地下綜合管廊與矩形頂管施工

張暢 李琳 那雯祺

摘要：城市綜合管廊是市政工程的綜合，城市綜合管廊設計成為評價市政工程系統(tǒng)性、綜合性、科學性的重要標尺，在城市化進程加速、空間資源緊張的背景下，合理地進行城市綜合管廊設計工作就顯得尤為重要。本研究主要介紹將矩形頂管施工方法運用到地下綜合管廊之中。

關鍵詞：地下綜合管廊；矩形頂管；施工

1綜合管廊

綜合管廊，就是在地下建造一個隧道空間，將兩種以上的城市管線集中設置于同一地下人工空間內所形成的一種現(xiàn)代化的城市基礎設施，這樣便于統(tǒng)一管理和設計。

一方面，首先是我國對地下綜合管廊的經(jīng)濟性只是停留在管道直埋的造價上，但這樣是不科學的，應該從建設和維修及其管理的方面進行比較，才能反映地下綜合管廊優(yōu)越性。當前管道直埋的成本往往只考慮前期投入資金，而忽略了交通堵塞、重埋成本，而地下綜合管廊的經(jīng)濟效益恰恰表現(xiàn)在重埋修建成本上，比如對交通環(huán)境影響較小。其次隨著城市發(fā)展，城市地下管線已經(jīng)如蜘蛛網(wǎng)般密集，而且有增無減，各類管線的無序開發(fā)，給有限的城市地下空間帶來了太大的難題，修建綜合管廊可以大大改善這種惡性循環(huán)，大大改善施工引起的交通堵賽、城市地面混亂等問題。最后地下結構是具有天然的抗震、防風、防洪等作用，可以大大降低自然災害對城市管線的傷害，在戰(zhàn)時也可以有一定的保護作用，大大提高了城市的防災能力。

從另一方面上來看，首先綜合管廊處于地面以下，存在很多技術性難題，施工相對困難；其次地下綜合管廊投資較大，回收周期較短，需要各個單位互相協(xié)調與溝通；最后將不同管線放置于同一地下空間，容易造成一定的安全隱患，且現(xiàn)有的關于地下綜合管廊的法律還有待完善。

2頂管施工

頂管施工的施工方案很多，但是大同小異，下面以機械頂管說明頂管法的施工原理。頂管施工一般是在坑內設置支座和安裝千斤頂，借助千斤頂和掘進機前進，沿著鋪設的管線一直到達接收坑。這是一種邊開挖地層，邊接長管道的頂進方法。

3矩形頂管與地下綜合管廊的結合

現(xiàn)在我們來了解一下矩形頂管施工的歷史，世界上最早的頂管法隧道是1826年開始建筑的英國倫敦穿越泰晤士河底的矩形公路隧道。由于圓形隧道襯砌結構具有受力均勻、內力較小，而且施工性能比較好的優(yōu)點，在此后100余年內，幾乎所有的隧道斷面都是圓形的。1960年代，日本及歐洲的一些國家已經(jīng)開始研究矩形頂管技術，其中日本的發(fā)展速度是比較快速的。而我國將矩形頂管技術首次應用在全國地下綜合管廊項目施工中是在2016年10月19日，內蒙古包頭新都市區(qū)經(jīng)三路地下綜合管廊穿越建設路矩形頂管工程。在近幾年，矩形頂管技術廣泛應用于全國各地地下綜合管廊項目中。

那么為什么要選擇矩形頂管施工呢？首先相對于通常只能預制圓形頂管隧道，矩形頂管隧道的管節(jié)選擇更多可以現(xiàn)場澆注也可以預制；次相對于圓形頂管來說，矩形頂管能更好地適應淺土，可以降低構筑物的深度；更重要的是矩形結構的頂管斷面能夠充分利用，據(jù)研究統(tǒng)計矩形結構斷面大概能節(jié)省百分之二十的空間。

現(xiàn)在讓我們分析一下其中個別案例。以內蒙古包頭新都市區(qū)經(jīng)三路地下綜合管廊穿越建設路矩形頂管工程為例，首先該工程施工難點在于施工地點位于車流量較大的城市主干道，若是用傳統(tǒng)的明挖法，造成交通堵塞是無疑的，并且路段地下各類管路、各類光纜布置繁雜，施工比較麻煩；其次若是用盾構法施工，造價則相對過高。

回看這兩年，土壓平衡矩形頂管法一般成功運用在軟土地區(qū)城市地下工程中，例如已建成的“下人行連接通道工程”、“上海軌道交通6號線站過街出入口”等。一般來說，沙礫土具有黏聚力小、成拱效應差、自穩(wěn)時間短、刀盤上方土體極易形成小范圍塌方、流塑性差、出土困難、土壓倉土壓力波動敏感等特點，很難保證土壓倉與工作面土體土壓的動態(tài)平衡。因此，在砂性土地層條件下矩形土壓平衡頂管頂進施工的難度較軟土環(huán)境更大。尤其是當頂管施工區(qū)域存在地下市政管線時，如果頂進施工參數(shù)選用不當，容易引起周圍地層擾動過大，進而造成相鄰管線附加變形過大而引起管線斷裂等工程事故的發(fā)生，但是本工程創(chuàng)新地將土壓平衡矩形頂管法運用到沙礫土層中。

再來看看作為首批10個地下綜合管廊試點城市之一的蘇州，已經(jīng)于2017年11月6日完成地下綜合管廊頂管施工的貫通，蘇州城綜合管廊工程，位于蘇州市城北東路與滬霍線高速人口相交處。管廊頂管沿線下穿越元和塘河道以及給水、雨水、電信等地下管線。該工程是國內管廊領域最大斷面、最長頂進距離的頂管工程之一。值得一提的是，該工程在技術方面進行了創(chuàng)新，它采用了壓濃泥和注觸變泥漿相結合的減少摩擦阻力的方法。

兩個案例的相似之處在于施工地點位于車流和人流量較大的地區(qū)，再者現(xiàn)場條件復雜，地下各種管線相互混雜，所以開槽土方量大，顯然不能使用傳統(tǒng)的明挖法，而若使用盾構法，造價則相對較高，工序較為復雜，相比之下矩形頂管施工是更加明智的選擇。

4結論與討論

矩形頂管施工技術在包頭、蘇州等地區(qū)的地下綜合管廊的建設過程中的成功運用，都向我們展示了矩形頂管的優(yōu)越性、可實施性。但是從另一方面我們也能看出矩形頂管的一些劣勢，首先關于矩形頂管理論研究較少，它大部分是依據(jù)盾構法施工隧道的開挖面穩(wěn)定性來進行的（它是側重于開挖面極限支護壓力的確定）。再者矩形頂管在頂進過程中容易造成“背土現(xiàn)象”，所謂背土現(xiàn)象是指在向前頂進過程中，由于矩形頂管的上面幾乎水平，而若是在埋深較淺的情況下，上部土體的卸載拱作用相對不明顯，卸載拱高度以內的土體在摩阻力的反作用下會隨頂管移動而移動，就猶如頂管背著上覆土體在移動。綜上所述，矩形頂管施工發(fā)展前景一片光明。

參考文獻：

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