浅析矩形顶管技术在城市下穿通道施工中的应用

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1、浅析矩形顶管技术在城市下穿通道施工中的应用　　【摘要】矩形顶管技术在国内的使用始于上世纪90年代中期的江浙沿海城市。武汉地铁2号线青年路站过街通道的施工是武汉地区矩形顶管技术的首次成功尝试。本文通过笔者的施工实践，主要介绍了土压平衡式矩形顶管的施工原理、工艺流程及关键控制技术，以期对今后类似工程提供参考借鉴。　　【关键词】矩形顶管；下穿通道；施工　　0.序言　　近年来，随着城市轨道交通的发展，大断面矩形顶管掘进技术得到大力的推广。以往城市过街通道一直采用传统的明挖法或矿山法施工，其优点是工法成熟、风险小、纯土建造价较低，但由于城市道路交通繁

2、忙，地下管线复杂，且矿山法施工易造成地面沉降或隆起，因此难度大、费用高，对环境的综合影响大。在软土地区采用矩形顶管施工过街通道具有相当大的优势，其不需搬迁地下管线，不影响交通运行，且施工无噪音，地面沉降及管线变形可得到有效控制。　　矩形顶管法是上世纪70年代末由日本最先研发并使用，上世纪90年代中期在江浙沿海地区开始推广应用，其断面尺寸由×的小断面发展到现在的6m×4m大断面，施工技术也日趋成熟。本文以武汉地铁2号线青年路站IV出入口过街通道为实例，主要介绍了矩形顶管施工原理、工艺流程及关键控制技术，以期为今后类似工程的施工提供参考。　　1

3、.武汉地铁矩形顶管施工实例　　工程概况　　武汉地铁2号线青年路站位于青年路与建设大道交岔口，车站IV出入口过街人行通道下穿青年路，通道总长，其上部分别有青年路高架桥、2-7×的排水箱涵、电力线、煤气、供水等大量管线，采用明挖法或暗挖法施工现场条件都不允许，因而设计采用矩形顶管法施工。　　顶管始发井位于青年路东侧，接收井位于青年路西侧车站主体结构外，顶管自东往西按坡度+3‰推进，采用4m×6m偏心多轴土压平衡式矩形顶管施工，设计共有管节41节，其中标准节40节，长，单节重约，特殊节1节。管节两端分别预埋钢套环和钢环，管节内还预留对称压浆孔、起

4、吊孔及翻身孔。管节接口全部采用“F”型承插式，接缝防水装置采用锯齿型氯丁橡胶止水圈和双组分聚硫密封膏。　　图1施工平面及管线布置图　　地质情况　　本工程顶管覆土约为，主要在粘土和淤泥质粉质粘土中顶进，顶管以上土层分别为杂填土、素填土、淤泥。场地内地下水有上层滞水、孔隙承压水和基岩裂隙水三种类型。上层滞水主要赋存于人工填土层，据勘察报告显示，勘察期间测得其初见水位埋深为～，稳定水位埋深为～。孔隙承压水为赋存于第四系全新统冲积粉质粘土、粉土、粉砂互层土及砂卵石层中承压水，汉口地区长江I级阶地承压水测压水位标高最高为，承压水头标高年变化幅度在～之

5、间。　　2.矩形顶管结构及功能　　矩形顶管的主要结构包括掘进机头、刀盘装置、纠偏装置、螺旋出土机、主顶装置、动力装置、压浆系统、电气控制系统及监测系统。　　切削刀及刀具　　偏心多轴刀盘共有2个，位于顶管机的最前端，置于前段壳体外，与刀盘驱动装置的轴承支座用高强度螺栓连接，刀盘装置包括：正面刀具、周边刀具、长搅拌棒、短搅拌棒、刀盘盘体。　　正面刀具作为主要切削装置位于最前方，采用十字形结构，它通过偏心曲轴与推进油缸的旋转驱动、顶进进行土体切削。周边刀具作为辅助切削装置位于刀盘的四周侧面上，它通过刀盘盘体作为偏心旋转的作用，将正面刀具切削过程中

6、未能切削掉的土体进行补充切削。长搅拌棒、短搅拌棒作为辅助实施位于刀盘盘体的最后方，它通过刀盘盘体作为偏心旋转的作用，对刀具切削的土体进行搅碎和搅拌土体，以便于螺旋机出土。刀盘盘体作为偏心旋转的主体，在偏心驱动轴的旋转和推进油缸的顶进作用下，进行偏心平面运动和朝前移动，带动正面刀具和周边刀具切削土体，带动后面的长短搅拌棒进行切削土的搅碎和搅拌。　　刀盘驱动　　刀盘驱动采用了偏心多轴的驱动方式，利用平行双曲柄机构的运动原理，由四组偏心曲轴组成的驱动装置同时驱动刀盘，刀盘上的每把刀具绕着以各自的支撑圆心点与曲轴回转支撑点之间的距离为半径作平面圆周

7、运动，以达到全断面切削的目的。在同一刀盘上的四根曲轴全部采用动力驱动，四根曲轴同时向同一方向旋转，以保证刀盘作平面圆周运动切削土体。动力驱动装置采用高速油马达、减速器和一级齿轮驱动，共两组8个驱动装置，刀盘转速为0～3r/min，刀盘驱动总功率为264kW。　　螺旋输送机　　螺旋输送机在土压平衡掘进过程中起着重要作用，它控制排土量，维持工作面正确土压，以控制地面沉降。螺旋输送机的功能是将土仓内已开挖的土排出，其入口位于顶管土仓隔板的底部，前端槽体为前壳体的一部分，其内壁堆焊耐磨硬质合金，后端用法兰与中段槽体连接，螺杆由空心轴和螺旋叶片组成，

8、螺旋叶片绕制在空心轴上，螺杆上部由三排圆柱滚子组合转盘轴支承，采用液压马达驱动，在螺旋输送机上可以装设出土闸门，出土闸门由两只液压油缸控制。由于顶管机的横断截面为4m×6m，为达