顶管施工最突出的特点，就是施工工艺的适应性问题。针对不同土质、不同施工条件必须选用不同的顶管施工机具和施工方法。顶管机具选择合理，对保证工程质量，控制并减小地面沉降，减小对邻近历史建筑的扰动，降低工程造价，都具有十分明显的作用。目前主要根据地质条件、地下水情况、施工场地大小、施工环境影响等选用合适的顶管机具。
1.常见几种工具管的比较分析
工具管装在所顶管道的最前端，用以挖土取土、保持开挖面稳定、确保正确的顶进方向。工具管有多种类型，其选择合适与否是决定顶管成败的关键。
（1）土压平衡式掘进机
土压平衡式掘进机工作原理如下：顶管掘进机在顶进过程中，利用土仓内的压力和螺旋输送机排土来平衡地下水压力和土压力，它排出的土可以是含水率很少的干土，也可以是含水率较多的泥浆，这些排出的土或泥浆一般都不需要再进行泥水分离等二次处理。它与其他形式的顶管施工相比较，具有适应土质范围广和不需要采用任何其他辅助施工手段的优点。
从理论上讲，工具管在顶进过程中，其土仓的压力P如果小于工具管所处土层的主动土压力PA时，即P＜PA时，地面就会产生沉降。反之，如果在工具管顶进过程中，其土仓的压力大于工具管所处土层的被动土压力时，即P＞PP时，地面就会产生隆起。在施工过程中，沉降是一个逐渐演变过程，要达到最终的沉降所经历的时间会比较长；隆起是一个立即反映出来的迅速变化过程，隆起的最高点沿土体的滑裂面上升，最终反映到距工具管前方一定距离的地面上，裂缝自最高点呈放射状延伸。如果把土压力P控制在PA～PP范围内，就能达到土压平衡。
从实际操作来看，当覆土比较厚时，从PA到Pp这一变化范围比较大，再加上理论计算与实际之间有一定误差，所以必须进一步缩小控制土压力的范围。通常把控制土压力P设置在静止土压力±20 kPa范围之内。普通的土压平衡顶管工具管都设有面板，以平衡挖掘面上的土压力而使挖掘面保持稳定，开口率从20%～60%不等。通常在土压平衡顶管中测得的工具管的土压力是指刀盘后面泥土仓内的土压力，而不是指刀盘前挖掘面上的土压力。实际上，土仓内的土压力与挖掘面上的土压力间始终存在一个压力差ΔP，ΔP与刀盘的开口率成反比，即开口率越小，ΔP则越大。在开口率较小的情况下，顶进会引起土压力差反应迟滞现象，不能真正做到土压平衡。
土压平衡式掘进机具有如下特点：①适应各种土质；②设备简单；③施工过程中排出的土或泥浆一般都不需要进行泥水分离二次处理；④土砂泵的出现使泥渣的长距离输送和连续排土、连续推进已成为可能。其最大特点是能在覆土较浅的状态下正常工作。在砂砾层和黏粒含量少的砂层中施工时，需采用添加剂对土体进行改良。通常是通过设置在刀排前面和中心刀上的注浆孔，直接向挖掘面上注入黏土浆，然后充分搅拌，使之具有较好的塑性、流动性和止水性。
土压平衡式掘进机可分为单刀盘式（DK式）、多刀盘式和大刀盘式。
单刀盘式土压掘进机由日本大丰建设株式会社首创，又称为泥土加压式工具管，在掘进过程中，始终保持泥土仓内的土压力比工具管所处地层的土压力与地下水压力之和高出20 kPa，工具管输出的是干泥土。据有关介绍，单刀盘式土压掘进机对淤泥质黏土和砾石等土质条件均可适用，并可在管顶离地面仅1 m左右的条件下掘进。它有两个显著的特点：①刀盘呈辐条式，没有面板，开口率几乎达100%；②刀盘的后面设有多根搅拌棒。刀盘切削下来的土被刀盘后面的搅拌棒在土仓中不断搅拌，把切削下来的“生”土搅拌成“熟”土，而这种“熟”土具有较好的塑性、流动性和止水性。
多刀盘式土压掘进机对地下特殊地质构造如水包、暗洪等具有很强的适应能力，是一种技术成熟、安全可靠的优秀机型。使用时需注意严格控制正面土压和严格防止欠挖，以防对正面土体超量挤压。因为当正面土体受挤压而排水后，土体黏性增大，密实度增大，土体变硬，出土机会出泥不畅。
大刀盘式土压掘进机的切削刀盘由中心转轴带动旋转，切削面较大，达80%以上，开挖面土体可得到充分搅拌，不存在死角，正面土压力较均匀，纠偏也容易，因前方无附加土压力，只受到侧边土压力的影响。
三种设备各有优缺点。多刀盘与大刀盘相比，价格低廉、结构紧凑、操作容易、维修方便、质量轻；大刀盘掘进机的质量为它所排开土体质量的0.5～0.7倍，而多刀盘掘进机的质量只有它所排开土体质量的0.35～0.4倍，多刀盘即使在极易液化的土中施工，也不会因掘进机过重而使方向失控，产生超低现象。但多刀盘无论在何种土质中施工都不可在顶管沿线使用降低地下水的辅助施工措施。单刀盘式工具管设备比较简单、操作简便，造价较泥水平衡工具管要低，运输方便、快捷，处理比较简单，对土体扰动小，地面和建筑的沉降较小，适用于在软黏土地层的邻近历史建筑附近进行顶管施工。
（2）泥水平衡式掘进机(www.xing528.com)
泥水平衡式掘进机的工作原理如下：以含有一定量黏土且具有一定相对密度的泥浆水充满掘进机的泥水舱，并对它施加一定的压力，利用泥水在挖掘面上形成的一层不透水泥膜来阻止泥水向挖掘面内渗透，同时该泥水本身又有一定压力，可以平衡地下水压力和土压力。
泥水平衡式掘进机的工作特点：①适用于地下水变化范围较大的场地和长距离顶管，对周围土层扰动较小，总推力较小，但机头自重大，遇淤泥质场地易下沉；②对于覆土浅的地段，遇有回填石块、木桩等时，因无法进入清理而导致无法顶进；③需要泥浆池、沉淀池，泥浆池占地大；④泥浆需用罐车外运，处理较难，且不利于环境卫生；⑤设备复杂，一旦某部分出现故障，就得全面停工。
对于切削刀盘可浮动的泥水平衡顶管掘进机，小口径称为TM型，大口径称为MEP型。这种掘进机的整个刀盘是由和刀盘主轴连为一体的一台油缸支承，调定油缸的压力就可以设定土压力。施工前调定好刀盘油缸的最高工作压力，当刀盘前土压力过大时，油缸压力超过最高工作压力，油通过溢流阀溢流，刀盘就往后退，推进速度减慢；当刀盘前土压力过小时，由于刀盘油缸工作时一直有一台油泵为之供油，刀盘就会自动往前伸，推进速度加快。由于刀盘可伸缩的浮动特性以及刀架可开闭的进泥口调节特性，这种掘进机就具有用机械来平衡土压力的功能，以及通过调节刀架的开闭状态来改变泥水压力的功能。这种顶管机比较适用于软土和土层变化比较大的土层，施工后的地面沉降很小，一般在5 mm以内。
2.机具选用依据
采用何种机具应视具体情况而定，因地制宜才能充分显示各种顶管机独特的优越性，具体可按以下原则进行选择：
（1）详细了解工程概况、工程地质条件、地下水位、顶管管径、埋深、邻近历史建筑物的结构形式及保护要求、管线的埋设情况等。
（2）进行技术方案比选，可以从以下几个方面进行：
①对于小口径顶管，因人无法在管内施工，通常都采用泥水顶进。当顶进长度较短、管径较小且为金属管时，宜采用一次性顶进的挤密土层顶管法。
②对于埋深较大的管段，可以从有无地下水及所处土层特性来考虑。若地下水位高或者变化大以及土质较松软，则须采用全断面掘进机施工。
③对于地下障碍物较多的情况，应选用具有除障功能的机械式掘进机。
④在黏性或砂性土层，为保护邻近历史建筑，宜选用土压平衡顶管法。
⑤当土质为砂砾土时，可采用具有支撑的工具管或采取注浆加固土层的措施。在粉砂土层中，为保护邻近历史建筑，宜采用加泥式土压平衡或泥水平衡顶管法。
⑥当土质较软或土层变化较大时，须采用泥水平衡式掘进机。
免责声明：以上内容源自网络，版权归原作者所有，如有侵犯您的原创版权请告知，我们将尽快删除相关内容。
