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摘要：在城市施工发展中矩形顶管是在顶管技术的基础上发展起来的，同时也被广泛应用到综合管廊中，本文在论述综合管廊施工特点的基础上，探讨了综合管廊中矩形顶管施工技术。
关键词：综合管廊；矩形顶管；施工技术
引言
随着城市化进程的快速推进，地下空间利用需求越来越突出，在地下空间开发建设过程中，如过街人行通道、地铁出入口等工程，往往会遇到地下设施和管线等构筑物保护的难题，其拆迁或迁改的费用又极其昂贵，使地下空间建设成本增加很多，因此需要一种新型的地下工程施工技术，使其能够避开交通疏解和管线拆迁的难题，实现地下大型空间的建设。矩形顶管是大直径圆形顶管的延伸，其在同等截面积下比圆形隧道更有效地利用空间，且不需进行隧道底地面铺平，不仅省时而且可降低工程造价20%左右。矩形顶管技术施工时不用从地面开挖，可有效解决地下工程管线迁改的难题；施工无噪音、无环境污染；可用于地下管线共同沟、地下联络隧道、过街人行隧道、地铁出入口通道等地下空间的建设。随着矩形顶管技术应用的推广，为了适应不同的地质条件和截面越来越大的使用需求，其关键技术也在不断革新发展。
1、综合管廊概况
所谓综合管廊（共同沟）是指将两种以上的城市管线集中设置于同一人工空间中，所形成的一种现代化、集约化的城市基础设施。在这个空间内可以容纳市政、电力、通讯、燃气、给排水等各种管线，以及专门的检修口、吊装口、监测系统、给排水系统、照明系统、通风系统、电力系统、通信系统、防灾设备等，并实施统一规划、设计、建设和管理。
1.1、核算成本并不高
众所周知，综合管廊不便分期建设，一次性建设综合管廊的投资约为传统管道铺设的1.5~2.0倍，但是从全寿命周期成本的角度看，综合管廊长远期的经济效益大。综合管廊内管线进行补充、更新、扩容时，可以减少路面重复开挖的次数，延长道路使用年限，确保交通顺畅，减少对道路园林绿化的破坏，保护环境，节约多方面的养护、修缮费用。传统的管道铺设形式，使管道受到土壤、地下水、道路结构层酸碱物质的腐蚀，一般使用寿命仅在20a左右，而管线设置在综合管廊内后，使用年限有望延长至100a，这样也节省了管材更新的费用。以往在地下独立埋设的管线，在维修时对其正确位置及高程较难把握，对路面反复开挖的过程中，势必造成交通中断、维修时间延误等缺点。而综合管廊内的各种专业管线便于监管、维修及保养，这样也减少了因配套管线损坏而造成的间接经济损失。
1.2、充分利用道路地下空间
在日益拥挤的城市中，道路担当起了交通和空间两大功能，其中空间功能已经变得越来越重要。为了美化环境，原来的架空管线（如电力线、电话线等）都实行地下化，地下管线种类日趋复杂，修建综合管廊可以合理有序地利用道路下部空间，合理布置各专业管线。
1.3、多种专业管线进行统一管理
综合管廊内的各种专业管道，可以进行统一监管，提高管理效率，减少部门和行业垄断。
1.4、减少灾害对城市的破坏
各个国家的地震灾害统计资料显示，地震对综合管廊的损害很小。若将市政管线布置在管廊内，灾害发生后，在一定程度上减少了对水、电、通信等重要生命管线的破坏，提高了城市的安全度。除此之外，国外还有将综合管廊作为防空洞的实例。
2、城市地下综合管廊实施的布局分析
对于地下综合管廊而言，可以按照收容管线的不同，将其有效的分为三种综合管廊，一是干线综合管廊；二是缆线综合管廊；三是支线综合管廊。一般情况下线缆的综合管廊主要埋设在人行道下方，能够在一定程度上提供电力或者通信等相关一系列终端用户，由于断面尺寸相对来说比较小，并且埋设不深，所以不管在维护上，还是管理上都非常简单。干线综合管廊是埋在道路中央的下方，提供自来水以及燃气等直线综合管廊的配送，还有一些干线综合管廊具备雨水以及污水等收纳功能，断面尺寸比较大，输送的过程中具有稳定新，并且安全新相对比较高。直线综合管廊属于干线和终端用户相互连接的通道，一般都会将其埋设在人行道的下面，能进一步提供自来水以及电视等直接服务管线，对于支线综合管廊而言，尤其断面矩形很多，施工过程中的费用不高，所以存在较高的安全性。3、顶管施工技术综合管廊中的应用
3.1、矩形顶管的特点
比圆形顶管占用更少的地层高度就获得较大的断面宽度，目前通用宽度为6~7m，最大达10.4m，超过标准的盾构隧道，能满足地下通道实际使用需要，因断面为矩形，机械化开挖存在死角，因此矩形顶管工艺只适用于水上或水下的淤泥、砂层、粘性土、全化风岩等土质地层，不适用于岩层，采用预制管节顶进，适用于长度不大的地下通道工程，一般为穿越马路的通道工程矩形顶管采用土压平衡或泥水平衡工艺，解决地面沉降的难题，允许隧道覆土少，因此也降低隧道的结构设计难度，减少厚度和配筋，断面大，顶力大；矩形断面的洞门止水和管节防渗难度远大于圆形顶管；与圆形顶管不同，矩形顶管存在旋转的风险，只要采取注浆减阻工艺，矩形顶管不存在桥涵顶推施工那种“背土”现象。
3.2、矩形顶管机的选型
顶管设备的选型和施工管理是决定顶管施工能否顺利完成的关键因素，矩形顶管机的选型主要是确定平衡的模式和刀盘的形式和功率。平衡模式应根据场地地质条件特点确定，地下水丰富、砂层较厚、地层稳定性较差，或周边环境对变形敏感的项目土层稳定控制要求高，应采用泥水平衡的模式；反之可采用土压模式。矩形顶管的刀盘基本可分为多刀盘、矩形刀盘和矩形复合刀盘三大类，虽然都存在切削死角，但矩形刀盘的刀削面积有效率远远高于多刀盘。因此，软土、松散的砂土可采用死角较大较多的多刀盘，而密实的砂土和硬塑的粘土或较厚较大的加固体应采用死角较小的矩形刀盘。
3.3、在实际中的应用
对于这种方法而言，主要是在盾构方法进行作业之后所发展起来的一种地下管道的施工技术，这种方法并不需要挖掘表面层，然而则是可以穿越公路以及河道等地下的构筑物。此外顶管作业主要是根据其顶管的油缸以及管道之间的中继间等推动力，将其工具或者是掘进机能够从工作井内可以穿透土层从而一直推到接受井内去进行吊起来。在此之前也是将其工具或者是掘进机后的管道铺设到两口井的中间位置，这样才能够更好的去保证非开挖辐射地下管廊的工方法可以得到实现。在综合管廊顶管施工期间，在顶管顶进过程中加注泥浆以减小其顶进阻力，此时管道和周围土体之间存在有一定压力的减阻泥浆填充，管道处于悬浮状态，该状态工况较正常运营状态为非控制状态。如果顶进施工停顿，泥浆压力降低为零，该状态的受力可按空管进行分析。土压力计算时采用水土分算，这是由于水对于管廊的作用是均匀的，而土压力竖向作用和侧向水平作用不同。
混凝土最大裂缝宽度限值应根据运营状况确定，规范规定的最大裂缝宽度是指长期运行的工况，0.2mm的裂缝宽度限值是指潮湿环境下的裂缝限值，如验算管道受力面长期处于干燥环境中，则最大裂缝限值可按干燥环境取值。矩形顶管因其开挖截面较大，在破除洞门后接近接收井时，掘进面土体因前方土体的保压作用减弱，在主千斤顶推力下必然造成内外压力失衡，易形成顶管机与洞门间涌土涌水卸荷沉降。目前土压平衡式矩形顶管采用直接接收或接收井堆土接收，泥水平衡式矩形顶管采用水中接收，两种方式都是为了确保洞内外压力平衡，避免水土流失导致地面塌陷。采用水中接收时，当顶管机抵达接收井加固体后，破除接收井洞门处的井体围护结构，查明掘进距离和机身偏差后，在洞口前方设置导轨，接收井内放水一定高度，实施水下到达。若发现有大量泥水随顶管机涌入接收井，应提高井内水位，确保水头高于地下水位1～2m，必要时可往接收井内注入泥浆，增大泥水比重，防止地下水携带土体细颗粒流入接收井，导致地面坍塌。顶管机进入接收井后，对洞门与管节间缝隙进行注浆加固，待浆体在静水中凝固将缝隙封堵严密后，才抽干井内泥水，将顶管机吊出。
3.4、顶管正常段施工
顶管机施工过程中，必须保证顶管机的轴线定位与管节中心线保持一致，若发现临近管片位移过大，应及时停止顶推，调整土仓压力参数，进行纠偏。通过在顶管机的前方节、后方节及第一节管节四周布置定位贴片，全站仪定时测量顶管机来控制顶管轴线。
顶管施工过程中，应加强监控测量，确保工作井稳定，以及周边路面、管线的安全；了解和掌握顶管施工过程中地表隆陷情况及规律性；顶管顶推阶段，对始发井背后土压力、顶管前方土压力、地表变形、相邻管线变形的检测频率为1次/天；施工过程中严格测量监控地面沉降，一旦发生沉降，立即采取补浆、注泥等措施修正，顶进结束后进行二次补泥。
根据顶管机的实际出洞需求，对洞门进行放线、定位。设置封闭混凝土门洞，门洞周围设置封边钢板。顶进过程中的复核及测量顶管机施工过程中应随时对顶管机进行定位、纠偏，确保顶进按照设计线路进行。顶进轴线高程偏差控制为±50mm，水平偏差控制为±50mm。根据顶管顶进过程中的测量监测数据，顶管机距离洞口约20cm时，采用人工凿除方式，破除门洞。对于混凝土管节，管节接头采用“F”型承插式接头。顶管施工结束，管节间的缝隙采用双组分聚硫密封膏填充。
4、矩形顶管的发展及研究方向
4.1、更大截面的顶管
随着地下空间的不断开发利用，这就要求顶管具有更大的截面尺寸。在设备上，要求研制出能切割出大面积的顶管机。此外，将来还应该要求能有相应截面的管节与之匹配。由于受吊条件的限制，需要研究采用轻质高强度的材料。
4.2、浅覆条件下的施工
在浅覆条件下，矩形顶管顶面的覆土厚度主要受到管节抗浮和顶推施工工艺控制。此外，在浅埋条件下，还需克服地表土体隆起及变形。
5、结语
目前矩形顶管隧道正朝大截面、长距离的方向发展，适应的地质条件也从软弱地层逐步向硬质地层延伸，这既是时代发展的需求，也是技术进步的体现，其发展过程就是发挥优点和克服困难的过程。我国矩形顶管研究起步较晚，经验较少，技术储备和设备研发力量相对薄弱，接下来需要在对矩形顶管设备加大研发力度的同时，加强对矩形顶管关键技术的研究，形成对矩形顶管始发、到达接收、自动测量纠偏等关键技术的突破，推动矩形顶管技术发展，逐步形成领先的新技术、新工艺，为国家的地下空间开发利用贡献力量。
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