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大刀盘电机驱动土压平衡顶管机 黄均龙 摘 要 文章介绍了土压平衡式顶管机的研制发展概况及大刀盘电机驱动土压平衡顶管机 构造特点、工作原理与应用情况。 关键词 顶管机 土压平衡 大刀盘 电机驱动 一、前言 顶管机是一种施工非开挖地下管道（外径可达3.8m）的专用掘进机械设备，它的形式由手掘式、挤压式发展到半机械式。由于城市建设的发展，对施工周围的环境保护提出了较高的要求，随着施工经验的积累、科学技术的进步与机电制造水平的提高，使顶管机的形式向着机械旋转切削式、泥水平衡式、土压平衡式以及能适应软硬土层的先进机型发展。 顶管掘进机切削刀盘的驱动形式有液压驱动和电机驱动之分。20世纪80年代初，日本开发了大刀盘电机驱动的土压平衡顶管机；我国第一台?1440mm大刀盘电机驱动土压平衡顶管机于1992年由上海研制成功，第二台是?2400mm面板式大刀盘电机驱动土压平衡顶管机，其外径为2900mm；在1994～1998年，上海又先后研制并成功应用了?1650mm、?1800mm、?3000mm（外径3540mm）与?2000mm几台大刀盘电机驱动的土压平衡顶管机；此后 ，镇江、扬州与湖北等地区的有关厂家也先后研制大刀盘电机驱动的土压平衡顶管机；北京市还把能适应砂砾土层的顶管机研制与应用技术列为北京市科委的科技开发项目， 2002年，1台大刀盘电机驱动土压平衡顶管机应用于北京污水处理工程中的顶管施工； 2002年末，广东研制并成功应用了1台外径为3600mm的大刀盘电机驱动土压平衡顶管机。目前，大刀盘电机驱动的土压平衡顶管机在我国巳成系列，该顶管工法也被评为国家级工法，并得到了广泛的应用。 二、大刀盘电机驱动土压平衡顶管机 1、顶管机的结构 大刀盘电机驱动土压平衡顶管机主要由大刀盘、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（见图1）。 图1 大刀盘电机驱动的土压平衡顶管机结构示意图 1. 大刀盘 2. 大刀盘驱动装置 3. 前壳体 4. 加泥（水）装置回转接头 5. 纠偏油缸组 6. 刀盘驱动电动机 7. 螺旋输送机驱动电动机 8. 带式螺旋输送机 9. 顶管操纵台 10. 后壳体 11. 螺旋输送机出土门装置 2、结构特点 ⑴ 大刀盘无面板，由3～4根辐条或加强杆（圈板）与轴套构成，幅条前面根据不同土质设置不同切削刀头，辐条后面设置数根搅拌棒，能对密封土仓中的切削土进行不断地搅拌，使仓内土体具有很好的塑性、流动性与止水性，使土顺利地排出；刀盘中心有三角鱼尾形切削刀，在辐条上和刀盘中心处设有注浆孔； ⑵ 大刀盘采用中心支承，无大轴承； ⑶ 应用国产行星齿轮减速器和离合器的动力传递结构，整个刀盘驱动装置传动效率高、噪声小、发热低、安装和维护简单，工作可靠； ⑷ 采用电动机驱动、无中心轴的带式螺旋输送机，其出土口设在端面，能形成较长的土塞，还可以输送一定尺寸的石块或砾石； ⑸顶管机前壳体中装有隔仓板（其上设置注浆管和土压计），把前壳体分成密封土仓和动力仓，大刀盘驱动装置设在隔仓板中间，隔仓板下部安装螺旋输送机； ⑹ 顶管机后壳体的左侧安放纠偏油缸液压动力站、电器柜与润滑油脂泵，右侧安放操纵台； ⑺ 该类顶管机在出洞施工时不需液压动力设备的二次转换工艺，整套设备结构简单、施工方便、可靠性好。 3、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。 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。 根据顶管机开挖面的不同地层特性，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、流动性与止水性的泥状土，不仅能被螺旋输送机顺利排出，还能顶住开挖面上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。所以，这种顶管机对土层的适应性强，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。 4、顶管机的技术参数 表1列出了日本大刀盘电机驱动土压平衡顶管机的技术参数，表2为国内几种典型大刀盘电机驱