顶管机机头与开挖面土体保持动态平衡的必要性分析

顶管机施工过程中，无论采用何种顶管设备，都必须强调顶管操作时机头与开挖面土体的压力保持动态平衡状态，这对顶管工程质量的影响非常重要。

顶管开挖面的稳定是防止地面沉降引起周边建筑物及管线影响的关键因素，根据土压平衡式顶管的基本原理，开挖面稳定的关键是顶管机前端已切削泥土压力与正面土层土压、水压力保持相等。开挖面稳定施工管理的重点在于在顶进过程中，不断分析和调整顶进速度、土压力、排土量等相关掘进参数，并结合地下地上监控量测数据，使顶管机土仓压力和开挖面土层土压、水压保持平衡。机头对开挖面的压力（即气压力、泥浆压力或土压力）不足，开挖面会滑移或坍塌，造成地面沉降；机头对开挖面的压力过大，产生的挤压可能使地面隆起。

以土压平衡顶管机为例，以下是控制土压平衡顶管机机头与开挖面土体保持动态平衡的措施：

（1）控制顶管机顶进速度。顶管推进速度一方面是保证工程进度的保障，另一方面是保证开挖面稳定、螺旋机出土量均匀的主要手段。顶进速度的控制通过调整机头刀盘切削转速、主顶千斤顶的顶进速度和螺旋输送机排土速度来实现。顶管机的初始顶进是为正常掘进参数累积调整阶段，初速控制在10mm/min以内，正常顶进速度控制在10mm/min～20mm/min。

（2）土压力控制。在正常顶进过程中，土压力的增减控制和顶进速度、排土量密切相关。如果土压力值过高，应适当降低顶进速度或增加出土量；反之，要增加顶进速度或减少出土量。采用螺旋输送机（或排泥管）取土时，机头内压力会减小；机头向前推进时，地层的土挤入机头，机头内压力会增加。只有保持机头顶进与排土同步进行，而且机头切入的土量与取土设备排出的土量应大致相等，才能保持压力平衡。

（3）控制排土量。在顶进过程中，可以通过排土量的大小及监测仪器数据来判定开挖面稳定状况，需安排专人对顶管机螺旋出土输送机的排土量进行统计、分析，严格控制出土量，防止超挖或欠挖。