矩形顶管在城市地下工程中的应用

由项敏 13818186389 撰写
发布于 2023年09月23日 12:00:39
最后修改于 2024年11月14日 11:36:40

▍前言

矩形顶管法为一种非开挖施工工法，是一种不开挖或者少开挖的、依靠顶管机和顶进设备，将管节在地下逐节顶进的施工工法，可广泛应用于地铁车站出入口、地下人行通道（联络通道）、地下车行通道、地下综合管廊、地铁区间隧道和地铁车站施工。城市道路交通繁忙，道路下方市政管线众多，采用矩形顶管法进行地下工程施工，可避免或减少地面交通疏解及管钱改迁，保证施工质量，便于控制工期。

▍基本原理

矩形顶管法是采用顶管机边切削，边排土，边顶进，将预制管节逐段向前推进的一种非开挖施工工艺，其核心就是高效地将预制管节空间与土体进行地下空间体积置换，而对管节周边的地层产生低强度的扰动，对地面建构筑物及地下管线产生可控的扰动或变形。现有工程矩形顶管的开挖面支护方式以土压平衡为主，偶有泥水平衡方式。

顶进过程示意图

矩形顶管始发井

矩形顶管接收井

▍矩形顶管适用环境

矩形顶管一般适用于征地拆迁困难段、下穿地面交通节点、下穿管线众多且复杂地段、下穿水域段（水源保护、泄洪、通航等）、上跨地铁区间及地铁保护区域、下穿高速公路、铁路、城市主干道、浅埋暗挖段、城区大开挖困难地段等地下空间开发受限区和复杂环境；结合针对性技术措施成功穿越的地层包括砂卵石地层、软土地层和上软下硬地层等，展现了良好的地层适用性。

▍矩形顶管施工案例

1.上海14号线静安寺站站厅层，全国首创非开挖顶管法车站

静安寺站地处市中心繁华地段延安路华山路口下方，沿华山路南北向布置，长度225米，净宽20.54米，与运营中的轨道交通2、7号线形成三线换乘，周边高楼林立，延安路高架在站本体上方通过，工程受制条件多，建设难度极高。为保障车站上方的城市主动脉——延安高架的正常通行，静安寺站采用非开挖顶管工艺，成为国内首个运用矩形顶管隧道建造的地铁车站，车站两条站台层隧道及一条站厅层隧道分别运用矩形顶管开展施工作业，在熙攘繁华的华山路下，顶管机多次近距离横穿延安高架，实现了不封路、不影响道路运行、非开挖建造车站的目标。

2.上海市陆翔路-祁连山路贯通工程

位于上海市宝山区，顶管断面尺寸 9.90m×8.15m，一次顶进距离445m，是截至2020年11月世界一次顶进距离最长的超大断面矩形顶管，主要穿越淤泥质粘土层，平均覆土深度不足4m。

3.莆田火车站涉铁预埋工程

2021年7月世界首台超大断面硬岩复合地层矩形顶管机“天妃一号”于莆田火车站涉铁预埋工程项目现场顺利始发。作为国内首例多台大断面矩形顶管同时下穿运营铁路的高难度项目，该矩形顶管机开挖断面宽 12.6 米，高 7.65 米，采用两层三前四后七刀盘组合布置形式，相邻刀盘的切削区域相互交叉，断面开挖覆盖率达 95％，且具有更强大的破岩能力和掘进效能。

4.苏州市胥涛路对接横山路隧道工程北线下穿京杭大运河车行隧道

工程下穿京杭大运河南线顶管长度215.9米，北线顶管长度154.9米，横断面宽9.8米、高5.9米，为国内首次采用大断面、长距离、3m浅覆土矩形顶管方式下穿京杭大运河。

5.武九线综合管廊工程D段下穿友谊大道工程

工程位于武汉市武昌区城市中心地带，起于德平路南，穿越和平大道、友谊大道，止于团结大道，系武九线综合管廊的支线，总长度约2.975公里。综合管廊下穿友谊大道主干道，车流量巨大不具备开挖条件。此处施工采用顶管法，在不开挖地面的情况下，下穿城市道路、地下构筑物及各种地下管线等设施，减少对路面交通和周围居民生活的影响。友谊大道顶管全长61.2m，截面尺寸9.8m×5.2m，顶进过程中近距离下穿2处砖砌箱涵，对顶进轴线及环境影响的控制要求严，安全风险高，技术难度大。