摘 ?要：隨著工程技術(shù)的逐步推進，當(dāng)前現(xiàn)代化基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)已經(jīng)擁有了更加先進的技術(shù)體系，本文結(jié)合矩形頂管施工技術(shù)，首先分析了該項技術(shù)的發(fā)展基礎(chǔ)及應(yīng)用優(yōu)勢，其次闡述了國內(nèi)矩形頂管技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀，最后闡述了在當(dāng)前現(xiàn)代化基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)領(lǐng)域，矩形頂管技術(shù)施工以及發(fā)展過程中遇到的難題，意在通過本文論述，為該項技術(shù)的發(fā)展奠定理論基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：大斷面;矩形頂管;研究現(xiàn)狀

中圖分類號：U231.3 ? ?文獻標(biāo)識碼：A ? ? ? 文章編號：1007-9416（2020）05-0000-00

隨著現(xiàn)代化城市建設(shè)需求的提升，傳統(tǒng)的施工技術(shù)無法滿足當(dāng)前的多樣化施工需求，因此，在盡量減少對地表開挖程度的基礎(chǔ)上，矩形頂管施工法已經(jīng)成為當(dāng)前基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)過程中應(yīng)用較為普遍的高效率施工方式之一，該種方式能夠有效提升地下空間施工以及管道施工效率，同時降低對地表形態(tài)的破壞，因此充分研究矩形頂管技術(shù)的發(fā)展基礎(chǔ)，探究當(dāng)前的發(fā)展現(xiàn)狀，并且理清發(fā)展難題，對于矩形頂管技術(shù)的優(yōu)化和創(chuàng)新有著積極的促進作用。

1頂管工藝發(fā)展的技術(shù)基礎(chǔ)

矩形頂管技術(shù)首次出現(xiàn)是在1892年，而首次將矩形頂管技術(shù)應(yīng)用在混凝土管道建設(shè)中的項目是在1957年的德國[1]，該項目的實現(xiàn)成為眾多建筑學(xué)者熱議的話題，同時也成為了社會發(fā)展中的主流技術(shù)，此后針對頂管施工技術(shù)進行了大范圍的技術(shù)創(chuàng)新，如在1972年，日本首先研發(fā)了一套以先導(dǎo)式掘進機為主的隧道挖掘技術(shù)，并且利用頂管施工結(jié)構(gòu)中的千斤頂實現(xiàn)了獨立的頂進控制體系。

該項技術(shù)在20世紀(jì)60年代中期傳入我國，上海某企業(yè)針對當(dāng)時的大口徑機械式頂管進行了試驗研發(fā)，建立在中繼站的基礎(chǔ)上實現(xiàn)了超遠距離的頂管施工推進，最大距離達到了120 m[2]。

當(dāng)前我國現(xiàn)代化矩形頂管技術(shù)的發(fā)展，得益于傳統(tǒng)的矩形掘進機的發(fā)展，以及建立在優(yōu)化的圓形頂管技術(shù)基礎(chǔ)上實現(xiàn)的。在20世紀(jì)90年代后，我國才真正的將頂管施工技術(shù)向矩形頂管施工方向進行轉(zhuǎn)型。

從傳統(tǒng)的圓形頂管施工技術(shù)和當(dāng)前使用的矩形頂管施工技術(shù)的優(yōu)勢角度來看，矩形頂管施工技術(shù)能夠進一步開發(fā)結(jié)構(gòu)斷面的利用價值，較傳統(tǒng)的頂管隧道能夠節(jié)約大量的空間。

2矩形頂管施工技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀

2.1機具設(shè)備

21世紀(jì)初期，矩形頂管技術(shù)在我國的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)領(lǐng)域中已經(jīng)得到了深入研發(fā)和應(yīng)用，當(dāng)前國內(nèi)已經(jīng)具備了能夠獨立生產(chǎn)矩形頂管施工設(shè)備的廠家。整體的矩形頂管施工機具從最原始的由上海對自行研發(fā)的土壓平衡矩形頂管機進行性能和外觀結(jié)構(gòu)上的升級，發(fā)展到形成了2.2 m×2.2 m的矩形頂管機，同時隨著基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)需求的不斷增長，至2004年矩形頂管機具具有了長距離推進的新性能，同時能夠?qū)崿F(xiàn)全斷面切削功能，機具的外徑已經(jīng)達到了10.4 m×7.5 m，成為了當(dāng)前世界上能夠?qū)崿F(xiàn)最大斷面施工的矩形頂管機具。

2.2理論研究

2.2.1頂推力

針對矩形頂管應(yīng)用過程中的頂推力研究，始于2004年雅典的某排水工程，相關(guān)研究人員在彈性解法的基礎(chǔ)上，分析了頂管運作過程中挖掘面的穩(wěn)定性以及太沙基土壓力理論。并且在分析的過程中，研究了頂管運作期間的穩(wěn)定性，表明了前段挖掘面的穩(wěn)定性較強，因此可以初步定位頂管以及土體之間的接觸面位于管道的底部。但是伴隨著設(shè)備頂進距離的不斷增加，受到周邊土體荷載力的非線性增加影響，管體和土體之間的接觸面積逐漸增大，導(dǎo)致摩擦阻力的提升，由此增加了頂推力。

在2013年，國內(nèi)的研發(fā)人員在卸載拱理論的基礎(chǔ)上，研究了矩形頂管在運作過程中的關(guān)節(jié)以及周邊土體之間的相互作用力[3]。并且定位了頂力計算的運行公式，借助公式中的變量因素研究了當(dāng)前能夠影響矩形頂管施工技術(shù)應(yīng)用的多項因素。這為頂推力的管控奠定了數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

2.2.2背土效應(yīng)

背土效應(yīng)主要產(chǎn)生于埋深較淺的工程中，由于矩形頂管施工的位置較淺，機具上方的土體自身的卸載作用不夠明顯，導(dǎo)致在下方管道行進過程中，土體下落從而堆積在機具上方表面，當(dāng)堆積量達到一定數(shù)值之后，便會影響頂管機的頂進作業(yè)，因此產(chǎn)生較大的摩擦阻力，同時當(dāng)這些摩擦阻力積累到一定程度后，會隨著頂管的作業(yè)方向進行反向推移，從而導(dǎo)致頂管的表面或者上方土體出現(xiàn)持續(xù)性的變形和坍塌情況。

因此為了有效解決背土效應(yīng)對矩形管產(chǎn)生的影響，當(dāng)前通常利用注漿的方式來降低設(shè)備和周圍巖土結(jié)構(gòu)之間產(chǎn)生的摩擦力，當(dāng)前使用的注漿材料主要為膨潤土，同時隨著科學(xué)技術(shù)的不斷提升，由人工合成的高分子材料也可以有效降低背土效應(yīng)對施工的影響。

2.3工作面穩(wěn)定性

當(dāng)前我國部分學(xué)者在分析極限上限理論的基礎(chǔ)上，考量了矩形頂管運行工作面受破壞的基礎(chǔ)模式，結(jié)合巖體速度場、支護壓力等參數(shù)構(gòu)建了失穩(wěn)破壞模型，模型中涉及到了隧道埋深、直徑、周圍土體的黏聚力、摩擦角等因素，從而為提升工作面穩(wěn)定性提供了研究依據(jù)。

3矩形頂管應(yīng)用發(fā)展問題

3.1理論方面

當(dāng)前針對矩形頂管技術(shù)應(yīng)用過程中的本土相互作用的研究還存在著一定局限性，當(dāng)前大部分的研究主要以管道在運行過程中的軸向受力以及土體變形為主，針對在作業(yè)過程中對管道形成的橫向和縱向綜合受力研究還不夠深入。另外當(dāng)前部分學(xué)者針對作業(yè)過程中的注漿工序研究也存在薄弱環(huán)節(jié)，針對管道、漿液以及涂鐵這三個部分之間的相互作用機制，還未能形成科學(xué)系統(tǒng)的理論體系。通常建立在減磨泥漿的基礎(chǔ)上來計算運行過程中的頂推力，這導(dǎo)致計算公式的結(jié)果較大，注漿后的磨阻因數(shù)隨之減小，因此在定位注入結(jié)膜泥漿之后所產(chǎn)生的相關(guān)因數(shù)還需要深入研究。

另外當(dāng)前部分針對矩形頂管技術(shù)應(yīng)用過程中的理論研究以地面形變?yōu)橹?，而針對作業(yè)過程中產(chǎn)生的管道力學(xué)性能改變以及土體穩(wěn)定性的研究，還需要進一步加強，另外，在管道竣工并且投入使用之后，土體以及管道的力學(xué)性能會隨著使用周期的變化而進行變化，針對這一方面的研究目前也還處于初級階段。

而產(chǎn)生這些現(xiàn)狀的主要因素在于當(dāng)前矩形頂管施工技術(shù)在我國的工程應(yīng)用案例較少，尚未完全普及，因此針對某些參數(shù)設(shè)計以及模型研究，還缺少具備客觀性的參考依據(jù)。

3.2設(shè)計方面

另外在設(shè)計角度，我國當(dāng)前針對矩形頂管的部分結(jié)構(gòu)設(shè)計還未形成統(tǒng)一的規(guī)范，當(dāng)前大部分的生產(chǎn)商在進行結(jié)構(gòu)設(shè)計的過程中，往往是以公路橋涵設(shè)計規(guī)范以及傳統(tǒng)的圓形頂管施工結(jié)構(gòu)作為設(shè)計依據(jù)，沿用以前的設(shè)計思路，同時也在設(shè)計過程中不斷結(jié)合應(yīng)用中出現(xiàn)的問題進行調(diào)整，這種建立在逐步實踐基礎(chǔ)上形成的設(shè)計體系存在部分缺陷，因此為了進一步提升矩形頂管施工技術(shù)的科學(xué)性和有效性，還需要針對設(shè)計理論進行重點研究。

4結(jié)語

綜上所述，由于矩形頂管技術(shù)具備極強的施工應(yīng)用優(yōu)勢，因此能夠充分融合在當(dāng)前的地下空間建設(shè)以及隧道建設(shè)中，能夠進一步提升工程的施工進度，同時隨著矩形頂管施工技術(shù)研發(fā)現(xiàn)狀的不斷推進，在解決當(dāng)前既有問題的同時，也需要結(jié)合可能出現(xiàn)的影響因素落實預(yù)見性研究，以進一步提升矩形頂管施工技術(shù)的應(yīng)用價值和設(shè)備性能，落實技術(shù)和結(jié)構(gòu)的優(yōu)化創(chuàng)新，以此滿足當(dāng)前的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)需求，從而為矩形頂管的未來發(fā)展奠定良好的理論和技術(shù)基礎(chǔ)。

參考文獻

[1]余彬泉，陳傳燦.頂管施工技術(shù)[M].北京：人民交通出版社，2019.

[2]葛金水，沈水龍，許燁霜.現(xiàn)代頂管施工技術(shù)及工程實例[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2019.

[3]葛春輝.頂管工程設(shè)計與施工[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2018.

收稿日期：2020-04-04

作者簡介：嚴(yán)學(xué)光（1982—），男，彝族，云南永平人，本科，高級工程師，研究方向：工程技術(shù)和項目管理方面。

Abstract： With the gradual advancement of engineering technology， the current modern infrastructure construction has a more advanced technical system. Combining with the rectangular pipe jacking construction technology， this paper first analyzes the development foundation and application advantages of this technology， then expounds the development status of domestic rectangular pipe jacking technology， and finally expounds the rectangular pipe jacking technology in the field of current modern infrastructure construction The difficulties encountered in the process of construction and development are intended to lay a theoretical foundation for the development of this technology through this paper.

Keywords： large section; rectangular pipe jacking; research status