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(中鐵工程裝備集團(tuán)有限公司，河南 鄭州 450410)

地下綜合管廊是指在城市地下用于集中敷設(shè)電力、通信、廣播電視、給水、排水、熱力、燃?xì)獾仁姓芫€的公共隧道。現(xiàn)階段，城市管線設(shè)計(jì)保守、規(guī)模不足、老化嚴(yán)重、錯(cuò)綜復(fù)雜，嚴(yán)重影響了居民生活和城市市容。盡管綜合管廊建設(shè)的初期費(fèi)用較高，但是其后續(xù)維修、擴(kuò)容、增建極其方便，很好地解決了反復(fù)開(kāi)挖路面、線網(wǎng)密集、管線事故頻發(fā)等問(wèn)題[1]，因此，加快城市地下綜合管廊的建設(shè)很有必要。

本文從傳統(tǒng)施工方法談起，結(jié)合現(xiàn)有典型的機(jī)械化施工案例，詳細(xì)論述了U型盾構(gòu)、矩形頂管機(jī)等機(jī)械化施工方法施工綜合管廊的技術(shù)要點(diǎn)。

1 綜合管廊傳統(tǒng)施工方法

綜合管廊傳統(tǒng)施工常用的方法包括明挖現(xiàn)澆法和明挖預(yù)制法、暗挖礦山法和蓋挖法。傳統(tǒng)的綜合管廊明挖工法，無(wú)論是現(xiàn)澆法還是預(yù)制管廊，都需要放坡（土方開(kāi)挖量大）或圍護(hù)（支護(hù)費(fèi)用高昂）施工[2]，必要時(shí)還需要進(jìn)行降水/止水等措施，造價(jià)高，工期長(zhǎng)，對(duì)周邊居民環(huán)境影響大，產(chǎn)生的渣土粉塵影響生活環(huán)境，不符合綠色環(huán)保的施工要求。暗挖礦山法、蓋挖法等傳統(tǒng)暗挖法具有占地面積小、設(shè)備簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)[3]；其缺點(diǎn)是施工周期長(zhǎng)，作業(yè)空間小，施工環(huán)境惡劣，相對(duì)于明挖現(xiàn)澆法造價(jià)高。

2 典型綜合管廊機(jī)械化修建技術(shù)

2.1 U型盾構(gòu)——明挖機(jī)械化施工

2.1.1 項(xiàng)目概況

?？谑行阌^(qū)椰海大道西延段綜合管廊工程，采用國(guó)內(nèi)首臺(tái)U型盾構(gòu)施工，為雙倉(cāng)管廊。綜合管廊頂部埋深3.5m，穿越地質(zhì)主要為素填土、粉質(zhì)粘土、粘土，地下水位深3～5m。U型盾構(gòu)試驗(yàn)段綜合管廊預(yù)制管節(jié)尺寸為8 550 mm×4 950mm×1 800mm，主體結(jié)構(gòu)采用C40防水混凝土，抗?jié)B等級(jí)為P8，考慮到運(yùn)輸因素，管節(jié)采用上、下分半的形式。管廊斷面圖如圖1所示。

圖1 管廊斷面圖

2.1.2 裝備組成及設(shè)備特點(diǎn)

該U型盾構(gòu)的系統(tǒng)包括前盾（包含兩側(cè)插板、底部推板）、中盾、尾盾、頂推系統(tǒng)、鉸接系統(tǒng)、輔助系統(tǒng)（包含主控室、泵站、導(dǎo)向系統(tǒng)等）（圖2）。

圖2 U型盾構(gòu)

U型盾構(gòu)是將管廊明挖和盾構(gòu)管節(jié)拼裝法的優(yōu)點(diǎn)融合，采用機(jī)械設(shè)備作為移動(dòng)支護(hù)結(jié)構(gòu)，設(shè)備采用模塊化設(shè)計(jì)，可適應(yīng)不同斷面的管廊建設(shè)，截面形式如圖3所示，主要用于明挖管廊、管網(wǎng)、溝渠等工程修建。

圖3 U型盾構(gòu)組合式設(shè)計(jì)

U型盾構(gòu)施工覆土深度一般小于3.5m，施工深度一般不大于10m，寬度一般不大于15m，可適應(yīng)小于5%坡度（2.9°）的工況。轉(zhuǎn)彎半徑為R300～R500m，可滿足軟硬復(fù)合地層、地下水較深的地層等工況條件，并且適用于土層、粉質(zhì)黏土、砂土層、密實(shí)卵礫地層中的各類方涵、管廊的鋪設(shè)。

2.1.3 施工工序及施工要點(diǎn)

1）施工工序 首先采用挖掘機(jī)進(jìn)行土體開(kāi)挖，開(kāi)挖土體由渣車(chē)運(yùn)輸至后側(cè)，用作管節(jié)拼裝后管節(jié)兩側(cè)及上方的回填。土體開(kāi)挖時(shí)，設(shè)備前部伸縮插板、底部推板伸出，通過(guò)主控室操作推進(jìn)油缸伸出，推動(dòng)設(shè)備前進(jìn)，可邊開(kāi)挖、邊推進(jìn)，提高工作效率，如圖4所示。設(shè)備推進(jìn)完成后，收回推進(jìn)油缸，鋪設(shè)底部墊層，吊裝預(yù)制管節(jié)，然后進(jìn)行定位、拼裝并完成管節(jié)張拉。

圖4 U型盾構(gòu)施工示意圖

2）施工要點(diǎn) U型盾構(gòu)所施工管廊根據(jù)其功能及斷面設(shè)計(jì)的不同，管廊具有單倉(cāng)管廊、雙倉(cāng)管廊、三倉(cāng)及以上管廊等多種形式。相應(yīng)的預(yù)制管節(jié)的形式可分為整體預(yù)制管節(jié)、兩分塊預(yù)制管節(jié)和多分塊預(yù)制管節(jié)等。因?yàn)楣芄?jié)吊裝、運(yùn)輸?shù)纫蛩氐南拗?，預(yù)制管節(jié)的寬度一般設(shè)計(jì)為1.5～2.5m。

管節(jié)與管節(jié)之間設(shè)計(jì)防水密封膠條，四角采用螺栓拉緊。施加縱向拉應(yīng)力，使橡膠條處于受壓狀態(tài)，達(dá)到防水效果，如圖5所示。

圖5 管節(jié)結(jié)構(gòu)圖

針對(duì)通風(fēng)井、消防井、維修井等非標(biāo)準(zhǔn)節(jié)點(diǎn)廊體的建造，通常首先使用標(biāo)準(zhǔn)管節(jié)正常施工，后期拆除標(biāo)準(zhǔn)管節(jié)，進(jìn)行特殊節(jié)點(diǎn)處理；或者制作臨時(shí)性特殊鋼管節(jié)，待盾構(gòu)穿越特殊節(jié)點(diǎn)后，再拆除特殊管節(jié)。

2.2 矩形頂管機(jī)——暗挖機(jī)械化施工

矩形頂管機(jī)修建綜合管廊具有不開(kāi)挖路面、不封閉交通、不搬遷管線等優(yōu)勢(shì)，多適用于綜合管廊下穿主干道路、河流等不宜采用明挖的標(biāo)段。綜合管廊頂管施工國(guó)內(nèi)已有多個(gè)案例，如杭州綜合管廊、蘇州城北路綜合管廊元和塘頂管工程、南昌市梅湖水系截污工程下穿南蓮路等，其施工能力覆蓋了4～10m尺寸段，可實(shí)現(xiàn)單倉(cāng)、雙倉(cāng)、三倉(cāng)等多種管廊形式的掘進(jìn)。本節(jié)以杭州德勝路綜合管廊為例，來(lái)闡述矩形頂管機(jī)修建綜合管廊關(guān)鍵技術(shù)。

2.2.1 項(xiàng)目概況

杭州德勝路綜合管廊項(xiàng)目全長(zhǎng)約5.35km，沿線上跨地鐵4號(hào)線，其中杭甬高速及三污干管段采用矩形頂管施工。矩形頂管機(jī)開(kāi)挖尺寸7.52m×5.42m，最大埋深8.275m，隧道特征為雙倉(cāng)雙線、隧道間距約9m。工程地質(zhì)為粉砂夾砂質(zhì)粉土、粉細(xì)砂，地下水豐富滲透性強(qiáng)。

該工程包含多種關(guān)節(jié)形式，根據(jù)矩形管節(jié)中隔墻位置及內(nèi)部管線布置的不同，管節(jié)分為A、B兩種型號(hào)（管片長(zhǎng)度1.5m，管片厚度550mm，中隔墻厚度300mm），兩種管節(jié)的斷面圖如圖6所示。

圖6 矩形綜合管廊斷面圖

2.2.2 施工裝備組成及設(shè)備特點(diǎn)

矩形頂管切屑系統(tǒng)采用輻條式的軟土刀盤(pán)，三前三后的品字形布置方案，最大推進(jìn)速度40mm/min；采用雙螺旋輸送機(jī)出渣，出渣能力79m3/h；主驅(qū)動(dòng)采用中心軸式驅(qū)動(dòng)；盾體采用前后鉸接連接；考慮設(shè)備的長(zhǎng)距離掘進(jìn)，設(shè)備配置有中繼間。矩形頂管機(jī)設(shè)備組成如圖7所示。

圖7 矩形頂管機(jī)設(shè)備組成圖

設(shè)備利用電機(jī)驅(qū)動(dòng)刀盤(pán)系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)挖掘土體，切削后的土體在刀盤(pán)攪拌棒的作用下與膨潤(rùn)土、泡沫等土體改良劑充分混合，并在螺旋輸送機(jī)螺旋葉片的旋轉(zhuǎn)作用下排出土壓倉(cāng)。刀盤(pán)開(kāi)挖的同時(shí)，頂推系統(tǒng)在始發(fā)井處推動(dòng)管節(jié)與主機(jī)一起向前移動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)掘進(jìn)、排渣、管節(jié)支護(hù)機(jī)械化一次施工成型。

由于綜合管廊中隔墻與倉(cāng)體同步預(yù)制，渣車(chē)需從管節(jié)一側(cè)運(yùn)出，為適應(yīng)中隔墻出渣的需求，螺機(jī)出口采用同向布置，并通過(guò)橫向皮帶機(jī)將渣土從螺機(jī)一側(cè)輸送至渣車(chē)運(yùn)出洞外，如圖8所示。

圖8 設(shè)備出渣原理圖

2.2.3 施工工序及施工要點(diǎn)

1）施工工序 矩形頂管機(jī)的施工工序主要包括前期準(zhǔn)備、設(shè)備安裝、始發(fā)施工、正常推進(jìn)、接收施工、收尾工作等幾部分內(nèi)容[4、5]。目前該設(shè)備已完成下穿杭甬高速首條隧道154.6m的掘進(jìn)（圖9），實(shí)現(xiàn)平均日掘進(jìn)2環(huán)管節(jié)（3m）。

2）施工要點(diǎn) ①始發(fā)、接收時(shí)洞門(mén)密封：頂管始發(fā)時(shí)，預(yù)埋鋼板環(huán)，采用2道洞門(mén)簾布橡膠板+2道折頁(yè)板作為洞門(mén)密封，如圖10所示，以防管節(jié)長(zhǎng)時(shí)間摩擦洞門(mén)密封，導(dǎo)致密封破壞，并確保洞門(mén)密封處不出現(xiàn)突泥、涌砂，保證始發(fā)安全。頂管到達(dá)時(shí)，由于頂管掌子面反力破壞、減小、喪失，觸變泥漿流失，在洞門(mén)鋼環(huán)內(nèi)可焊接2道鋼絲刷，外側(cè)安裝簾布橡膠板和折頁(yè)壓板，到達(dá)加固體后、掌子面前，低推力，低轉(zhuǎn)速，盡可能的多出土，晚破壞掌子面；掌子面破壞后要快速的推出，以防治漏泥漏水。②壓力接收技術(shù)：頂管機(jī)接收是頂管機(jī)施工中最易出現(xiàn)問(wèn)題的環(huán)節(jié)，由于頂管機(jī)到達(dá)時(shí)掌子面土體破壞、易松動(dòng)，易導(dǎo)致出現(xiàn)突泥、涌水，造成地層沉降超限問(wèn)題，嚴(yán)重時(shí)影響施工安全。因此，矩形頂管機(jī)在多水等不穩(wěn)定地層出洞時(shí)可采用壓力接收，接收示意圖如圖11所示，在接收井內(nèi)回填砂漿，以確保洞內(nèi)外壓力平衡，避免沉降。③后配套及出渣設(shè)計(jì)：由于綜合管廊中隔墻的存在，渣土輸送通道無(wú)法布置在中間，可根據(jù)管廊倉(cāng)體分倉(cāng)形式和大小情況選擇單渣車(chē)或雙渣車(chē)出渣形式。其中采用單側(cè)渣車(chē)出渣時(shí)，靠近尾盾的前幾環(huán)管節(jié)中隔墻需后作，以保證螺旋輸送機(jī)將渣土經(jīng)由橫向傳送帶從螺機(jī)一側(cè)運(yùn)送到渣車(chē)上；此外，為了使管廊內(nèi)左右兩側(cè)重量相近，防止隧道施工中發(fā)生傾斜，在后配套另外一側(cè)一般需布置配重，如圖12所示。

圖9 矩形頂管機(jī)始發(fā)及施工成型管廊圖

圖10 洞門(mén)密封裝置結(jié)構(gòu)圖

圖11 矩形頂管機(jī)出洞壓力接收示意圖

圖12 單渣車(chē)出渣形式（俯視圖）

另一種形式出渣采用雙倉(cāng)雙軌道2個(gè)小渣車(chē)設(shè)計(jì)，該方式所有管節(jié)中隔墻均可與管節(jié)同步預(yù)制，后配套布置仍采用單側(cè)布置，在管廊另外一側(cè)布置配重。

2.3 綜合管廊其它機(jī)械施工工法

2.3.1 圓形盾構(gòu)

圓形盾構(gòu)及管廊成型斷面如圖13所示，圓形盾構(gòu)法具有施工進(jìn)度快、作業(yè)安全、管片精度高、襯砌質(zhì)量可靠、地表沉降小等優(yōu)點(diǎn)。但圓形盾構(gòu)受施工工藝限制，隧道覆土需在1倍洞徑以上，導(dǎo)致線路埋深較深，且管廊中隔墻需盾構(gòu)施工后二次施做；此外，圓形盾構(gòu)具有矩形頂管機(jī)所不具備的長(zhǎng)距離開(kāi)挖的能力，但是盾構(gòu)法開(kāi)挖設(shè)備后配套設(shè)施較多，設(shè)備造價(jià)昂貴，設(shè)備占用場(chǎng)地大[6]。

圖13 圓形盾構(gòu)及圓形管廊斷面圖

2.3.2 疊合板裝配法

疊合板裝配法是指將大體積的管片混凝土構(gòu)件拆分成小構(gòu)件，在工廠預(yù)制成型后，運(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)場(chǎng)裝配并進(jìn)行部分現(xiàn)場(chǎng)澆筑來(lái)建造綜合管廊的施工方法[7]。其施工過(guò)程分為墻板安裝、頂板安裝、鋼筋困扎、混凝土澆筑；其工藝特點(diǎn)是將管廊的底板、頂板和側(cè)壁進(jìn)行拆分，實(shí)現(xiàn)構(gòu)件工廠化生產(chǎn)，現(xiàn)場(chǎng)拼裝，部分現(xiàn)澆，減少現(xiàn)場(chǎng)模板支架和鋼筋綁扎。管廊一體化結(jié)構(gòu)，具有較好的密封性。

2.3.3 管廊滑移臺(tái)車(chē)法

滑移臺(tái)車(chē)法是將混凝土澆筑模板集成安裝至可移動(dòng)臺(tái)架上，通過(guò)機(jī)械結(jié)構(gòu)完成模板的快速伸出與收回，可實(shí)現(xiàn)工位與工位之間的快速轉(zhuǎn)換及支護(hù)?；婆_(tái)車(chē)法施工工藝主要特點(diǎn)是臺(tái)車(chē)整體性強(qiáng)，扣件少，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔輕便，安裝拆除方便，施工效率高，安全性好，采用整體性澆筑減少了澆筑接縫，抗?jié)B性能好，后期維護(hù)費(fèi)用低。

3 討論與展望

U型盾構(gòu)法、矩形頂管法等機(jī)械化施工地下綜合管廊工法以其自動(dòng)化程度高、施工速度快、施工勞動(dòng)強(qiáng)度低等優(yōu)點(diǎn)，越來(lái)越多的應(yīng)用到綜合管廊施工當(dāng)中。對(duì)比各機(jī)械化工法，因其工作特點(diǎn)的不同、施工成本的差異，各有優(yōu)缺點(diǎn)：①新建城區(qū)綜合管廊具備明挖條件工況，施工場(chǎng)地宜采用U型盾構(gòu)法、疊合板拼裝法、管廊簡(jiǎn)易臺(tái)車(chē)法施工；②老城區(qū)綜合管廊建設(shè)不具備明挖條件，宜采用頂管法或盾構(gòu)法施工，此外還需考慮綜合管廊施工長(zhǎng)度因素，短距離工況宜采用頂管法，長(zhǎng)距離工況宜采用盾構(gòu)法；③老城區(qū)內(nèi)可明挖，但施工場(chǎng)地有限、不易放坡施工的工況，亦可采用U型盾構(gòu)法施工。

圖14 T型、L型頂管機(jī)刀盤(pán)原理圖

針對(duì)現(xiàn)有綜合管廊機(jī)械化施工設(shè)備及其施工工法的局限性，探索掘進(jìn)機(jī)新型施工工法，發(fā)展適應(yīng)集約型管廊、極深埋管廊的異形掘進(jìn)機(jī)將是未來(lái)研究設(shè)計(jì)的重點(diǎn)方向。

1）長(zhǎng)距離綜合管廊 首先采用矩形或圓形盾構(gòu)長(zhǎng)距離施工，管廊通風(fēng)、消防、維修井采用豎井鉆機(jī)，即盾構(gòu)+反井鉆機(jī)（或向上盾構(gòu)）聯(lián)合施工，以達(dá)到地上空間占用小、滿足長(zhǎng)距離施工的工程優(yōu)勢(shì)。

2）集約型綜合管廊 采用T型頂管機(jī)、L型頂管機(jī)等異形掘進(jìn)機(jī)，實(shí)現(xiàn)多倉(cāng)異形管廊同步施工，如圖14所示。

3）深埋馬蹄形綜合管 針對(duì)深埋綜合管廊，管廊受力承壓大，馬蹄形盾體相比矩形具有更好的受力結(jié)構(gòu)，相比圓形具有更高的空間利用率[8]，馬蹄形盾構(gòu)在深埋綜合管廊中的應(yīng)用也將是未來(lái)發(fā)展方向之一，如圖15所示。

圖15 馬蹄形盾構(gòu)

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