道该机型的矩形顶管有两个成功的工程实例。

第一个工程实例是在广东佛山桂城商业开发地下通道工程。

图5所示的就是桂城商业开发地下通道工程。

它由4条外包4.9m6.9m断面、左右净距500mm、长62m的矩形管道组成。

顶通以后把其中三条之间的两个隔墙在局部地方打通，变成一个地下商场，另一条是作为机动车通道。

该工程的难点有四方面。

一是地面车流量多；二是该管到处于上下夹击：

上有一条4.2m2.5m的箱涵，与管顶净距仅630mm，下有地铁联络通道，与管底净距2200mm；三是所顶管子左右净距仅500mm；四是多在中粗砂中顶进。

这无论是对设备还是对施工都是一个巨大的挑战。

该施工实例的成功在世界上也是独一无二的。

第二个工程实例是在内蒙古包头市阿尔丁大街（内蒙古科技大学）地下通道4.36.5m的矩形顶管建设工程。

该工程最大的难点是在没有地下水的砂卵石地质中顶进，顶管机采用土压平衡模式。

没有地下水的砂卵石地质顶管机的刀盘构造和刀盘布置从地质样洞的状况看，卵石含量达70%以上。

图7是专门针对该地质状况所设计的顶管机的刀盘构造和刀盘布置。

刀盘构造：

主要由主切削刀、中心刀、贝壳刀、滚刀组成。

特别大的孤石由滚刀破碎，刀盘的每个开口都不大，通过开口进入的石块都能被螺旋输送机排出。

刀盘后设有搅拌棒。

刀盘布置：

6个刀盘3个前伸，3个后缩。

施工时发现在该地质条件下，全断面土压力显示特别灵敏、准确，而隔膜式压力表的反应则迟钝。

施工中该机螺旋输送机排出的部分石块，大的长达240mm320mm。

A是基坑主顶，它由200t等推力油缸14台组成，B是工作坑中在顶进的管子，C是在顶进中的管道内的情景。

以上两种多刀盘矩形顶管机都有一个共同的缺陷：

即或大或小都存在一定比例的盲区，不能做到全断面切削，这就限制了它的应用范围，不利于推广。

后来又开发了多款全断面切削的矩形顶管机。

下图是一款2200mm2200mm的正方形顶管机，中间设有一个大刀盘，四个角上是偏心多轴的仿形刀盘，所有刀盘都开动时，整个断面没有盲区。

我公司与上海隧道股份有限公司共同开发成功的0.5m行星齿轮传动的正方形顶管试验机，分别是它的外形图，它切削完了厚200mm的C35砼实验块所成形的孔，它刀盘运行的轨迹图和由大小不等的多台行星齿轮传动的正方形刀盘组成的矩形顶管机方案图。

在该方案中，刀盘在切削过程中也没有盲区。

土砂泵和它的液压动力源土砂泵排土在矩形顶管施工中一般来讲，矩形顶管在均一的土质中是不容易产生侧翻（即左右高低不一样）现像，但是，一旦产生侧翻现象是很难纠正的。

然而，我公司已获多项专利（专利号200720067906.；200820059282.；201220472450）的套筒式土砂泵就可以轻松地纠正矩形顶管的各种偏差，其中也包括侧翻。

图13A是它的外形，图13B是它的液压动力源，图13C是它排出的土。

首先，在顶管机的相应部位都设有图14所示的注泥孔。

比如，顶管机出现左高右低的向右侧翻现象时，就向顶管机右侧底部的注泥孔适当地注些泥，顶管机右侧立马抬高。

因为土砂泵泵出的泥几乎是不流动的，如图13所示，所以它有良好的支撑效果，不仅能纠正侧翻，而且也可用来纠正其他偏差。

有人曾用混凝土泵打土，试图解决侧翻现象，遗憾的是因为混凝土泵打出的土流动性好，解决不了侧翻问题。

四、结束语四、结束语技术创新是无止境的，技术的活力和魅力就在于创新。

因此，我公司衷心的希望业界的朋友们要善于学习、勇于创新、敢于实践，让从中国制造迈向中国创造的路从我们每一个人的脚下开始。

我公司也将一如既往，与我们的客户一起，将做出更优异的成绩，争取明年在青岛举行的下一届展会上再向大家作汇报。

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