穿跨越技术-穿越部分-1

管道穿跨越技术2013年9月8日詹胜文---中国广州---第一部分穿跨越工程特点第二部分穿跨越专业特点第三部分穿跨越的发展方向第四部分穿越工程第五部分跨越工程总目录第一部分穿跨越工程特点咽喉工程-控制性工程，备受关注（西气东输长江、黄河、涩宁兰黄河、西部管道黄河、忠武线3穿长江、7跨越；西二线果子沟、长江、兰郑长长江、渭河；中缅国外两沟、两河、一江；中缅国内怒江、澜沧江、乌江、长江等）；工程开始早，结束晚，贯穿工程全程（控制性工程一般设计文件最先提交（中缅），工期长，九江盾构）。方案对投资影响大（西部管道黄河）穿跨越工程特点第二部分穿跨越专业特点涉及学科多（输送工艺学、工程测量学、遥感学、工程地质学、陆地水文学、气象学、河流动力学、水力学、材料力学、断裂力学、结构力学、土力学、弹性力学、地基与基础、热力学、电化学、金属焊接学、混凝土结构、钢结构、建筑材料、化工材料、环保、社会人文、电脑及软件等）；涉及专业多（结构工程、桥梁与隧道、地下工程、岩土工程、材料工程、土木工程、水利工程、工程力学、海洋工程）;涉及标准多（管道通用标准、行业穿跨越标准、管材标准、防腐层及材料的技术标准、各类钢配件和钢焊条及钢丝绳的技术标准、各类公路铁路桥梁隧道标准、各类结构、荷载的标准规范、各种地基及基础标准规范

）涉及软件多（ALGOR、SAP84~92、ANSYS、桥梁博士、MIdas、3Dσ等）穿跨越专业特点穿跨越方案没有绝对穿跨越专业特点第三部分穿跨越发展方向定向钻大管径、长距离、复杂地质（西二线渭河）定向钻克服软、硬岩（120MPa以上），卵石处理技术（

开挖、套管隔离、注浆、冷冻）大跨度跨越设计（300m以上）柔性跨越减震技术、清管动载、风振、地震动力影响分析多管跨越（偏心、风）定量环境风险评价长距离顶管、曲线顶管（顶力）子母盾构盾构出洞地基改良设计松散地层竖井设计（沉井、连续墙受力研究；冷冻法）混合方案研究（定向钻与顶管，盾构与钻爆）高性能的设备、材料（夯管锤、竖井机、合金钻）穿跨越发展方向第四部分穿越工程穿越型式分类无水开挖定向钻穿越钻爆隧道法盾构隧道法顶管隧道法开挖式有水开挖围堰挖泥船法爆破法气举法和液化法非开挖式山体隧道地下隧道穿越1).开挖穿越穿越开挖设计、施工核心：开挖深度稳管方式排水设计管道应力拖拉力降、排水方案围堰设计拖拉发送道浮拖方案2).定向钻穿越穿越现状及趋势穿越穿越定向钻穿越的最大直径为1219mm单次穿越最大长度2308m采用对穿工艺穿越最大长度为3300m穿越的最硬岩石为108MPa采用套管隔离卵石层，最长夯进套管150m。穿越穿越穿越穿越中石油施工最新技术和动态一是针对超长距离穿越，对夯套管技术、对接穿越技术进行改进再优化，进行钻具改制革新。二是针对大口径、复杂地质穿越，系统疏理各类地层对应使用的泥浆体系，深入研究正扩、对扩技术，研制出对接钻头，研发管道回拖过渡缓冲器，有效解决大口径定向钻穿越，管道回拖入洞难，通过软硬软地层易卡钻等问题。三是针对Ф1422毫米大口径管道穿越工程，进行了装备器具研发，研制出离心式泥浆泵、大功率泥浆马达、大钻杆和大钻杆上卸扣装置，研制大型扩孔器以及高护壁性、高携带性的泥浆配方和配重降浮工艺。四是研究探索定向钻和曲线顶管相结合的工艺。穿越定向钻穿越原理穿越定向钻穿越示意图定向钻导向孔钻进示意图定向钻扩孔示意图①钻导向孔钻导向孔是按照设计的穿越曲线，连续钻一小孔，钻杆连通到对岸。方法由钻机产生的推力和扭矩通过钻杆传动使钻头转动，钻头预留两个喷水嘴为泥浆通道，泥浆一部分渗入周围土壤，一部分从钻杆和孔壁间返回。通过计算机完成位置测定、造斜和纠偏三项措施动态控制，使钻头按设计方向前进，形成一条曲线。定向钻穿越示意图定向钻扩孔示意图②预扩孔导向孔完成后，按照穿越段管道管径的大小和穿越地层性质进行一次或多次扩孔，一直扩到适合管子回拖为止。扩孔方法是在对岸卸掉钻头及方向测量仪器后，在钻杆上连接合适的扩孔器进行扩孔，使扩孔器边旋转边喷出泥浆，从出土点端向钻机端回拖。在钻机端每卸一根钻杆，在出土端接上一根钻杆，以保证在任何时刻在钻孔中都是完整的钻柱。按此方法继续下去，直到钻孔达到所要求的直径为止。定向钻穿越示意图定向钻回拖管道示意图③回拖扩孔完毕之后，进行管线的回拖，管道组装、焊接在摆放钻机场地的对岸进行。为了进行管道回拖，这时扩孔器呈旋转状态，一边喷泥浆一边向钻机一侧回拖，管道借助于旋转接头的连接，使之只受回拖力而不旋转，管道在钻孔中几乎不旋转的前进直到钻机前的入土坑。优缺点及适应范围穿越穿越适于采用定向钻穿越的地层有：粉土、粉质粘土、粘土、粉砂、细砂、中砂、软质岩石层；穿越有一定难度，但经过处理后可以穿越的地层有：粗砂层、含量小于50%的砾石层、埋深较浅厚度不大的卵砾石地层；不适于采用定向钻穿越的地层有：裂隙发育的硬质岩石层、流沙层、含量大于50%的砾石层、粒径大于10cm的卵石层。穿越勘察与测量穿越穿越穿越注意多管及复杂地质，留出余地。范围：特别要注意回拖场地的测量。上下游一定范围的水下地形。钻孔距离轴线距离（多管问题）钻孔间距（复杂地质）钻孔深度（设计线5m）穿越重要指标穿越重要指标穿越重要指标穿越重要指标穿越穿越重要指标穿越重要指标穿越穿越重要指标穿越定向钻设计穿越定向钻设计核心：设计深度出入角度回拖力屈曲稳定泥浆设计施工各阶段应力校核施工方案管道各阶段应力分析钻杆应力分析防腐层保护穿越工程等级（资料3-1）重要性-设计系数注意油管道0.5系数场地（资料3-1..6）场地场地场地场地场地曲线设计曲线设计曲线设计曲线设计夯套管长度曲线设计夯套管壁厚回拖力应力计算（PRCI）应力计算应力计算应力计算应力计算应力计算应力计算应力计算屈曲失稳应力计算抗震防腐定向钻专用热收缩套加强级改性环氧玻璃钢液态耐磨环氧涂料防护层监测电火花捡漏剥离检测完整性评价焊接双百检测试压测径、试压第二次严密性试验定向钻施工几个概念几个概念几个概念控向系统由探头、接口单元、计算机等所组成的一种探测仪器。在钻导向孔时用于探测钻头的倾斜、方位角和钻头在地下的位置。方位角地球磁场是从北极到南极，方位角就是探头与大地磁力线的夹角。控向规定：探头朝北，方位角为零。倾斜角就是探头与重力的夹角。控向规定：探头朝下，倾斜角为零。几个概念动力钻具：带泥浆马达的钻具。特点：可以穿越硬地层，但是盲区长，不易控制，一旦钻出孔后，要修改很困难。几个概念控向原理探棒主要由三个磁力计和三个重力计构成，三个磁力计互相成９０度摆放。分别感受来自三个不同方向的磁力线的大小和强度。如果探棒朝正北方向摆放，某个磁力计感受到的磁通量最大，其他两个磁力计感受到的磁通量为零。如果探棒朝正东方向摆放，另一个磁力计感受到的磁通量大，其他两个磁力计感受到的磁通量为零。三个重力计工作原理同上。探棒中的三个磁力计和三个重力，把Ｘ、Ｙ、Ｚ三个方向感受到的磁通量的大小和重力的大小测量出来，通过导线送到接口单元，进行放大,经放大后的信号再给计算机和显示器，显示方位角、倾斜角、工具面。如果此时输入钻杆长度，计算机就可以算出钻头的Ｘ、Ｙ、Ｚ坐标，以提供控向数据给司钻调整方向。几个概念操作要点道路通往钻机工地的道路要能行走60吨平板。通往管线工地的道路要能行走27吨管车。施工道路宽4—6米，道路拐弯不小于半径为30米。操作要点控向系统调校调校时地点应在远离钻机50米以外的出土点、入土点之间，以确保探棒不受磁场干扰，调校时应旋转至少4次，以确保方位角的准确性，调校完后其方位角的数据存入计算机中。操作要点泥浆泥浆的成分必须根据地层条件，作相应调整，如适当增减添加剂的品种和数量。（一）膨润土：钠质一级。要求符合SYTS060—93《钻井液用膨润土》，白色、黄色或红色粉状物质。（二）CMC：要求符合Q/KHXN004—2000KHJ《定向钻液用表面活性剂》，白色粉状物质。（三）聚阴离子纤维素：简称PVC，要求符合Q/KQH004—2001《钻井液用聚阴离子纤维素》，白色粉状物质。（四）泥浆润滑剂：要求符合，Q/KHXN004—2000KHJ《定向钻液用表面活性剂》，无色无味液体。（五）碱：调整ph值在钻孔、扩孔和回拖过程中，监控和维持泥浆粘度、性能很重要，所以要求每两小时测量一次，测量的项目有罐内泥浆粘度和钻孔返回泥浆的含砂量等。泥浆粘度的测量用马氏漏斗，单位为秒。操作要点钻导向孔钻导向孔前应根据设计画出曲线图，导向孔应根据设计曲线钻进，一边钻进，一边测量，根据测量结果，选择是旋转前进还是顶进。一根钻杆钻进后，输入钻杆长度，计算机自动算出xyz三维坐标。操作要点钻孔原理为钻头后面是第三节蒙乃尔短节和一节蒙乃尔管组成，探棒在蒙乃尔管内三节短节构成一个1.5度的弯，弯的中心有一条线叫工具面，在顶着走的情况下，工具面朝上，钻杆向上走；工具面朝下，钻杆向下走；工具面朝左钻杆向左走；工具面朝右，钻杆向右走。如果旋转前进，钻杆往下走。探棒主要由三维磁力计和三维重力计构成，它放在蒙乃尔管内，测量出钻杆的倾斜角、方位角、工具面等等。经电线传到地面，由计算机计算出钻头的三维坐标位置以供控向和司钻调整方位。操作要点预扩孔扩孔次数与穿越管的长度、地质条件、钻机能力等因素有关。在一般情况下。管径小于400mm的管线，可以直接回拖，如果管径大于400mm，要进行预扩孔，管径每增加150mm时，要增加一次预扩孔。回拖（发送沟、滚轮）对穿钻爆法隧道水下隧道山体隧道管道安装完毕的过江隧道4).盾构法钻爆隧道设计核心：曲线设计围岩应力分析施工支护设计洞口、洞门设计排水设计竖井设计、计算施工方案管道应力隧道外牵第一根三联管发送现场施工图例发送小车施工图例提纲中没有1.围岩级别划分问题2.勘察，施工勘察的重要性3.支护，四级围岩不加钢筋，3.5m直径内4.防水，按照四级防水要求5.超前探，一般要求一个孔，30m6.六级围岩，超前支护，钢拱架，仰拱7.量测，一般每20m，比公路松8.管道安装形式9.锚杆拉拔试验3/10010.验收，建议标准放松11.安全电压36v12.可燃气体探测13.初支，压缩机，喷锚14.二衬，模版或台车15.速度1~3m/天，钻孔时间16.爆破，光面，计算，进尺2m17.角度，15度，25度，少有30度以上18.人字坡中国石油天然气管道工程有限公司CHINAPETROLEUMPIPELINEENGINEERINGCORPORATION30°斜井中国石油天然气管道工程有限公司CHINAPETROLEUMPIPELINEENGINEERINGCORPORATION全填土埋设半挖半填土埋设固定支座架空4）盾构隧道盾构隧道设计核心：曲线设计环片受力分析、计算、设计竖井计算（沉井井壁、封底、下沉等，连续墙应力分析）场地布置出洞口地基处理设计防排水设计施工方案盾构机选型支架、固定墩设计管道应力分析穿越盾构法施工技术简介

盾构法是一种暗挖式的、全机械化的隧道施工方法。施工中，刀盘旋转对土体产生切削，通过盾尾的推进油缸的伸长，使设备向前行进。当推进油缸伸长到一定的行程后，在盾尾进行管片拼装，最终形成盾构隧道。根据其施工原理和出渣方式的不同，盾构分为土压平衡式盾构和泥水平衡式盾构两种，本次介绍的是泥水平衡式盾构。泥水平衡式盾构，在设备掘进的过程中，通过对泥水压力的控制，达到与掘进面水土压力的平衡，确保掘进面稳定。通过泥水的循环，将渣土携带出来，并通过地面的泥水分离设备，对泥浆中的渣土进行分离，渣土分离出来，堆在出渣场地，泥浆回到原循环系统中循环携渣。国内已建管道盾构工程概况：1）西气东输三江口长江穿越，管径1016mm，盾构直径3.8m，穿越长度1990m；2）广东LNG珠江穿越，管径711mm，盾构直径3.08m，穿越长度2010m；3）忠武线宜昌长江盾构，管径711mm，盾构直径2.44m，穿越长度1400m；4）还有中石化的长岭～仪征长江盾构穿越，盾构直径2.44m，穿越长度1400m；5）川气东送工程中正在施工的三次长江穿越均采用盾构穿越，管径1016mm，盾构直径3.08m。6）西二线长江盾构穿越，管径1219mm，盾构直径3.08m，穿越长度2548m；穿越

随着掘进-拼装的交替进行，泥浆循环出渣贯穿其中，盾构隧道逐渐形成。盾构法施工具有快速、安全的特点,适应性较强，被称为是一种没有禁区的施工技术。

穿越盾构设备图解切削刀盘刀盘驱动马达排浆泵操作控制台推进千斤顶环片拼装机液压泵M-659设备实图，共分四节，第一节为刀盘和切口环，第二、三节为支承环，最后一节为盾尾。盾构设备图解盾构法施工具有快速、安全的特点，能够适应各种地质条件，其特点和优点如下：

1、盾构法施工属暗挖施工的一种，施工隐蔽性好，因噪音、振动引起的环境影响小；

2、采用盾构法进行河流穿越施工，不影响河流通航，不受河道、潮汐和气候等自然条件影响；

3、施工的机械自动化程度高、劳动强度相对较低，施工处于稳定和受支护状态下，施工人员较为安全；盾构法的特点和优点穿越盾构法的特点和优点

4、能够适应岩石、粘土、粉细砂等各种地层，卵石、流砂等其他方法难以实现穿越的地层，盾构法都能成功穿越；

5、能够提供大口径、长距离的使用空间，可在空间内同时铺设输油、输气管线和各类光缆及其他设施等；穿越竖井施工

竖井在盾构施工中，是指设备始发时入井和到达时出井的通道，竖井是盾构法隧道施工的关键工序，占总工期的比重较大，施工难度较大，成本较高。竖井施工现场竖井施工现场施工重点工序川气东送武汉盾构始发井川气东送宜昌盾构到达井竖井的功能划分

按照竖井功能划分，竖井分为出发井和到达井，有的隧道较长，还需根据实际需要，在隧道轴线上设置维修井。地下连续墙的槽段施工沉井法施工的井筒制作竖井的施工方法划分根据不同的地质条件，选择不同的施工方法，常见的竖井施工方法分为：沉井法、地下连续墙法、明挖衬砌法、钻爆法等。竖井施工各个方法的应用条件序号施工方法适应地层造价工期1沉井法适用于粘土、砂质粘土等软土地层，强度较高的岩层、卵石地层和流砂层、淤泥地层，不适合沉井施工。高最长2地下连续墙法适用范围较广，耕填土、淤泥、砂层、粘土层、岩层和卵石地层，都可进行地下连续墙施工。最高最短3明挖衬砌法稳定、不易塌方的地层，或者经过简单地质改良能达到自稳的地层，一般可以为黄土层、强度不高的风化岩地层。低中4钻爆法强度较高的石灰岩、花岗岩等岩石地层，且无较大裂隙。较低中

管片生产是盾构施工中的一个重要工序，盾构施工开始前，管片生产首先开始，管片生产的质量的好坏，直接影响隧道质量。管片必须达到28天强度后才可使用。施工重点工序管片生产钢筋笼制作钢筋笼入模模具清理混凝土浇注蒸汽养护管片脱模水养护管片贮存生产完成1）管片生产工艺流程2）管片生产工序图解管片钢筋笼管片成型蒸汽养护混凝土浇注振捣施工重点工序盾构掘进盾构掘进是一个交替往复的过程，在操作人员的控制下，启动刀盘切削地层。切削下来的渣土，通过泥水循环，被泥浆携带出来，经过泥水设备的分离作用，与泥浆分开。待设备掘进到推进油缸的可拼装行程时，进行管片拼装，拼装和掘进不能同时进行。每环管片一般由6片组成，进行管片拼装时，每次最多缩回2个油缸，拼装好1片后，油缸伸长顶到管片上，再收缩下一组油缸，直到6片管片全部拼装完成，隧道延长1环管片长度。随着设备的掘进，泥浆管路和水管、气管不能无限伸长，一般为4m或6m（取决于管片长度，一般为管片长度的整数倍），进行一次管道接续。刀盘驱动建立泥浆循环启动顶进油缸刀盘掘进缩回顶进油缸同步注浆排浆泵排浆泥浆分离处理供浆泵供浆管片生产运输导向系统方向调整管片拼装盾构施工流程图盾构掘进工序图解设备操作管片拼装管道接续泥浆循环盾构掘进工序图解施工中的盾构隧道泥水分离管片背注浆瓦斯检测盾构测量盾构测量贯穿于盾构施工始终，一般包括：地面控制测量（平面及高程控制）、竖井施工测量、井上井下联系测量、地下控制测量（平面及高程控制）、盾构推进施工测量、隧道沉降测量、贯通测量以及竣工测量。盾构测量结果是指导盾构施工和进行掘进方向调整、控制的依据，盾构测量是盾构能否顺利贯通的保证。施工测量VMT全自动激光测量仪徕卡TCA1800L型全站仪反射棱镜精密水准仪GPS卫星定位测量系统A.主要测量仪器和设备《水利水电工程施工测量规范》（SL52-93）中规定，对于长度小于4km的隧道来说，横向贯通误差的限差为100mm，高程贯通误差的限差为50mm。近几年来，我公司完成的盾构隧道的贯通误差都完全符合规范要求，贯通精度很高。忠-武线红花套盾构横向贯通误差为16mm，高程贯通误差为5mm；仪-长管线黄石盾构横向贯通误差为19mm，高程贯通误差为15mm；广州LNG盾构北岸段横向贯通误差为9mm，高程贯通误差为7mm；广州LNG盾构南岸段横向贯通误差为21mm，高程贯通误差为10mm。盾构测量贯通精度施工重点工序隧道内管道安装实例未安装前的隧道正在进行管道安装隧道内管道安装，是油气管道采用盾构法过江的重要工序，管道安装在隧道完工后进行，在小断面、长距离的隧道里安装管道，施工难度很大，需要大量的专用设备和机具。长距离隧道内进行管道安装时，需要采用特制的设备通风除尘。管道安装盾构施工的技术难点很多，不同地质条件下掘进，会遇到不同的问题，掘进参数和泥浆配比需要不断调整。同样的问题在不同的地层和施工地段，解决的方法也不一样。总的来说，盾构工程中的技术难点主要有以下几点：1、盾构设备始发施工的洞门处理；2、松散地层的带压进舱和换刀作业；3、软硬交替混合地层的盾构掘进；4、粘土地层掘进中的粘土糊刀和刀盘泥饼问题；5、全程测量控制精确贯通技术。施工技术难点盾构设备始发施工的洞门处理1）设备始发时，洞门承受很高的水压力。2）设备始发时，一般用翻板和环形橡胶板做成洞门；3）如果洞门处理不好，或在设备出洞时损坏，将十分危险；4）洞门结构，可以承受5kg的水压力；5）采用这样的洞门结构，可以不做洞门区域的地质改良；洞门全貌洞门翻板结构1）进舱作业需要建立起气压平衡，以支承地层保持地层稳定；2）若在松散地层进舱，则需解决如何建立气压平衡的问题；3）在进舱之前应向舱内注入改性泥浆，使地层改变松散状态；4）改性泥浆的成分包括膨润土、水泥、锯末、CMC和水玻璃等；5）注入后稳定12小时以上，人工将舱内泥浆掏出；6）进舱作业时，需密切关注漏水情况；7）注浆法适用于松散的砂层和全断面、半断面卵石地层。松散地层的带压进舱和换刀作业注浆后的舱内舱内更换刀具软硬交替混合地层的盾构掘进1）盾构施工中，经常遇到软硬交替混合地层；2）在软硬交替混合地层中掘进，参数和方向极难控制；3）在这样的地层中掘进，刀具磨损较快；4）施工中应勤检查刀具使用情况，保持刀盘的切削能力；5）施工中要控制掘进速度，做好轴线控制，保持盾构姿态；6）施工中要密切关注泥浆质量，控制泥浆的粘度和动切力；7）施工中要勤观察出渣情况，根据出渣情况调整泥浆配比；8）掘进操作手要根据出渣情况，不断调整掘进参数；粘土地层中掘进的粘土糊刀和泥饼问题1）粘土地层中掘进，速度明显变慢，出渣量明显变少；2）粘土中掘进时，粘土粘到刀具上，刀具无法转动；3）在刀盘中部，因线速度最小，粘土最易集中，形成泥饼；4）糊刀和形成泥饼的最大损害就是刀具偏磨，切削能力降低；5）刀盘舱内也最易被粘土塞满，造成出渣土堵塞而停机；6）解决粘土地层的糊刀问题，应采用化学和物理相结合的方法；7）采用NNO分散剂，按一定比例添加到泥浆池中，分散粘土；8）在刀盘舱内设置高压喷嘴，通过高压水，破坏粘土结构；5）顶管顶管隧道核心：曲线设计顶管顶力后背墙设计计算竖井设计地基处理设计排水设计注浆设计施工方案管道应力支架、固定墩设计穿越顶管施工的定义机械顶管施工属于微型盾构隧道工程，其掘进施工原理同盾构类似，通过竖井内的顶进系统推动混凝土管向端部的掘进提供推力，端部掘进采用机械动力驱动刀盘旋转，通过控制掘进速度和排碴量达到同地层压力动态平衡的一种顶进隧道施工方法。一般将顶管施工的断面尺寸定为3米以下。长距离顶管施工方法采用先进的控向系统，可以保证隧道严格沿着设计的线路前进。顶管隧道完成以后，采用背注混凝土砂浆方式可以使砼管同周围很好的固结在一起，达到较高的抗震水平。顶管施工以顶进混凝土管形成隧道为主，国内混凝土管大中城市可以直接供应，国外工程混凝土管有可能需要自己制作。

顶管法施工原理整套顶管机械由顶管机头（含纠偏系统）、主千斤顶系统、进排泥系统、触变泥浆系统、承力钢构件组成。施工步骤：敷设管道前，先建造一个工作井和一个接收井。在工作井内的顶进轴线后方，对称布置四只主千斤顶，将需敷设的管节，放在千斤顶前面的导轨上，主千斤顶推进时，以机头开路将管节压入土中，与顶进相配合，刀盘切泥仓的土体，被搅拌成泥浆后，通过管道送出井外。一根管节被压入土中后，吊入下一管节连接，继续顶进，反复循环顶进至预定长度，穿越工作井制作——安装顶管设备——设备调试————初始顶进——下混凝土管顶进——测量纠偏——中继间安装——全线复测——到达接收井土压平衡顶管机是利用控制排土量维持掘进面的压力达到动态平衡的一种设备。在含有粘土30%以上的地层中进行时，依靠掘削残土自身在机内土压仓内形成土塞，来稳定顶进面和止水防喷。在粘土含量不足时，从土压顶管机机内通过预设注浆管，向顶进面注入粘土浆补充（被称为泥土式顶管）。土压顶管，由螺旋输送机将顶进面残土排出，其依靠残土中的粘土成分在螺旋输送机内形成土塞来止水防喷。从目前发展的最新成果来看，土压平衡方式是一种环保、经济、对地质适应性强的顶管设备。该机具有以下主要特点：可以适合于各种土层、砂卵石层和软岩层。对土层标准贯入度N0~50，砂卵石层(粒径小于250mm)，软岩抗压强度小于15MPa；工人施工安全，劳动强度低；对道路、河流的通行没有影响，对生态环境破坏极小；特别，对泥浆使用要求严格的地区，采用土压平衡式顶管机，可以做到最大限度的减少泥浆排放，减少冒浆等问题发生。可以在地面以下20米施工，耐水压0.02MPa，并且润滑泥浆可以同周围骨结在一起，对隧道起到较好的抗震和保护作用；穿越距离长，借助于中继间，顶进距离可以达到600米以上；穿越速度快，对于2米内径的混凝土管，在地质好的情况下，可以达到日进度24米以上。泥水平衡式顶管机是由一定浓度的泥水在顶进面形成泥膜防止土层崩坏，采用调节送水压力平衡地下水，以防止地下水的流失和喷发的一种顶管设备。施工时由循环泥水将残土带走，在砂砾地层中顶进时，需要根据砂砾粒径调节送水比重和粘度，保持一定的流速，防止其在排泥管内沉淀即可。泥水顶管可以用于在岩盘施工，其刀盘正面布置有各种刀具，其中的滚刀对岩盘进行剪切破碎和研轧。被破碎的碎砾石，进入刀盘后方的破碎装置进行二次破碎后，由泥水将残土经排泥管运走。在印度施工选用的顶管设备就为泥水平衡顶管机，该机表现出了良好的施工性能，其主要特点有：可以适合于各种土层、砂卵石层和软岩层，岩石抗压强度小于80MPa；该机地面空调间操作，操作人员工作条件优良；对道路、河流的通行没有影响，对生态环境破坏极小；可以在地面以下30米施工，耐水压0.03MPa，并且润滑泥浆可以同周围骨结在一起，对隧道起到较好的抗震和保护作用；穿越距离长，借助于中继间，顶进距离可以达到600米以上；穿越速度快，对于2.2米内径的混凝土管，在地质好的情况下，可以达到日进度24米。顶管机的控向完全类似于盾构机，由机头后部的四个油缸来控制和调向。顶管穿越的定向主要采用激光导向，对于穿越长度在250米以下的顶管，只在竖井内置一个激光源即可，如果穿越长度大约250米，可以采用类似于盾构测量控向的方法，VMT公司SLS-RV设备记录穿越中的主要坐标点来定向。在顶管控向方面，进口设备控向远远优于国产设备，印度施工采用的日本伊士机顶管机控向容易，准确，300米的进洞误差只有3cm。同时，采用VMT控向技术，可以实现曲线顶管。曲线顶管的曲率半径可以控制在200D范围内。在管道穿越顶管中大量采用的直线顶管。泥水与掘削面接触后，可迅速的在掘削面的表面形成隔水泥膜。在泥水与掘削面接触时，由于作用在掘削面上的泥水压大于掘削地层的间隙水压，泥水中的细粒成分及水通过地层间隙流入到掘削地层。下图示出的是掘削面上的泥膜生成过程。随着时间的增加，地层间隙被细粒成分填充得越来越充分，地层的渗水系数越来越小；另外，由于泥水中的粘土颗粒带负电荷，而地层中颗粒带正电荷，泥水中的颗粒吸附聚集在掘削面的表面，即形成泥膜。因此，吸附充填和表面吸附聚集是形成泥膜的两个因素。泥膜形成以后，泥水仓内的泥水不能进入掘削地层，与此同时掘削地层的地下水也不能涌入泥水仓，因此泥水具有双向隔离作用，保证了掘削面的稳定，防止掘削面的变形、坍塌及地层的沉降。为了保证泥水发挥作用，泥水必须具备物理性能好；化学性能好；泥水的力度级配、相对密度、粘度要适当；流动性好；成膜性好。实际施工中无论泥浆调配的再好，总是不能适应各种地层状况，都有孔壁坍塌情况出现，特别是在砂卵石层、沙层等各种松散的地层中，即使在较为松散的地层中，如果泥浆压力的波动太大，也容易引起孔壁坍塌。可以看出，泥浆的护壁作用是相对的，特别是地层的不连续性经常出现，一种泥浆配比无法满足整个穿越地层的需要。同样，尽管泥浆可以加入各种材料改变泥浆的密度，但要完全满足携带泥沙的功能，也是很难实现的。当卵石等颗粒超过一定范围时，携带非常困难，同时还必须保证泥浆的最小流速，如果低于某一流速，泥浆中大颗粒必然沉淀。虽然顶管对地层的扰动不大，但这并不保证整个施工过程没有坍塌，实际上，盾构和顶管施工表明，即使在地表以下20多米