地下综合管廊与矩形顶管施工

    张畅 李琳 那雯祺

    摘要：城市综合管廊是市政工程的综合，城市综合管廊设计成为评价市政工程系统性、综合性、科学性的重要标尺，在城市化进程加速、空间资源紧张的背景下，合理地进行城市综合管廊设计工作就显得尤为重要。本研究主要介绍将矩形顶管施工方法运用到地下综合管廊之中。

    关键词：地下综合管廊；矩形顶管；施工

    1綜合管廊

    综合管廊，就是在地下建造一个隧道空间，将两种以上的城市管线集中设置于同一地下人工空间内所形成的一种现代化的城市基础设施，这样便于统一管理和设计。

    一方面，首先是我国对地下综合管廊的经济性只是停留在管道直埋的造价上，但这样是不科学的，应该从建设和维修及其管理的方面进行比较，才能反映地下综合管廊优越性。当前管道直埋的成本往往只考虑前期投入资金，而忽略了交通堵塞、重埋成本，而地下综合管廊的经济效益恰恰表现在重埋修建成本上，比如对交通环境影响较小。其次随着城市发展，城市地下管线已经如蜘蛛网般密集，而且有增无减，各类管线的无序开发，给有限的城市地下空间带来了太大的难题，修建综合管廊可以大大改善这种恶性循环，大大改善施工引起的交通堵赛、城市地面混乱等问题。最后地下结构是具有天然的抗震、防风、防洪等作用，可以大大降低自然灾害对城市管线的伤害，在战时也可以有一定的保护作用，大大提高了城市的防灾能力。

    从另一方面上来看，首先综合管廊处于地面以下，存在很多技术性难题，施工相对困难；其次地下综合管廊投资较大，回收周期较短，需要各个单位互相协调与沟通；最后将不同管线放置于同一地下空间，容易造成一定的安全隐患，且现有的关于地下综合管廊的法律还有待完善。

    2顶管施工

    顶管施工的施工方案很多，但是大同小异，下面以机械顶管说明顶管法的施工原理。顶管施工一般是在坑内设置支座和安装千斤顶，借助千斤顶和掘进机前进，沿着铺设的管线一直到达接收坑。这是一种边开挖地层，边接长管道的顶进方法。

    3矩形顶管与地下综合管廊的结合

    现在我们来了解一下矩形顶管施工的历史，世界上最早的顶管法隧道是1826年开始建筑的英国伦敦穿越泰晤士河底的矩形公路隧道。由于圆形隧道衬砌结构具有受力均匀、内力较小，而且施工性能比较好的优点，在此后100余年内，几乎所有的隧道断面都是圆形的。1960年代，日本及欧洲的一些国家已经开始研究矩形顶管技术，其中日本的发展速度是比较快速的。而我国将矩形顶管技术首次应用在全国地下综合管廊项目施工中是在2016年10月19日，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。在近几年，矩形顶管技术广泛应用于全国各地地下综合管廊项目中。

    那么为什么要选择矩形顶管施工呢？首先相对于通常只能预制圆形顶管隧道，矩形顶管隧道的管节选择更多可以现场浇注也可以预制；次相对于圆形顶管来说，矩形顶管能更好地适应浅土，可以降低构筑物的深度；更重要的是矩形结构的顶管断面能够充分利用，据研究统计矩形结构断面大概能节省百分之二十的空间。

    现在让我们分析一下其中个别案例。以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为例，首先该工程施工难点在于施工地点位于车流量较大的城市主干道，若是用传统的明挖法，造成交通堵塞是无疑的，并且路段地下各类管路、各类光缆布置繁杂，施工比较麻烦；其次若是用盾构法施工，造价则相对过高。

    回看这两年，土压平衡矩形顶管法一般成功运用在软土地区城市地下工程中，例如已建成的“下人行连接通道工程”、“上海轨道交通6号线站过街出入口”等。一般来说，沙砾土具有黏聚力小、成拱效应差、自稳时间短、刀盘上方土体极易形成小范围塌方、流塑性差、出土困难、土压仓土压力波动敏感等特点，很难保证土压仓与工作面土体土压的动态平衡。因此，在砂性土地层条件下矩形土压平衡顶管顶进施工的难度较软土环境更大。尤其是当顶管施工区域存在地下市政管线时，如果顶进施工参数选用不当，容易引起周围地层扰动过大，进而造成相邻管线附加变形过大而引起管线断裂等工程事故的发生，但是本工程创新地将土压平衡矩形顶管法运用到沙砾土层中。

    再来看看作为首批10个地下综合管廊试点城市之一的苏州，已经于2017年11月6日完成地下综合管廊顶管施工的贯通，苏州城综合管廊工程，位于苏州市城北东路与沪霍线高速人口相交处。管廊顶管沿线下穿越元和塘河道以及给水、雨水、电信等地下管线。该工程是国内管廊领域最大断面、最长顶进距离的顶管工程之一。值得一提的是，该工程在技术方面进行了创新，它采用了压浓泥和注触变泥浆相结合的减少摩擦阻力的方法。

    两个案例的相似之处在于施工地点位于车流和人流量较大的地区，再者现场条件复杂，地下各种管线相互混杂，所以开槽土方量大，显然不能使用传统的明挖法，而若使用盾构法，造价则相对较高，工序较为复杂，相比之下矩形顶管施工是更加明智的选择。

    4结论与讨论

    矩形顶管施工技术在包头、苏州等地区的地下综合管廊的建设过程中的成功运用，都向我们展示了矩形顶管的优越性、可实施性。但是从另一方面我们也能看出矩形顶管的一些劣势，首先关于矩形顶管理论研究较少，它大部分是依据盾构法施工隧道的开挖面稳定性来进行的（它是侧重于开挖面极限支护压力的确定）。再者矩形顶管在顶进过程中容易造成“背土现象”，所谓背土现象是指在向前顶进过程中，由于矩形顶管的上面几乎水平，而若是在埋深较浅的情况下，上部土体的卸载拱作用相对不明显，卸载拱高度以内的土体在摩阻力的反作用下会随顶管移动而移动，就犹如顶管背着上覆土体在移动。综上所述，矩形顶管施工发展前景一片光明。

    参考文献：

    [1]李波全国首例地下综合管廊矩形顶管工程顺利贯通[J].建筑2016，（05）.

    [2]孙璟璐.修建地下管廊不再‘开膛破肚——中建六局包头综合管廊项目开创国内矩形顶管施工先河[J].中国建设信息化.

    [3]彭丽敏.矩形顶管技术的研究与发展现状[J]，隧道建设，2015，（01）.

    [4]许有俊.土压平衡矩形顶管施工土体改良泡沫剂试验研究[J].铁道建筑，2015，（02）.

    [5]姜王松.地下工程施工技术（第二版）[M].武汉理工大学出版社.