地下管道非开挖技术应用|顶管法施工概述

顶管技术（Pipe Jacking）也称为液压顶管技术。施工中，在主顶工作站的作用下（有时需要中继站辅助），由始发井开始，通过可控顶管机或盾构机，将所要顶进的管道从目标井顶出，可以实现直线或曲线顶进。一般情况下，顶管机的操作和控制可以直接在地下的工作现场由操作人员来完成。工作面上岩石的破碎可以通过手工、机械或者水力分步破碎的方法来实现，也可以进行机械全断面破碎；破碎下来的岩粉或泥土可以通过压力墙上的开口进入顶管机，并经过已铺设好的管道运至地表。

顶进管道具有两个作用：一是支撑开挖空间；二是作为管道构筑物。根据其直径大小，管道可以事先在工厂预制，也可以在施工现场的野外工厂生产，这主要决定于对管道运输的长度和重量的相关规定以及管道加工的经济性。通常可运输的最大管道直径应限制在DN/ID 3000或DN/OD 3000。到目前为止，采用该施工方法顶进的，在施工现场制造的最大的钢筋混凝土管道直径为DN/ID 4100或DN/OD 5000。

顶管法按工作面的开挖方式可分为普通顶管（人工开挖）、挤压顶管（挤压土柱）、机械顶管（机械开挖）、水射顶管（水流冲蚀）等。

顶管施工法根据铺设管道的口径大小又可分为小口径顶管（Micro Tunneling）施工法和大中口径的顶管施工法。设于英国伦敦的ISTT的伦敦分会规定小口径管道顶管工程的口径为900mm以下，而在顶管法的发源地日本，规定小口径管道顶管工程的口径为800mm以下。之所以存在这样的差异，主要是由于东西方人在体格上的差异所致。因此，可以认为小口径顶管施工法就是指管道直径不允许人员进入管内而只能通过遥感操作进行的管道顶进施工方法。

顶管法的排土方式可以是螺旋排土、浆液泵送、电瓶车、手推车或皮带输送排土。究竟选择何种施工方法，应根据铺设管径、土层条件、管道长度以及技术经济比较等来确定。

最初的顶管施工主要是利用人进入管内进行作业的人工挖掘法。在铺设人无法进入的小口径管道时，则采用所谓的套管方式，即在大口径套管的保护下，先打通一条可以进人的管道，然后插入所要铺设的管道，再将管道的周围和土层固结在一起。可是，由于套管施工成本较高，工序繁琐，所以它只是在横穿轨道或道路的短区间工程中得到了一些应用。后来，随着遥感顶进技术的不断发展，工程数量有了明显的增加，人进入管内进行作业的现象也逐渐减少。

小口径顶管法和大口径顶管法的施工方法基本相同，即先构筑一个顶进工作井，由该井向另一方向的目的工作井通过顶管机顶进管道，在管道的前端挖掘土层，并向后方运送土渣。在顶进工作井里，施工人员进行管道连接、供电线的运送、顶进方向控制以及向井外输送土渣等作业。

顶管法所用的顶进管有混凝土管、球墨铸铁管、树脂混凝土管、陶土管、聚氯乙烯管、钢管、强化塑料管等。应根据其使用目的以及地层的土质等因素来选择顶进管的种类。以前，一提到顶管施工，很快想到的是大功率的千斤顶和能够承受其顶力的钢筋混凝土管或钢管。而现在，随着科学技术的不断发展，连承受力很低的聚氯乙烯管也能用于顶进施工。目前，聚氯乙烯管的累计施工长度已经超过钢筋混凝土管而名列第一。

工作井在作业结束后，一般是改成人井。但是在下水道施工时，构筑工作井所需的费用较大，所以应尽力延长顶进距离，设法减少人井的数量。

1.顶管法施工原理

（1）施工前的准备

任何工程在施工前都必须进行施工场地勘察，充分了解工程地质和水文地质情况，以便进行工程施工的合理设计和施工设备的选择。对于非开挖施工之一的顶管施工法也不例外，施工前的场地勘察具有非常重要的意义，它是工程施工设计、确定施工工艺和选择施工设备的主要依据。顶管法施工前的勘察主要了解地层地质情况、施工现场地形、地下水情况、地下管线的分布、可能出现的地下障碍物以及考虑在施工过程中对挖掘出的土渣堆放和清运等工作。除场地勘察外，施工前还应做如下工作：对于含水比较丰富的地层，在施工过程中，应考虑抽水和排水措施，避免塌方引起意外人身事故，影响正常的施工进度；在建设方的指导下，考虑地下管道的合理分布和充分利用地下空间等情况，具体确定施工地点及有关的坐标数据；根据地层条件进行土的力学实验，确定土的抗压强度，从而选择合理的施工设备。

（2）顶杆施工法

对于不同的地层条件和不同材质铺设的管道，不同的施工单位所选用的施工工艺并不相同。对于土质比较均匀、稳定的地层进行顶杆施工法，它是利用位于顶进工作井的液压千斤顶所提供的恒力使顶杆前端的顶杆头挤压土层形成一个先导孔，然后利用扩孔设备将先导孔扩成直径大于要铺设的管道直径，再进行管道铺设。这种施工方法设备简单、操作方便、投资少，可控制方向，但是一般只适用于黏性土层的直线铺管，同时，需开挖两个工作井。

在顶管机安装定位时要求用仪器定向，将顶管机的中轴线和管道中轴调整在同一水平线上，并且和设计的轨迹重合。在顶管过程中，应正确控制顶管机的压力，及时测量、调整管道的轴线方向，使其始终按设计的轨迹方向进行顶进。

顶杆施工法的工艺流程为：施工准备（挖入口施工井）→安装顶管设备→顶管（控制先导孔轨迹）→挖目的工作井→扩孔→安装管道→填封空隙。扩孔可以采用卷扬机拉扩。当先导孔到达目的井后，将卷扬机的钢丝绳系在顶管的端部，拉回到工作井并连接到卷扬机上，在钢丝绳的另一端系扩孔器，起动卷扬机，利用钢丝绳拉动扩孔器进行扩孔。扩孔采用逐级扩孔的办法，直到扩至所需要的孔径。

1）先导孔施工。根据铺管设计标高、地层及地形情况进行先导孔轨迹的设计，确定先导孔的施工方案。在土层硬度不大的工程施工中，先导孔是通过顶管机将一小口径管（亦称为杆）顶入土层形成—个小孔。在顶进过程中，由于地层的不均匀性，可能会发生先导孔轨迹偏离设计方向，在这种情况下，可采用纠偏导向头（见图2⁃1）进行纠偏。纠偏导向头前瑞为一小角度的造斜面，在顶进过程中，造斜面受到顶力F的作用，在其分力F_f的作用下而产生偏斜，从而达到造斜纠偏的目的。

在施工过程中，纠偏导向头的位置状态与造斜面方向是通过安装在纠偏导向头内腔的信号发射器及地面跟踪导航仪来测得和准确定位的。

2）扩孔施工。在工程施工中，采用卷扬机进行扩孔，既有利于节约空间，又能够施加较大的力，非常适合在软土和第四纪地层施工。扩孔的目的是将导向孔的孔径扩大至所铺设的管径以上，从而达到减小阻力，使管道顺利铺设的目的。顶杆穿越土层后，在目的工作井将导向头卸下，将钢丝绳连接在顶杆上回拉到起始工作井；然后安装卷扬机，钢丝绳一端连接在卷扬机上，将扩孔器连接在目的工作井内钢丝绳的另一端；起动卷扬机，拉动钢丝绳进行扩孔。扩孔采用逐级扩孔的办法，每一级扩孔结束后，要清理孔内的残渣。清孔时，用多层帆布将扩孔器前端包裹起来，重复扩孔时的操作，直到孔径到达设计的孔径，如图2-2所示

图2-1 纠偏导向头及受力示意图

图2-2 卷扬机扩孔示意图

图2-3 圆锥形导向头

3）管道铺设。为了使铺管顺利进行，在铺设管道之前，必须清除铀孔内的残渣。而且在清孔和铺管之间的时间间隔不宜过长，否则，会由于土的不稳定或浸水时间过长而发生垮孔等事故。铺管时要保证管道焊接的同轴度，一方面有利于管道的顺利铺设；另一方面可以减小铺设时的阻力。在管道的前端焊接一个圆锥形导向头（见图2-3），将钢丝绳穿过导向头前端的孔，一直通到管道的后端，将一个十字托盘系在钢丝绳上，拉动钢丝绳，将管道托入孔内。然后焊接另一段管道，重复拖入。

采用顶管法利用卷扬机进行非开挖铺管施工，成本低廉、设备简单、运输方便、占用的空间小，适合在建筑物密集或空间较小的地方施工，也适合在土质比较均匀且稳定性较好的地层进行施工。采用圆锥形导向头可以减小铺管时的阻力，具有很好的导向性能。利用十字拖盘拖动铺管，可以防止在钢管中由于管道承受的拉力过大损坏管道。这种方法操作简单，效率较高。

（3）普通顶管法施工工艺

当土质均匀性和地层稳定性较差时，通常采用一边在管前挖土，一边顶进的施工工艺来铺设大中口径钢管或钢筋混凝土管道。管前挖土是保证顶进质量及地上建筑物安全的关键，管前挖土的方向和挖土形状直接影响顶进管位的准确性，管道在顶进过程中循着已经挖好的土壁前进。所以，管前周围超挖量应严格控制。对于密实土质，管端上方可有1.5cm以下的空隙，以减少顶进的阻力，管端下部135°中心角范围内不易超挖，以保证管壁下方与土壁相平，也可以预留1.0cm厚土层，在管道顶进过程中将其切去，这样可以防止管道在顶进过程中由于重力作用下沉而偏离设计方向。管前挖土深度一般等于千斤顶顶出的镐长度，如果在土质较好的地层顶进，管前可超挖0.5m。超挖过大，土壁开挖形状不易控制，容易引起管位偏差和塌方。在松软土层中顶进时，应采取管前上部加固或管前安装保护措施，防止操作人员受伤。管前挖出的土用牵引小车及时运出管道，用工作平台上的电动卷扬机送到平台，然后运出工作场地。在工作井内没有水准点和预设的方向线，采用激光水准仪直接测量前端管底高程和方向。每顶进50cm时，测量一次，如果在顶进中发现偏差，利用纠偏千斤顶进行校正，使其复位。在顶进过程中，顶管前面的第一段管道作为工具管，不和后面的管道焊接在一起，这有利于在顶进过程中调整钢管的顶进误差。

普通顶管法施工工艺即为：测量放线→做好顶管工作井→搭设平台→安装后背→铺设导轨→顶镐、顶铁、油泵就位→复测高程及中心线→安装管道→开挖管前土方→顶进。

1）顶管减阻技术。用顶管法铺设长距离管道时，要减小摩擦阻力，保证管道顺利顶进，其关键技术是在管道顶进过程中向管道外侧和土层之间注入润滑泥浆以形成高质量的泥浆套。顶进过程中使用全程控的自动膨润土注入系统，操作人员无需进入隧道即可向隧道的全部或任何具体的位置遥控注入数量预先确定的膨润土。

控制系统除主控制面板控制外，还与设立在膨润土供应管上的注射站相连，隧道内每隔15m设一注射站。注射站包括控制匣和一个三线轴电动操作的阀门装置。各站均予以编码，并分配一个独特的地址码，要求各站必须在管道上按正确顺序安装。膨润土供应管连接到各站的入口，从各站连出三条膨润土管，像任何手动或传统的注射系统一样通到三个膨润土出口。各注射站在操作员控制屏幕上表示为一个图画式小框，当操作员在键盘上选中时小框变亮。操作员可按任何次序选中或取消任何小站。

该系统极具弹性，为符合地质条件可选任何数量的小站，从各膨润土口喷出的膨润土也可以由各个喷口的喷射时间（1s～5min）来控制。当系统程控后，注射次序由操作员按下主控制面板上的膨润土注射“启动”按钮来启动。

2）泥浆配比和注入量。对于不同土层条件，所注入的泥浆性质决定了在隧道外侧形成的泥浆套质量的好坏。泥浆的稠度、pH值和析水率由室内试验和施工经验来确定。

根据施工的土层条件和施工经验，泥浆注入量V可用下式表示

式中 D_s——隧道直径（mm）；

D——隧道外径（mm）。

3）泥浆注入顺序。地面拌浆→起动压浆泵→总管阀门打开→管节阀门打开→送浆（顶进开始）→管节阀门关闭（顶进停止）→总管阀门关闭→井内快速接头拆开→下管节→接总管。

4）泥浆注入原则

①合理布置泥浆注入孔，使所注润滑泥浆在隧道外壁形成比较均匀的泥浆套，同时严格控制注入量，防止单个注入孔的注入量不足或超量。

②压入泥浆时必须遵守“先压后顶，随顶随压，及时补浆”的原则，泵出口的压力应根据地层情况和管道与隧道之间的间隙进行控制。

③当要中断顶管时，为了保证后续施工的顺利进行，必须用泥浆迅速填满工具后管节周围出现的空隙，形成完整的泥浆套，达到最佳的减阻效果。同时，由于在顶进过程中泥浆的流失、渗透，在隧道沿线经常进行补压浆，保证顶管处在一个良好的泥浆套中。

④根据实际施工经验，在深层砂土中，静态和动态的周边阻力相差极为明显，一旦顶进中断时间较长，管节和周围土体固结，在重新启动时就会出现“楔紧”现象，顶力一般要达到正常情况的1.4～1.6倍。所以，在顶管施工中，采取24h连续施工，使管节基本处于动态平衡之中。

（4）顶管过程中力学参数确定

顶管过程是一个复杂的力学过程，涉及材料力学、岩土力学、弹塑性力学等多方面的知识。顶力计算的根本问题是要估计顶管的推力、后背承载力及管道应力。顶管时的推力等于顶管过程中管道受的阻力，包括工具管切土正压力、管壁摩擦阻力及工具管焊接接头对土层的切削力。同时，还要考虑在顶进过程中管道的应力和管道的稳定性问题，如果在顶进过程中管道所受的应力大于管道的极限应力，则会引起管道的破坏和变形，影响管道的正常安装和使用。

1）土体破坏理论。在管道顶进土体的过程中，施加在土体中某点的剪应力必须大于土的抗剪强度σ，土体才会发生破坏。根据弹塑性力学理论，把管道顶进土体之前的力学状态可近似得看作为半无限体表面圆形区域内受均匀分布力的作用。对于载荷圆中心下面的任意一点的最大剪应力发生在与通过载荷圆中心线成45°的平面上，如图2-4所示，其值为式（2-1）所示。

图2-4 管道顶进土体前的力学状态

在

处，剪应力达到最大值，它为

式中 q——作用在土体表面的应力（kPa）；

v——泊松比；

a——应力圆半径（m）；

z——应力圆中心线下面的点到应力圆中心的距离（m）。

2）顶管（杆）力的计算。在顶进小口径管（Φ<900mm）形成先导孔的过程中，顶管头压力应该大于土的抗剪强度。要使顶管能够顺利穿越土层，而不使顶管破坏，既要考虑管外圆周侧面与土之间的摩擦力，又要考虑土对管头的端阻力。

在顶进的过程中，作用在该点的力必须大于土的抗剪强度σ。即

由此可以计算出顶管端部作用在土体表面的最小应力值q_min。

由于在顶进过程中，顶杆和土体之间有摩擦阻力

式中 δ_x——垂直于顶杆侧面的法向应力（土压力）（kPa）；

C_a、φa——顶杆侧面与土之间的附着力（kPa）和摩擦角（°）。

土在发生剪切破坏和管被顶进的过程中，管侧面上对管产生向后的摩擦阻力f，同时在顶管过程中管还会受到管端土的阻力，其大小为

式中 q_z——杆端土阻力（kPa）；

r——顶管的半径（mm）。

顶杆机所应施加的总顶力Q应大于管端土的阻力q_z与管和土之间的总摩擦阻力Q_z之和。

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式中 z——顶杆顶入的总长度（m）；

u——顶管的横截面周长（m）。

3）工具管切土正应力。用顶管法铺设大口径（Φ>900mm）管道时，通常是在管道的前端挖出与所铺设的管道直径相当的孔，然后利用顶管设备顶进。此时，工具管切土正应力与土层密实度、土层含水量及管内挖土状况有关。

式中 f_k——顶管正应力（kN）；

D——顶管外径（m）；

d——顶管内径（m）；

k₁——顶管正阻力系数（kN/m²）。

根据有关工程统计资料，软土层一般取k₁为200～300N/m²，硬土层通常取k₁为300～600N/m²。

4）管道在顶进过程中的力。管道在顶进过程中所受的力，不仅与管壁和土之间的摩擦系数、土压力大小有关，而且与管道焊接时的弯曲程度有关。由于管道之间的焊接面垂直于管道的轴线，因此，管道轴线和水平线之间的夹角α是一个微小的角度，可以忽略不计，管道之间推力被认为沿水平方向传递，管道受的力可看作平衡力。由于管道长度较大，所以不考虑在顶进过程中力所引起的力偶。假设管道焊接后具有良好的同轴度，管道轴线和水平线的夹角为0°，则可以忽略管道弯曲引起的管道侧部对土的切削作用，顶管所需的总顶力即为

式中 f_f——顶管侧壁总摩擦阻力（kN）；

k₂——顶管侧壁摩擦阻力系数（kN/m²）；

l——顶管长度（m）。

根据有关工程统计资料表明，k₁一般在5～10kN/m²之间。

通常减少管壁摩擦阻力的措施有：在管壁与泥土间形成泥浆套；使管外壁形态规则、表面光洁；减少管道拐弯。

5）后背结构及抗力计算。后背在顶力作用下产生压缩，压缩方向与顶力作用方向相反。当停止顶进时，顶力消失。顶管时，后背不应当产生破坏和不允许压缩变形（后背不应出现上下或左右的不均匀压缩），否则，千斤顶支承在斜面后背的土上，造成顶进偏差。为了保证顶进质量和施工安全，应进行后背的强度和刚度的计算。

后背作为千斤顶的支撑结构，要有足够的强度和刚度，且压缩变形要均匀。顶管过程中，后背压力远大于土壁允许承载力σ。一般黏土、淤泥土可按承载力不超过150kPa计算。为了安全起见，取σ=150kPa，根据顶进需要的总顶力，核算后背受力面积，使土壁单位面积上所受的力小于土体的允许承载力。

式中 s——后背所需要承压面积（m²）；

f——总顶力（kN）；

σ——土壁允许承载力（kN/m²）。

如果后背面积较大，且顶管的中心线不通过后背中心时，在顶进过程中，还要考虑抗倾覆稳定性。

（5）其他顶管施工法

1）泥水平衡顶管施工法。泥水平衡顶管施工法是在机械掘削式顶管前的刀盘附近安装隔板，形成泥水压力仓，将加压的泥水送入泥水压力仓，使开挖面稳定，刀盘切削下来的土渣以泥水形式输送到地面。

泥水平衡顶管施工法是一种顶进面完全与顶管机内绝缘的施工法，顶进面由土压监测仪器随时测量顶进过程的土压。操作人员通过地面操作盘上的荧光屏观察顶进土压与计算土压的偏压值.从而调节顶进速度，保证地表隆沉控制在最小范围内。如果操作熟练、经验丰富，可以将地表隆沉控制在土深10mm以内，甚至达到零。泥水平衡顶管施工法是一种通过观察仪表和摄像画面，在地面上操作和控制的施工法，故操作人员不需进入管内，操作非常安全可靠。

泥水平衡顶管施工法在顶进过程中，通过送水管道将清水或泥水送至顶进面，与被掘削的土渣混合后用泵将泥浆排至泥水处理装置，经沉淀处理后水被循环利用，而土渣则被沉淀运走。在整个过程中通过调节送水压力用以平衡地下水压力，从而防止地下水的喷发和流失，故施工中不需采取井点降水等影响地盘隆沉的措施，而且，由于采用的是一种全自动的排泥方式，极适用于小口径（ϕ<800mm）的顶管。

泥水顶管系统主要由顶管机、泥水输送、泥水处理及顶进管理四个部分组成。

2）泥水加压顶管施工法。泥水加压顶管施工法使用的顶进装置分主顶进装置及中继顶进装置两部分。主顶进装置的主要功能是完成管节的顶进，出切削刀盘、纠偏油缸、指示板、进泥口控制设备、液压装置、进排泥管、尾部管、机身等组成；中继顶进装置主要是为其后接着的顶进装置所用。

①泥水处理。泥水处理系统主要由黏土溶液槽、调整槽、剩余槽、清水槽、泥水分离旋流器和沉砂等组成，起处理泥水（由开挖面排出）和制造新鲜泥水的作用。

泥水处理采用一次沉淀的方法，沉淀后的泥水送入调整槽调整黏度、密度。黏度控制在25s左右，密度控制在1.2g/mm³左右，并且根据实际情况再作调整。

②顶进管理系统。顶进管理系统由顶管机主机及泥水输送两大系统组成。该系统能在电脑上反映出施工过程中的切口水压，送排泥流量，送排泥密度，主顶进速度，主顶行程，刀盘油压和顶管的平面、高程、转角等一系列施工参数。

顶进过程中，中央控制室操作人员通过此管理系统反映的各类施工参数及时作相应的调整。

3）穿梭矛顶管法。穿梭矛顶管法是穿梭矛在新管的后面，将新管（通常是空心管或铸铁管）顶进终点来完成铺管任务的方法。

在进口处，用一个特殊的管夹将穿梭矛置于新管的后部，靠气压的一次次冲击，推动新管前进。新管的前端，装有一个响应尺寸的特制护管套，既可切割或挤开周围泥土以减少新管端头承受的挤压力，又可保护新管的管口，以免遭损坏；当新管抵达目的地的出口井后，被“吃进”新管中的泥土会在强大的空气压力推动下，一次性排出。

这种方法通常使用较大型号的穿梭矛，适宜于铺设口径较大或距离较长的钢管或铸铁管，其最大口径可达1520mm，最大长度可达100m左右。

2.顶管设备

顶管机的种类按其施工工艺原理的不同可分为泥浆式顶管推进机、先导式顶管机和螺旋式顶管机。

（1）普通顶管机

为了使管道顶入土层，普通顶管机必须以压入方式使土层所受的压应力超过土的抗压强度。普通顶管机主要由油缸和顶镐（油压千斤顶）、油压马达、管路系统、横梁、后背、底座和顶管（杆）组成。

导向孔施工时，在管道的前端装有顶管头。顶管头是顶进工作的直接工作端，它是由钢材经过特殊处理加工而成。顶管头以螺纹与顶杆连接，顶管头内可以装有电磁波发生器，用以测量和控制顶管的轨迹，以免顶管偏离设计轨迹。

1）顶管机油缸和顶镐。顶管机的油缸是顶管机的重要组成部件之一，它由两个平行的油缸组成，一端固定在顶管机的后背上，另一端则由一根横梁固定。在横梁的中间有一个固定顶杆的螺纹孔，通过固定螺纹，将顶杆固定在横梁上，在顶镐顶出油缸时，推动横梁将顶杆顶入土层。油缸的密封性能直接决定着顶管顶力的大小，也是决定顶管性能的重要指标之一，它通过油压马达将动力通道顶杆传递给顶管头。

顶镐的长度决定了管道一次顶入的深度和在管前挖土的深度，对于土层稳定性较差的地层，一次挖土深度不宜过大。否则会引起塌方、跨孔或顶进时发生偏斜。顶镐应有足够的强度、光洁度、良好的同轴度和同步性能，同时顶镐应和油缸之间有良好的密封性能。否则，在顶进过程中，两个顶镐会产生力偶，影响顶管质量和产生顶管轨迹偏斜，而且会由于顶镐和油缸的密封性能不好而影响千斤顶的顶力。

2）管路系统。管路系统是油压马达将油输入和输出油缸的路径，要求油管能够承受一定的压力，在油管和油缸、马达的连接处有良好的密封性能。应尽量减小马达所施加的压力在管路系统中的损失。

3）横梁。横梁是连接两个顶镐和支撑的重要部件，横梁的两端分别和两根顶杆连接，中间有一个和顶杆直径相当的孔，顶杆通过固定螺栓固定在横梁的中间。顶镐的动力是通过横梁传递给顶杆的，所以横梁要求有足够的强度和刚度。

4）顶杆。顶杆是把顶管机的动作和动力传递给顶管头，顶管头在工作面以压力方式破坏土层，使顶杆进入土层。顶杆在传动工作系统中是一个特殊的、细长比很大的、在孔隙特定条件下工作的传动杆件。顶杆承受弯曲、压缩、摩擦等复杂的力学状态。顶管施工是依靠顶杆将动力传递到顶杆头上，在施工过程中，实际上它是依靠孔壁支撑在空中维持工作的，所以，顶杆在孔中的受力状态是比较复杂的。因此，顶杆是顶进系统中的一个关键的组件。顶管机所施加的顶力大小、能否顺利顶入土层、安全生产等都取决于顶杆柱的可靠性。同时，顶杆也是将电磁波发生器送入孔内的辅助件。

为了满足顶杆顶入土层的要求，顶杆随着顶入深度的增加要不断地连接单根顶杆。单根顶杆的长度由施工井的长度和顶管机的顶镐长度而定。为了减小顶入过程中顶杆的阻力，单根顶杆之间用平接头连接，并采用螺纹连接方式，螺纹连接必须是公扣和母扣对接。螺纹部分是顶杆最薄弱的部位，为了克服该弱点，顶杆的端部必须加厚，进行正火、淬火和高温回火处理。同时，为了防止应力集中，螺纹根部应有一定的圆弧角度、强度，并能在经常拧卸中耐磨。为了确保顶杆质量，扎制而成的钢管必须经过正火和回火处理或调质处理。由于顶杆在顶进过程中经常与孔壁接触，表面磨损现象非常严重。为了加强表面的抗磨损能力，常常对顶杆表面进行高频淬火。但是，为了不影响顶杆的抗疲劳破坏性能，淬火加硬的表层深度必须控制在1mm以内。

（2）泥水顶管机

1）TSM遥控式泥水顶管推进机。TSM遥控式泥水顶管推进机的特点是：

①该机和主顶油缸由远距离控制，通过地面操作者在操纵台上来操纵运行；

②用设置在顶管机内的压力传感器来监视土压；

③在切削刀盘上有遥控式双向切削刀来确保良好的挖掘效率；

④该机内与主顶速度相一致的进泥口控制装置可以安全地控制挖掘的土方量；

⑤地下水压由泥水平衡控制；

⑥被挖掘的泥石等由泥水从切削面运输至泥水分离设备，把土砂和泥水浆分离开，并将泥水送回挖掘面循环使用。

TSM遥控式泥水顶管推进机的结构见图2⁃5。

2）CRUNCHINGMOIE型砾石破碎泥式泥水加压顶管推进机。CRUNCHINGMOIE型砾石破碎泥式泥水加压顶管施工主要由挖掘、吸收、破碎、出渣四个过程完成。砾石破碎泥式泥水加压顶管推进机主要性能：有内置式连续旋转的破碎机；不同的型号有不同的破碎性能；顶进准确度高；不用降低地下水位；对人和设备的安全性较高；对不同的地层可使用不同的气压来完成施工。

3）UNCLEMOLE型泥水加压顶管推进机。UNCLEMOLE型泥水加压顶管推进机的优点是：

①顶管机、主顶油缸、泥水循环系统以及泥水分离设备成套化。

②带有偏心回转锥形破碎机的条幅型刀盘，可破碎外径达所顶管道30%、一轴压缩强度达到196MPa（195000 kN/m²）的卵石和砾石。

③该顶管机适用的地层条件广泛。如粘质土、砂砾土和砂砾混杂卵石土和软性岩石土等。在不稳定的地层，诸如砂砾土质中，可通过保持锥形偏心破碎机内被挖掘土砂的土压来保持地面的稳定。

④使用安装在轨道上的主顶油缸，一次可顶进长度超过100m。

⑤顶管机由地上1人便可以遥控操作。

⑥在操纵台上便可以完成电视监视和方向控制，以维持高准确度。

⑦使用主顶油缸可不间断地顶完一节管道。

⑧泥水分离装置DESANDMAN是一个灵活的密封式分离系统，该系统能节省安装的空间。

4）EPB土压平衡式软土顶管推进机。EPB土压平衡式软土顶管推进机的主推进装置主要由切削刀盘、中空螺旋输送机、显示板、纠偏油缸、液压装置、控制盘、后方筒和机体组成。

该机的特性是：该机适用于不同的土质条件，例如淤泥、粘质土、砂土以及带卵石的砂砾土。进泥室及螺旋输送机内的塑性流动土阻断地下水。渣土通过中空螺旋输送机送到渣土车或由压送泵排出。

EPB土压平衡式软土顶管推进机的结构见图2-6。

图2-5 TSM遥控式泥水顶管推进机的结构