摘要：本文简述了矩形顶管的发展现状，介绍了矩形顶管在我国己完工的地下空间开发工程中的应用案例，并据此展望了矩形顶管在我国城市地下管廊建设中的应用前景。
关键词：矩形顶管 管廊 发展 前景
为节约城市地上空间，避免重复建设，同时为其他地下工程建设提供预留空间，己有不少城市统筹市政管线的综合开发，规划综合管廊。矩形顶管技术常用于穿越公路、铁路等主干线，以及地铁车站的进出口等场所施工，但是其在综合管廊上的应用，同样具有很大的前景。
一、我国矩形顶管技术的发展
20世纪70年代以来，随着盾构掘进机施工技术的飞速发展，日本东京在地下联络通道中首次研制并应用矩形顶管技术，随后在其他国家得以推广。我国于1999年4月在上海首次应用该技术——上海地铁三号线五号出入口矩形通道，应用的是上海隧道股份所研制的3.8 m x3.8 m矩形顶管机。而后又有中铁工程装备集团、扬州广鑫重型设备有限公司等几家企业进行矩形顶管机的研发设计。
经过多年的科研开发，国内宽度大于6 m、高度大于3 m的大断面矩形顶管施工己普及，矩形顶管机己发展成集光、机、电、液、传感和信息技术于一体，涵盖切削土体、输送渣土、测量导向和纠偏等多功能的专用工程机械。目前，国内矩形顶管主要适用于软土一软岩地层，其结构形式也多为土压平衡式。
土压平衡矩形顶管一般包括了刀盘装置、驱动系统、盾体结构、螺旋输送机、后配套系统和顶推装置，通过刀盘的结构和布置形式设置及矩形盾体结构设置来实现矩形断面开挖。其盾体结构包括前盾、纠偏油缸、尾盾、可调节式铰接密封和出洞油缸；驱动系统通过前盾来支撑并驱动刀盘；螺旋输送机固定于前盾上并深入土压舱，向外排渣的同时保障土舱压力来平衡掌子面；前盾和尾盾之间通过铰接油缸连接，实现盾体的纠偏和转向；尾盾后端一般还布置有出洞油缸，用于盾体接收井出洞;后配套系统一般包括渣土改良系统、通风系统、高压水系统和出渣皮带机等；顶推装置包括顶铁、主顶油缸支架和后靠墙等。
国内各大断面矩形顶管厂家的结构形式大多类似，区别较大处在于刀盘结构形式。总体来说，国内大断面矩形顶管均为多刀盘结构，通常包括平行中心轴式、偏心多轴式和中心轴偏心轴组合式三种。其工作原理一般是利用电机或液压马达驱动刀盘系统旋转挖掘土体，切削后的土体在刀盘搅拌棒的作用下与膨润土、泡沫等土体改良剂充分混合，并在螺旋输送机螺旋叶片的旋转作用下排出土压舱。刀盘开挖的同时，顶推系统在始发井处推动管节与主机一起向前移动，从而实现掘进、排渣、管节支护一次机械化施工成型。
二、矩形顶管在地下综合管廊施工中的运用
为节约城市地上空间，避免重复建设，同时为其他地下工程建设提供预留空间，己有不少城市统筹市政管线的综合开发，规划综合管廊。综合管廊可以容电力电缆、通信电缆、给水管道和燃气管道于一体，并设置有专门的检修口、吊装口和监测系统，安装维修不必将路面破坏，也不影响车辆交通和居民生活。对于新建城区可采用明挖法施工，但对于己建成的老城区综合管廊项目，开挖施工是不可取的，采用矩形顶管的非开挖施工极具优势，目前己受到不
少城建部门的青睐。
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（一）传统综合管廊施工方式的缺点
随着社会经济的发展和城市化进程的加快，我国大城市土地资源变得紧缺，地上空间容量供需矛盾日益突出，使得对地下通道、综合管廊、地下停车场和地下商场等地下空间开发的需求日趋加大，这对有效扩大空间供给、提高城市效率、减少地面占用、保护地面景观和环境具有重要意义。
2016年银川市被批准为国家第二批地下综合管廊试点城市，确定了10项地下综合管廊建设项目。沈阳路、宝湖路、怀远路、宁朔街、哈尔滨路、万寿路、长河大街7项工程 迅速进场开工。截至10月初，沈阳路阅海湖隧道第一施工段基坑底板防水卷材已全部铺设完成，宝湖路、万寿路、哈尔滨路的管廊正在进行基坑土方开挖、垫层混凝土浇筑、底板钢筋绑扎，怀远路宁朔街至文昌街段水泥搅拌桩施工完成60%，滨河新区长河大街管廊主体浇筑完成6.2公里。
目前地下综合管廊的建造大多采用明挖施工的方式。这种方式存在诸多弊病：施工不仅会中断交通、影响环境，还有可能对临近建筑物造成破坏；对于埋深较大的地下空间开发项目，不仅施工成本会急剧增加，而且施工作业的风险也会增大。在不打扰地而生活的前提下，如何将管廊成功植入地表建筑密布、交通主干道纵横的老城区地下?这道困扰城市管理者、全国地下管廊施工企业的难题。
（二）矩形顶管在地下廊管施工中的突破
采用矩形顶管施工是地下综合管廊施工的首选，除了以局部开挖方式构筑工作井和接收井以外，可在不封闭交通、不搬迁管线、小噪声和少尘土等条件下施工，相比圆形盾构其空间利用率可以有提高，从而大大降低施工成本，为城市地下空间开发带来了新机遇。
在国内矩形顶管在综合管廊中的应用进行的常识比较少，但是目前已有突破。2015年山东某工程采用2.2 m x2.5 m小断面矩形盾构进行承载式方涵隧道施工，取得了良好效果，为矩形顶管在综合管廊项目中的应用积累了宝贵经验。2016年10月，内蒙古包头新都市区经三路地下综合管廊穿越建设路矩形顶管工程顺利贯通，标志着矩形顶管施工技术在综合管廊应用中取得率先成功。矩形顶进施工以住多集中在南方等茹土地质的城市，施工工艺简单，而该项目所在的包头市地质多为砂砾层和粉砂层，该地层有砾石、大孤石、漂石等，顶进施工难度大，矩形管廊暗挖施工顶进技术的运用在国内尚属首例。
中建六局在内蒙古包头市参与的这项综合地下管廊建设，矩形项管工程位于建设路与经三路交叉口，是国内首次在砂砾层中采用矩形顶管法施工。本顶管工程管廊顶进长度为85.65米，覆土深度6米，位于砾砂土层中，采用矩形顶管工艺实施。矩形管廊外截面规格7×4.3米，壁厚0.5米，在全国的综合管廊施工领域属于截面最大，贯穿长度最长，全线管节达到了58个，属于高技术含量施工。该项目于2017年8月竣工。项目建成后，将对所有管线实施统一管理，智能监控。管廊还设置了专门的通风口、检修口，便于管廊的安全运行和便利维修。
（三）地下廊管施工运用矩形顶管技术存在的困难
目前国内矩形顶管只针对软土或部分砂卵石地层，而对素有“地质博物馆”之称的中国而言，要想使得矩形顶管设备在全国范围内遍地开花，开展硬岩或复合地层矩形顶管的研发迫在眉睫。另外施工方需要具有丰富的经验，而我国很多施工单位在技术水平上都比较欠。中建六局自20世纪80年代引滦入津工程开始即在地下空间施工领域积累了丰富的施工经验。近年来参与了多地综合管廊建设，并致力于新技术新工艺的应用，研发了移动模架法、装配式预制拼装法、半预制拼装法、矩形顶管法、盾构施工法以及浅埋暗挖法等管廊核心施工技术。同时巨大的资金投入也考验着决策者的选择，这些影响矩形顶管技术在地下管廊施工中的应用。
参考文献
1赵晋友，黄松.城市地下空间开发而临的机遇与挑战.地质与勘探，2013 , 49 ( 5 ) : 964 - 969.
2彭立敏，王哲，叶艺超等.矩形顶管技术发展与研究现状.隧道建设，2015, 35 (1):1-8
论文作者:董邓科
论文发表刊物:《建筑科技》2017年第10期
论文发表时间:2017/10/26
标签：矩形论文; 顶管论文; 地下论文; 空间论文; 城市论文; 断面论文; 盾构论文; 《建筑科技》2017年第10期论文;