土壓平衡頂管機(jī)主要由頂管機(jī)刀盤、大刀盤驅(qū)動(dòng)裝置、前后殼體、止轉(zhuǎn)裝置、聯(lián)接兩殼體的糾偏油缸組和鉸接密封裝置、出土螺旋輸送機(jī)、糾偏油缸液壓動(dòng)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(qū)動(dòng)電機(jī)電器柜及頂管操縱臺(tái)等組成。

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

土壓平衡頂管機(jī)工作現(xiàn)場(chǎng)

土壓平衡頂管機(jī)的工作原理：

　　先由工作井中的主頂進(jìn)油缸推動(dòng)頂管機(jī)前進(jìn)，同時(shí)大刀盤旋轉(zhuǎn)切削土體，切削下的土體進(jìn)入密封土倉與螺旋輸送機(jī)中，并被擠壓形成具有一定土壓的壓縮土體；經(jīng)過螺旋輸送機(jī)的旋轉(zhuǎn)，輸送出切削的土體。密封土倉內(nèi)的土壓力值可通過螺旋輸送機(jī)的出土量或頂管機(jī)的前進(jìn)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(wěn)定，防止地面的沉降或隆起。

　　從理論上講，頂管機(jī)在頂進(jìn)過程中，其中土倉的壓力P如果小于頂進(jìn)土層的主動(dòng)土壓力Pa，即P＜Pa時(shí)，地面就會(huì)下沉；反之如果P>Pa時(shí)，地面就會(huì)產(chǎn)生隆起。施工過程中的沉降是一個(gè)逐漸演變的過程，尤其在粘性土中，要達(dá)到最終沉降所經(jīng)歷的時(shí)間會(huì)比較長；然而沉降卻是一個(gè)會(huì)立即反應(yīng)出來的迅速變化的過程。降起的最高點(diǎn)是沿土體的滑裂面上升，并最終反映到距頂管機(jī)前方一定距離的地面上，裂縫最高點(diǎn)呈放射狀延伸。

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

　　頂管機(jī)土壓力大小的控制與以下幾個(gè)動(dòng)力條件有關(guān)：

　　與頂管速度有關(guān)。如果螺旋輸送機(jī)出土量不變，頂進(jìn)速度與土壓力成正比，因此，要保持機(jī)內(nèi)控制土壓力不變就必須把頂進(jìn)速度調(diào)節(jié)在一個(gè)適當(dāng)?shù)姆秶詢?nèi)。

　　與螺旋輸送機(jī)的排土量有關(guān)。如果推進(jìn)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(jìn)速度和排土量同時(shí)改變，也可以保持控制土壓力在規(guī)定的范圍內(nèi)。當(dāng)推進(jìn)速度提高時(shí)，土壓力隨之上升，與此同時(shí)，也提高螺旋輸送機(jī)的排土量。

　　根據(jù)頂管機(jī)開挖面不同地層的特性，通過向刀盤正面和土倉內(nèi)加入清水、粘土漿(或膨潤土漿)、各種配比與濃度的泥漿或發(fā)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(dòng)性和止水性的泥狀土，不僅能被螺旋輸送機(jī)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(wěn)定。

　　若增加刀盤的驅(qū)動(dòng)動(dòng)力和變換刀盤體，還能在泥巖、強(qiáng)風(fēng)化與中風(fēng)化砂巖中掘進(jìn)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(jī)對(duì)土層的適應(yīng)性較強(qiáng)。