顶管施工是继盾构施工技术之后发展起来的一种铺设地下管道的施工方法，可在不影响地面设施的情况下穿越河道、公路、建筑物等进行施工，具有高效、环保等特点，得到愈来愈广泛的应用。施工中使用的顶管掘进机以泥水平衡式和土压平衡式较普遍，结构形式也为多样。施工中选择何种机型与结构形式至关重要，合理的选型应按掘进机本身特性与实际情况相适合的原则来进行。下面从多方面分析阐述如何选型。

    1  顶管主要机型的特点、适用情况

    设备选型必须首先对各种机型的特点有一个清楚了解，下面主要对目前常用的两种机型进行对比分析。

    1.1  泥水平衡式顶管

    用水力切削泥土以及虽然采用机械切削泥土而采用水力输送弃土，同时有的利用泥水压力来平衡地下水压力和土压力的这类顶管形式都称为泥水式顶管。泥水加压平衡式掘进机由主机、纠偏系统、进排泥系统、主顶系统、压浆系统和洞口止水圈、基坑道轨等组成。

    (1)泥水平衡式机械顶管的优点。

    适用的土质范围比较广，如在地下水压力很高以及变化范围较大的条件下，它也能适用；可有效地保持挖掘面的稳定、对所顶管子周围的土体扰动比较小，因此，特别是采用泥水平衡式顶管施工引起的地面沉降也比较小；与其他类型顶管比较，泥水顶管施工时的总推力比较小，尤其是在粘土层则表现得更为突出，所以适宜于长距离顶管；工作坑内的作业环境比较好，作业也比较安全，由于采用泥水管道输送弃土，不存在吊土、搬运土方等容易发生危险的作业，工人劳动强度低；由于泥水输送弃土的作业是连续不断地进行的，所以作业进度比较快。

    (2)泥水平衡式机械顶管的缺点。

    采用水力切削容易使掘进机前方产生损失；弃土的运输和存放比较困难，运输成本较高；所需作业场地大，设备成本高；口径越大，泥水处理量也就越多，因此仅适用于小口径管道；采用泥水处理设备往往噪声很大，对环境造成污染；由于泥水顶管施工的设备比较复杂，一旦出现了故障就要全面停止作业；如果遇到覆土层过薄或渗透系数特别大的沙砾、卵石层，作业容易受阻。

    1.2  土压平衡式顶管

    主要特征是在顶进过程中，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，排出的土可以是含水量很少的干土或含水量较多的泥浆。与泥水平衡式顶管掘进机相比，其特点是排出的土或泥浆一般都不需要进行泥水分离等二次处理。

    (1)土压平衡式机械顶管的优点。

    土压平衡顶管掘进机一般用来进行中、大口径的管道施工；能在覆土比较浅的状态下正常工作，最浅覆土深度仅为0.8倍掘进机外径，这是其他形式的顶管无法做到的；适用的土质范围广，是全土质的顶管掘进机；能保持挖掘面的稳定，可以使地面变形极小；弃土的运输、处理都比较方便、简单，没有泥水平衡式顶管那样的泥水处理装置等；操作方便、安全，不需要泥水式的泥水循环系统。

    (2)土压平衡式机械顶管的缺点。

    由于出土的不连续性，加上注浆减摩所产生的注浆压力，土压平衡式顶管对管道周围土体造成的挤压力非常大；土压式引起的深层土体水平位移较大；在沙砾层和粘粒含量少的沙层中施工时，必须采用添加剂对土体进行改良。

    2  顶管选型综合分析

    根据两种主要机型的特点，必须结合自身经济技术情况、施工地土质情况和施工进度要求等各个相关方面进行综合分析评估，才能达到综合效果。下面从多个方面来分析顶管掘进机的选型问题。

    (1)顶管设备造价方面。

    设备造价是每一个设备选购单位必考虑的问题，应结合自身经济情况进行合理取舍。从设备的结构可以看出土压平衡式顶管较泥水平衡式顶管造价低。

    (2) 顶管施工方面。

    必须满足施工进度要求，而顶进速度是保证施工进度的一个重要数据，机械顶管的速度基本上都能达到要求。根据不同的土质，一般顶管速度可达50～200mm/min。泥水平衡式顶管掘进机比土压平衡式顶管掘进机快。

    管道的敷设深度也对选型有影响。如果覆土较浅又在沙土中顶进，用土压平衡式顶管掘进机，它可在最浅覆土深度仅为0.8倍掘进机外径的情况下施工，而采用泥水平衡式则容易“冒顶”。

    顶程的大小在顶管施工中也很重要，它是克服环境因素、利于文明施工的指标。一般小口径顶管一个顶程在100～130m，中大型顶管一个顶程可达1700m(使用中继间)。泥水式顶管掘进机的总推力比较小，适宜长距离顶管。

    应考虑施工地的土质情况。泥水平衡式顶管掘进机适用的土质范围较广，特别是在地下水压力很高及变化范围较大的情况下也适用；土压平衡式适用的范围最广，可以称得上是全土质，即从淤泥质土到沙砾层都能适应(含水量从20%～150%之问的土它都能适应)，而且通常也不用辅助施工措施。

    另外，从顶管管径方面考虑，小口径顶管用泥水平衡式顶管掘进机较好，而大口径顶管则用土压平衡式顶管掘进机较好。

    (3)设备方面。

    在设备的维护管理方面，泥水式顶管较复杂，易损件也较多，在这方面土压式顶管稍优；另外在曲线顶进能力上土压式顶管也稍优。

    刀盘是顶管的重要部件，在土压式顶管中它兼有切削和维持土压两种作用，在泥水式顶管中主要是切削作用。刀盘选择主要从转矩参数和刀盘结构两方面来考虑。

    在初期设备选型阶段，应根据当地的土质来确定所选顶管掘进机的转矩。由于土压式顶进力较大，一般它所需的转矩也较大。

    要为所选顶管选择合适的刀盘。刀盘结构应能适应本地区的土质，既能有效切削又不易被粘土糊住，还应结合施工中的具体情况，如管道沿线地质变化情况等选择。

    (4)顶管环境影响方面。

    施工应考虑保护环境，满足环保要求。在这方面，泥水式顶管掘进机因采用泥水处理设备，所以噪声比较大，现场泥水处理对环境会造成污染。

    另外，施工中造成的地面变形会影响到路面环境，土压平衡式顶管掘进机保持挖掘面的稳定性比泥水平衡式顶管掘进机好，它可以使地面变形极小。

    从以上的分析可以看出，一种机型的优劣，不能简单地加以评判，而要根据机型特点，结合当地各方面实际情况进行选择，这一点是至关重要的。现在掘进机种类越来越多，希望上述分析能给广大用户选择顶管提供帮助。