點擊數 ：43812014-11-02 19:23:43 來源: 上海尊龍凱時工程有限公司
事故分析 ：
1 、手掘式頂管有很大的局限性 ，由於手掘式沒有引入土壓平衡理論 ，因此對於頂進麵土壓很難控製 。無論是何種形式的頂管 ，在施工過程中要保證地麵無沉降和隆起，關鍵所在是要保證頂進麵土壓力與掘進機頭保持動平衡 。它有兩方麵的基本內容 ：第一 ，頂管掘進機在頂進過程中與它所處土層的地下水壓力和土壓力處於一種平衡狀態 ；第二 ，它的排土量與掘進機推進所占去的土的體積也處於一種平衡狀態 。隻有同時滿足以上兩個條件 ，才能算是真正的土壓平衡 。
從理論上講 ，掘進機在頂進過程中 ，其頂進麵的壓力p如果小於掘進機所處土層的主動土壓力時 ，地麵就會產生沉降 。反之 ，如果在掘進機頂進過程中 ，其頂進麵的壓力大於掘進機所處土層的被動土壓力時，地麵就會產生隆起 。並且 ，上述施工過程的沉降是一個逐漸演變過程 ，尤其是在粘性土中 ，要達到最終的沉降所經曆的時間會比較長 。然而 ，隆起卻是一個立即會反映出來的迅速變化的過程 。隆起的最高點是沿土體的滑裂麵上升 ，最終反映到距掘進機前方一定距離的地麵上 。裂縫自最高點呈放射狀延伸 。如果尊龍凱時把土壓力控製在主動土壓力＜p＜被動土壓力這樣-個範圍內 、就能達到土壓平衡 。
采用手掘式頂管工法是對於頂進麵土質有較高的要求 ，首先 ，要求頂進麵土體的自立性要很好 ，其次 ，要求頂進麵的地下水壓力要很小 。但本次事故發生段的土質恰恰是自立性很差的中粗砂 ，而且地下水壓力很大 ，因此對於正麵土壓力的控製就變的很困難了 ，從而導致正麵土體局部塌方 ，方向也就很難控製了 。
1 、本次頂管失敗的另一個主要原因是采用的企口管 ，企口管的最大缺陷在於承壓麵積隻有管斷麵的一半左右 ，而且在發生軸線偏差時角度每增加1度管材所能承受的頂力隨即降低一半 ，因此 ，采用該管材對於頂管軸線偏差要求很高 。
2 、手掘式頂管的糾偏通常采用頂進麵局部超挖的方式 ，如果頂進麵發生流沙現象就無法局部超挖 ，因此也就很難糾偏了 。
針對本工程地質情況 ，建議采用泥水平衡式頂管工法 。所謂泥水平衡理論就是以含有一定量粘土的且具有一定相對密度的泥漿水充滿掘進機的泥水艙 ，並對它施加一定的壓力 ，以平衡地下水壓力和土壓力的一種種頂管施工理論 。按照該理論 ，泥漿水在挖掘麵上能形成泥膜 ，以防止地下水水的慘透 ，然後再加上一定的壓力就可平衡地下水壓力 ，同時 ，也可以平衡土壓力 。
泥水式頂管施工有以下優點 ：
1. 適用的土質範圍比較廣 ，如在地下水壓力很高以及變化範圍較大的條件下 ，它也能適用 。
2．可有效地保持挖掘麵的穩定 、對所頂管子周圍的土體擾動比較小 。因此 ，采用泥水式頂管 ，特別是采用泥水平衡式頂管施工引起的地麵沉降也比較小 。
3．與其他類型頂管比較 ，泥水頂管施工時的總推力比較小 ，尤其是在粘土層這表現得更為突出 。所以 ，它適宜於長距離頂管 。
4．工作坑內的作業環境比較好 ，作業也比較安全 。由於它采用泥水管道輸送棄土 ，不存在吊土 、搬運土方等容易發生危險的作業 。它可以在大氣常壓下作業 ，也不存在采用氣壓頂管帶來的各種問題及危及作業人員健康等問題 。
5．由於泥水輸送棄土的作業是連續不斷地進行的 ，所以它作業時的進度比較快 。在粘土層中 ，由於其滲透係數極小 ，無論采用的是泥水還是清水 ，在較短的時間內 ，都不會產生不良狀況 ，這時在頂進中應考慮以土壓力作為基礎 。在較硬的粘土層中 ，土層相當穩定 ，這時 ，即使采用清水而不用泥水 ，也不會造成挖掘麵失穩現象 。然而 ，在較軟的粘土層中，泥水壓力大於其主動土壓力 ，從理論上講是可以防止挖掘麵失穩的 。但實際上 ，即使在靜止土壓力的範圍內 ，頂進停止時間過長時 ，也會使挖掘麵失穩 ，從而導致地麵下陷 。這時 ，尊龍凱時應把泥水壓力適當提高些 。
在滲透係數較小 ，如k≤1×10-3cm／s的砂土中 ，泥漿相對密度應適當增加 。這樣 ，在挖掘麵上使泥膜在較短的時間內就能形成 ，從而泥水壓力就能有效地控製住挖掘麵的失穩狀態 。
在滲透係數適中 ，如1×10-3cm／s ≤k<1×10-2cm／s的砂性土中 ，挖掘麵容易失穩 。這就需要尊龍凱時注意 ，必須保持泥水的穩定 。即進入掘進機泥水倉的泥水中必須含有一定比例的粘土和保持足夠的相對密度 。為此 ，在泥水中除了加入一定的粘土以外 ，再須加一定比例的膨潤土及CMC作為增粘劑 。以保持泥水性質的穩定 ，從而達到保持挖掘麵穩定的目的 。
在砂礫層中施工 ，泥水管理尤為重要 ，稍有不慎 ，就可能使挖掘麵失穩 。由於這種土層中一般自身的粘土成分含量極少 ，所以在泥水的反複循環利用中就會不斷地損失-些粘土 。這就需要尊龍凱時不斷地向循環用泥水中加入一些粘土 ，才能保持住泥水的較高粘度和較大的相對密度 。也唯有這樣 ，才可使挖掘麵不會產生失穩現象 。
MEP機型介紹 ：
這種形式的泥水平衡頂管掘進機是日本伊勢機開發工機獨創的一種頂管機。它分為大小口徑兩種 ：小口徑機人無法進去，就采用遠距離控製 ，稱之謂TM型 ；大口徑機人可以進入 ，人直接在管內操作則稱之謂MEP型 。除此以外 ，兩者的工作原理完全相同 。
該機分為兩大部分 ，機頭是獨立的一部分 ，電氣和液壓操縱台則分成兩個 ，分別安裝在第一節後續管的左右兩側 ，操作人員在管內操作 。
掘進機的本體由殼體 、隔倉壁 、承壓環 、刀盤 、驅動裝置 、刀盤加壓裝置及進排泥閥開閉裝置等構成 。
殼體是由鋼板焊接而成 ，它需承受來自機後的推力及糾偏油缸工作的推力 ，承受土層中土壓力以及機器工作中的各種反力 。它必須堅固 、結實 。
隔倉壁是把掘進機分成泥水倉及工作倉的隔板 。泥水倉和工作倉中隻有進排泥管溝通 ，這樣才能在泥水倉內可建立起一定的壓力 。隔倉壁除了承受泥水壓力以外 、其後部部在工作倉內部分還安裝有刀盤驅功裝置 。隔倉壁實際上是-個漏鬥形的 ，並非一字形的隔牆 。
承壓環實際上是後殼體 ，它與掘進機前殼體之間是鉸接的 ，糾偏油缸就安裝在前後殼體之間 。為了防止糾偏油缸動作時產生的滲渦 ，在前後殼體之間安裝有橡膠密封圈 。
刀盤是一個直徑比掘進機前完體略小的具有一定剛度的圓盤 。圓團盤中還嵌有切削刀和刀架 。刀盤和切削刀架之間可以同步伸縮 ，也可以單獨伸縮 。而且 ，不論刀盤停在哪一個位置上 ，切削刀架都可以把刀盤的進泥口關閉 。刀架上的切土刀呈八字形 ，無論是刀盤正轉還是反轉 ，它都可以切土 。刀盤的中心有一三角形的中心刀 。刀盤的邊緣有兩把對稱安裝的邊緣切削刀 ，該刀可在土中挖掘成-個直徑與掘進機外徑相等或者比掘進機外徑大一些的隧洞 ，便於推進 。刀盤上還有一些螺旋形布置的先行刀 ，它的主要功能是進行輔助切削 。
刀盤驅動裝置是由電動機 、行星減速器 、齒輪箱 、主軸等部件構成 。電動機與行星減速器聯接成一體．行星減速器的輸出軸上安裝有-隻小齒輪 。行星減速器安裝在齒輪箱上 ，小齒輪伸入齒輪箱內並與大齒輪齧合 。行星減速器及電機可有2一5個 。采用幾個 ，則需視掘進機外徑的大小而定 ，小口徑一般隻用2個 ，安裝在齒輪箱的左右 ；大一點的可用3個 ；再大的可用4個或5個 。
刀盤加壓裝置是安裝在主軸中的油缸 ，刀架伸縮油缸則安裝在刀盤加壓裝置的上方 。為了防止在推進速度過快 、土壓力過大時刀盤後縮到極限位置而使掘進機損壞 ，在刀盤到達極限之前 ，設有-保險裝置 。在刀觸及保險裝置時能使主頂油缸停止推進 ，並發出報警聲 ，直到刀盤離開該位置為止 。
進排泥閥分別安裝在進排泥管中 ，這兩個閥同時由一隻油缸控製 。兩閥隻能同時打開 、同時關閉．所以也稱雙連閥 。兩閥關閉以後 ，泥水倉內與外界就隔離 ；兩閥打開 ，泥水倉就與進排泥管接通 。
如果是小口徑機 ，人無法在裏麵操作 ，就通過控製電纜把要操作的開關全部引到機外的操作台上 。為了觀察機內各部分運轉情況及各儀表的數值 ，就把它們集中在機內的儀表板上 ，再在儀表板的後方裝有一台攝像機 ，通過75歐姆同軸電纜 ，把儀表板上所反映的各種情況顯示在機外操作台的電視屏幕上 。
TM或MEP型掘進饑的工作原理原如下 ：刀盤前土壓力過小時 ，它就往前伸 ；刀盤前土壓力過大時 ，它就往後退 。刀盤前伸時 ，應加快推進速度 ；刀盤後退時 ，應減慢推進速度 。這樣 ，就可以使刀盤前的土壓力控製在設定的範圍內 。如果刀盤前壓力小於土層的主動土壓力PA時 ，地麵就下陷 ；反之，如果刀盤前壓力大於土層的被動土壓力PP時 ，地麵就隆起 。
整個刀盤是由和刀盤主軸為一體的一台油缸支承著 ，調定油缸的壓力就可以設定土壓力 。當刀盤受到大於設定的土壓力時就後退 ，反之則前伸 。隻要推進速度得當 ，刀盤就可以保持浮動狀態 。土壓力的設置方法就是調定好刀盤油缸的最高工作壓力 ，當油缸超過此壓力P 時 ，油通過溢流閥溢流 。由於刀盤油缸在工作時 ，一直有一台油泵為之供油 ，所以 ，當油缸後腔的壓力低於設定值時 ，油缸就會自動往前伸 ；反之 ，則會往後退 。
由於有以上刀盤可伸縮的浮動特性以及刀架可開閉的進泥口調節特性 ，這種掘進機就可以實現用機械來平衡土壓力的功能 。假定尊龍凱時把刀盤前的土壓力設定在80kPa ，如果在以一定速度的推進過程中 ，當刀盤前的壓力低於80kPa時 ，刀盤就會往前伸。與此同時 ，減小或關閉了進泥口 ，這樣由於進泥少了 ，如果推進的速度仍保持不變 ，刀盤前的壓力就會上升 。反之 ，如果刀盤前方的土壓力大於80kPa時 ，刀盤就往後退 ，進泥口就會增大 ，從而增加了進泥量 。如果推進速度不變 ，刀盤前的壓力就會下降 。以上就是機械平衡土壓力的全過程 。另外 ，TM或MEP的泥水壓力也是可調節的 ，刀架的開閉狀態這就使其具有用泥水壓力來平衡地下水壓力的功能 。不過 、這種頂管掘進機比較適用於軟土和土層變化比較大的土層 ，用它施工後的地麵沉降很小 ，一般在5mm以內 。
