土壓平衡頂管機主要由頂管機刀盤、大刀盤驅動裝置、前后殼體、止轉裝置、聯接兩殼體的糾偏油缸組和鉸接密封裝置、出土螺旋輸送機、糾偏油缸液壓動力站和液壓管路、潤滑油脂泵和油脂輸送管路、加泥(水)裝置、驅動電機電器柜及頂管操縱臺等組成。

　　土壓平衡必須滿足兩個條件：1、頂管機在頂進過程中與它所處的土層地下水壓力和土壓力處于一個平衡狀態；2、頂管機的排土量與頂進所占去的土體積也處于一種平衡狀態。滿足以上兩個條件才算是真正的土壓平衡。

土壓平衡頂管機工作現場

土壓平衡頂管機的工作原理：

　　先由工作井中的主頂進油缸推動頂管機前進，同時大刀盤旋轉切削土體，切削下的土體進入密封土倉與螺旋輸送機中，并被擠壓形成具有一定土壓的壓縮土體；經過螺旋輸送機的旋轉，輸送出切削的土體。密封土倉內的土壓力值可通過螺旋輸送機的出土量或頂管機的前進速度來控制，使此土壓力與切削面前方的靜止土壓力和地下水壓力保持平衡，從而保證開挖面的穩定，防止地面的沉降或隆起。

　　從理論上講，頂管機在頂進過程中，其中土倉的壓力P如果小于頂進土層的主動土壓力Pa，即P＜Pa時，地面就會下沉；反之如果P>Pa時，地面就會產生隆起。施工過程中的沉降是一個逐漸演變的過程，尤其在粘性土中，要達到最終沉降所經歷的時間會比較長；然而沉降卻是一個會立即反應出來的迅速變化的過程。降起的最高點是沿土體的滑裂面上升，并最終反映到距頂管機前方一定距離的地面上，裂縫最高點呈放射狀延伸。

　　由于大刀盤無面板，其開口率接近100%，所以設在隔倉板上的土壓計所測得的土壓力值就近似于掘削面的土壓力。

　　頂管機土壓力大小的控制與以下幾個動力條件有關：

　　與頂管速度有關。如果螺旋輸送機出土量不變，頂進速度與土壓力成正比，因此，要保持機內控制土壓力不變就必須把頂進速度調節在一個適當的范圍以內。

　　與螺旋輸送機的排土量有關。如果推進速度恒定，那么控制土壓力與螺旋輸送的排土量成反比。

　　頂進速度和排土量同時改變，也可以保持控制土壓力在規定的范圍內。當推進速度提高時，土壓力隨之上升，與此同時，也提高螺旋輸送機的排土量。

　　根據頂管機開挖面不同地層的特性，通過向刀盤正面和土倉內加入清水、粘土漿(或膨潤土漿)、各種配比與濃度的泥漿或發泡劑等添加材料，使一般難以施工的硬粘土、砂土、含水砂土和砂礫土改變成具有塑性、流動性和止水性的泥狀土，不僅能被螺旋輸送機順利排出，還能頂住開挖面前的土壓力和地下水壓力，保持刀盤前面的土體穩定。

　　若增加刀盤的驅動動力和變換刀盤體，還能在泥巖、強風化與中風化砂巖中掘進施工，也能用于易坍塌的含水砂層以及混有卵石的砂礫層等各種地層，這種頂管機對土層的適應性較強。