矩形顶管机及矩形隧道的研究与应用
矩形顶管在城市地下空间开发中的应用
矩形顶管在城市地下空间开发中的应用目 录ONTENTSC2矩形顶管技术发展城市地下空间开发面临的困题13矩形顶管施工的案例4结论与展望p城市地下空间开发的发展需求•大力开发和利用城市地下空间，对于解决城市用地紧张、交通拥挤、环境恶化等城市化进程中的诸多难题，实现城市可持续发展具有重要的战略意义。
•有利于缓解城市发展与土地资源紧张矛盾；•有利于提高土地利用率，缓解地面交通，改善居住环境，实现人车分流；•地下空间具有热稳定性，服务型建筑可达60%，有利于减少能耗，节约环保；•市政基础设施地下化，有利于优化城市空间布局，减少重复投资建设。
交通设施的地下化大型综合体的地下化基础设施的地下化市政管线的地下化p明挖穿越重要的交通要道和路口•地铁、管廊设计符合城市路网规划，一般沿市政道路设计，不可避免要占道施工；•施工期间需要进行交通疏解，造成道路弯曲形成速度瓶颈，市民反响较大；•明挖施工市政管线迁改量大，占用宝贵城市空间，且多次迁改不利于节省投资；•重要路口不具备明挖条件，浅埋暗挖施工难度大，安全风险高。
p明挖穿越重要的航道和河流•施工需要拦河筑坝围堰，造成航道临时断航，经济通道受阻；•河道围堰会造成流水不畅，对流域防洪安全造成影响，且深圳汛期非常长。
p明挖穿越重要建、构筑物•横跨市政快速路或铁路干线，不可能进行改道和交通疏解；•与地下管线方向垂直，管线众多，明挖悬吊或原位支托保护困难；•上跨轨道交通或引水隧洞箱涵，变形控制要求高，分仓开挖难度大；•重要建、构筑物拆迁要么不能拆迁，要么拆迁成本非常高。
p解决思路ו大城市土地资源有限，老旧城区不可能像新城或者郊区一样进行放坡大开挖；•重要路口需要根据地质与周边环境采用浅埋暗挖、盖挖逆作、顶管和盾构等局部开挖或非开挖形式。
•对于不能中断交通，地下管线复杂且沉降控制要求高、长度适中的路口，常采用大断面矩形顶管施工。
•据不完全统计，综合管廊施工中矩形顶管施工占1-5%；地下过街通道顶管施工超过20%。
我国矩形隧道施工技术的研究与应用
我国矩形隧道施工技术的研究与应用提要：本文介绍了我国矩形隧道施工技术的研究与应用现状、现有矩形顶管机类型和技术水平，指出要提高我国矩形隧道施工技术水平，必须开展对矩形盾构施工技术的研究。
关键词：矩形隧道矩形顶管机矩形盾构施工技术1 概述自从英国人布鲁诺受“甲克虫打洞”启示，采用矩形盾构掘进机修建伦敦泰晤士河底隧道以来，至今已逾170多年的历史，在此漫长的历史变迁中，盾构作为地下工程掘进机械，几经发展和变化，施工技术也在不断的运用中得到发展和提高，隧道断面形状由最初的矩形发展到现在的圆形、椭圆形、马蹄形和多圆形等。
圆形隧道以其结构受力好、设备制造简单和推进轴线容易控制等优点，在地下工程掘进技术领域占有主导地位，早先开发的矩形隧道施工技术因鲜有发展而渐渐地被忽视了。
近几年来，随着市政建设的高速发展，基本建设对地下空间的利用与日俱增，特别是双层隧道、纵形和横形隧道、地下车行与人行通道和共同沟等结构设施的开发，加上隧道施工技术的提高，形成了局部气压、泥水加压和土压平衡式等新型掘进机技术，掘进机刀盘也开发出反铲式、条幅式、面板式、大刀盘式、多刀盘式、组合刀盘式（带仿形刀）、滚刀式和偏心多轴式等类型，为矩形隧道施工技术的重新崛起创造了时机和条件。
目前，世界上研制应用的部分矩形盾构机如图1所示。
2 矩形隧道的特点和施工难点2.1 特点(1) 能充分利用结构断面，提高有效面积的使用；(2) 合理的形状分布，减少了土地征用量和掘进面积，降低了工程造价（图2）。
(3) 与圆形隧道施工技术有许多相似之处，可利用先进的施工技术加强和实施矩形隧道施工。
2.2 施工难点2.2.1 机头背土由于土体和机壳间的摩擦作用，引起机头顶部背土，产生的土体扰动和流失给地面建筑和环境带来破坏，也给掘进施工带来诸多不利。
2.2.2 机头旋转各种形状的掘进机，推进中不可避免地产生机头旋转，矩形机头的纠转不仅克服土体摩擦力，还须克服土体的抗力。
矩形顶管隧道的国内外发展与研究现状
式
模型，该模型可考虑包括隧道埋深，隧
道直径土体黏聚力与内摩擦角的影响等
因素。 W3 y
2
f3 y r02v1 1 9 tan2
3 tan sin(
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2 3 ) tan
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2 1 9 tan2
W3z
建成时交通
改造前交通流
三、典型工程案例分析
3.1 典型顶管工程施工案例
案例1：波士顿中央大道矩形顶管隧道工程
改造方案： 在现有的中央大道下面修建一条
8-10车道的地下快速路，替代现 存的6车道高架桥 在波士顿海港建设一条海底隧道 用来联系机场和城市中心 建成后拆除地上拥挤的高架桥， 代之以绿地和可适度开发的城市 用地
三、典型工程案例分析
3.1 典型顶管工程施工案例
案例1：波士顿中央大道矩形顶管隧道工程
工程特点： ● 施工时间：1989年至2004年
改造前
● 隧道管道：24m(宽)×12m(高)的混凝
土矩形断面，长度约112 m
● 施工方法：采用顶管工程
改造后
● 覆盖层厚度：约 2 m
● 工程主要问题：
保证施工期原有道路正常通行
解决方案：同步注浆 严格控制进出洞 对相关建筑物及管线下土体进行预加固
五、矩形顶管工程的发展趋势
未来矩形顶管的发展趋势为：
（1）一次连续顶进的距离越来越长； （2）顶管直径向大小直径两个方向发展； （3）管材向钢筋混凝土管、钢管、玻璃钢顶管发展； （4）机械化程度越来越高； （5）顶管线路的曲直度、曲线形状越来越复杂，曲率半径越
坏。 （5）已成型通道四周土体再次扰动，易引起地面及管线沉降叠加，造成
矩形盾构顶管施工技术在城市隧道中的应用
矩形盾构顶管施工技术在城市隧道中的应用结合郑州市中州大道下穿隧道工程施工实例，对土压平衡矩型盾构顶管机的实用性、超大断面矩型盾构顶管施工始发到达的安全、沉降控制、姿态控制技术四方面进行了阐述。
标签：矩型盾构施工；隧道；应用1 工程概况中州大道是郑州市贯通南北的交通大动脉，宽达100米，双向14个车道，承载着郑州交通繁重任务，为了保障施工期间最小程度的影响交通，施工采用矩形盾构施工，不仅对地上道路的正常通行、周边环境的影响比较小，而且施工的安全性、施工效率也比较高。
采用矩形盾构施工，还可使隧道的空间利用率提高近20%，与人工开挖相比，效率将提高4-5倍。
2 主要新技术研究及其应用2.1 技术特点本工程下穿中州大道段采用土压平衡矩形盾构顶管法施工，顶管段具有以下主要特点：开挖断面大、覆土埋深浅、隧道间距小、管线间距近、沉降要求高。
矩形盾构顶管段机动车道断面为10.1m×7.25m，断面72.2m2；非机动车道断面为7.5×5.4m，而目前国内已经成功应用于施工的最大断面顶管为6.9m×4.9m （断面面积33.81m2）；此外因受场地条件限制，隧道上最小覆土仅为3.5m；隧道之间间距小，2条矩形盾构顶管隧道净间距为1m，距离DN600mm的雨水管仅1m；最长推进长度达到105m；是目前世界上断面最大的矩形盾构顶管，在设计技术上突破了六刀盘复合开挖联合控制技术、盾体推进过程当中的减少摩擦的设计、超薄壳体和超大断面的结构强度设计优化等关键技术难题，施工难度大。
2.2 矩形盾构顶管采用的土压平衡矩形盾构顶管机是由中国中铁装备自行研究、设计、制造的二台多刀盘辐条式土压平衡顶管机，大顶管尺寸：10120mm×7270mm，小顶管尺寸7520mm×5420mm。
切刀和先行刀采用高耐磨的硬质碳钨合金刀具，以适应各类土体和加固体，并配备良好的泡沫和膨润土、触变泥浆注入系统。
矩形顶管在地铁出入口施工中的应用研究
矩形顶管在地铁出入口施工中的应用研究摘要：随着国内各大型城市的发展，地铁建设被各大中城市大力发展，但是城市中地铁建设面临各种复杂的建设环境，特别是针对出入口，施工场地狭窄，不能明挖施工，给地铁建设带来了诸多施工难题，矩形顶管施工作为一种非开挖技术被广泛应用于过街通道、水利工程等，为城市地铁安全经济建设提供了可选的施工方案。
关键词：矩形顶管地铁出入口施工现状展望随着国家城镇化战略的不断深入推进，大型城市、特大型城市的交通拥堵问题日益严重凸显，地铁作为城市公共交通，具有运力大、地下运行、受外部和天气环境影响较小、节能环保，被各大型城市大力发展，对于缓解城市交通拥堵问题具有重要作用，目前随着国家长三角一体化发展战略部署，轨道交通大力发展的趋势不可阻挡。
但同时，地铁建设也存在诸多问题，例如城市内施工管线复杂、周边建构筑物较多、对现有通行道路影响严重、建设周期长，由于地铁建设对本就拥堵的城市道路加剧拥堵，对周边的建构筑物和管线造成较大影响，施工风险高，施工难度大，施工周期长。
为确保在地铁建设的过程中，尽可能减少对城市地面交通的干扰和破坏，传统的明挖法、盖挖法、暗挖法等开挖方法受到地质水文条件、周边环境、建构筑物的影响等存在安全性、经济型、适用性等方面的问题，为了尽量减少对城市地表的开挖，近年来，非开挖技术得到了快速发展和广泛应用，特别针对外部施工限制条件较多的工程，矩形顶管施工技术就是其中之一，使矩形顶管施工技术得到更多的推广和应用。
1.矩形顶管施工简介矩形顶管施工是一种非开挖施工方法，广泛应用于过街通道、地铁出入口、管廊、市政工程，具有不开挖路面、不封闭交通、不搬迁管线、低噪音、无扬尘等优点，在施工时，对周边土体扰动小，能有效控制地面沉降的施工方法。
相较于圆形顶管具有使用面积更加充分，矩形顶管工程与盾构工程对比有以下相同点：一是都属于暗挖法；二是都需要开挖始发接收工作井；三是工作面的开挖方法、进出洞施工技术基本相似；四是都涉及到接缝防水，周边环境保护问题。
试论矩形顶管工法在地下通道工程中的应用
试论矩形顶管工法在地下通道工程中的应用矩形顶管工法能够减少管线迁改及交通疏解工作量，对周边的环境影响较小，占用场地面积小，能够降低地下通道工程的建设成本，论文结合广州地铁增城广场站，通过分析矩形顶管工法的特点、设备选型及施工工艺，探索矩形顶管工法在地下通道工程中的应用。
【Abstract】The rectangular pipe jacking method can effectively reduce the workload of pipeline relocation and traffic relaxation，and has less impact on the surrounding environment and occupies a smaall area. It can reduce the construction cost of underground tunnel project. Combined with the Zengcheng Square Station of Guangzhou metro，the paper explores the application of rectangular pipe jacking method in underground tunnel project through analyzing the characteristics，equipment selection and construction technology of rectangular pipe jacking method.标签：矩形顶管工法;土压平衡;顶管顶推力;触变泥浆【中圖分类号】U455 【文献标志码】A 【文章编号】1673-1069（2018）12-0125-031 工程概况增城广场站总长665m，车站为地下两层15m岛式站台车站，标准宽度23.7m，两层处深度为16.7m，车站埋深3m。
超大断面矩形顶管隧道自动化监测研究与应用
超大断面矩形顶管隧道自动化监测研究与应用摘要：嘉兴市市区快速路下穿南湖大道隧道工程是国内外首个采用超大断面矩形顶管施工的三车道隧道，工程具有断面超大、覆土浅、地质软、间距小等特点，通过自动化监控量测技术，对其进行顶管顶进与正常过程的钢筋应力、土压力、管节倾斜角的研究，研究成果反馈并完善超大断面顶管配套技术总结及完善，形成整套的超大断面顶管施工技术有着重要意义。
关键词：超大断面；顶管隧道；自动化；监测0 引言与圆形顶管隧道相比，矩形顶管隧道空间利用率更大，节省工时，降低造价，在城市地下空间开发，下穿道路建设中应用越来越广泛。
目前国内常规断面矩形顶管隧道日渐成熟，但一次成型的三车道顶管隧道，嘉兴环线下穿南湖大道段顶管隧道尚属首例。
通过研究超大断面矩形顶管面断面受力分析、应力监测、土压力监测、倾斜角监测、相邻管缝的弹性变形监测的实测数据变化规律进行分析研究，数据实时预警分析指导施工，并提出矩形顶管施工过程中的变形控制措施，对类似工程具有重要参考价值。
1 工程概况嘉兴市市区快速路地道段位于嘉兴市南湖区长水路，东起纺工路西至新气象路，全长1996m。
其中下穿南湖大道区段采用超大断面类矩形土压平衡顶管法施工，断面为14.82m×9.446m（宽×高），是世界最大断面及首个三车道矩形顶管工程。
顶管隧道长度100.5m，两侧布置工作井，始发井位于南湖大道西侧，接收井位于南湖大道东侧。
先顶进北侧，到达接收井后拆运至始发井二次始发顶进南侧（如图1所示）。
图1顶管隧道平面图南北线结构净距1.2m，埋深5.68～6.54m，坡度5‰下坡。
如图2所示根据地勘报告，顶管隧道穿越地层主要为：④1粉质黏土：硬可塑，中等压缩性，干强度高，韧性高，物理力学性质较好。
④2砂质粉土：中密，中等压缩性，物理力学性质较好，遇水易液化。
勘察期间对钻孔内潜水稳定水位进行了实测，稳定水位埋深为0.50~2.90m，相应的稳定。
矩形顶管机的研究与发展
矩形顶管机的研究与发展矩形顶管机的研究与发展扬州广鑫重型设备有限公司余彬泉一、各种矩形顶管（盾构）机的介绍目前，常用于矩形的顶管（盾构）机大体有以下六种形式：多平行轴偏心传动形式的矩形顶管（盾构）机、刀排可伸缩形式的矩形顶管（盾构）机、多刀盘方形顶管机、大小刀盘组合式矩形顶管机、多刀盘的矩形顶管机和行星齿轮传动的正方形顶管机及其组合等。
1、多平行轴偏心传动形式的顶管（盾构）机它有四平行轴的圆形断面顶管（盾构）机如图—1所示。
图—1 四平行轴的矩形断面顶管（盾构）机多平行轴偏心传动形式的顶管（盾构）机的优点是可以做到全断面切削，但它的缺点是搅拌半径太小，因而对土体搅拌是不充分的。
正因为对土体搅拌的不充分性，所以就不太容易把土仓中的沙性土土搅拌成具有较好的塑性、流动性和不透水性，这也就限制了它的应用范围。
另外，它的刀架在切土过程中是在做平行移动，每当刀架往下做平行移动时，其反力就容易使顶管（盾构）机的壳体往上台，因此，在覆土层较浅的条件下施工时，会出现机头上漂移的现象，方向控制比较困难。
2、两个摆动可伸缩刀盘的矩形的顶管（盾构）机图—2 两个摆动可伸缩刀盘的矩形的顶管（盾构）机两个摆动可伸缩刀盘的矩形顶管机如图—2所示。
它有两个刀盘，且在平行于一个切削面上。
每个刀盘四根大刀排组做成。
每一个刀盘在切削土体时都各自向相反的方向转动。
但每当一个刀排向一个方向转满90度时，就会反过来向另一个相反的方向转动。
因此，它的每一个刀盘都是在做摆动旋转。
它的每一个大刀排内也都藏有一个可伸缩的辅助刀排，它的结构很复杂。
（a）（b）（c）（d）图—3 刀盘的动作的原理两个摆动可伸缩刀盘的动作的原理可参见图—3。
图中—3（a）是顶管机的正面。
若顶管机的高宽比小于1：2时，左右两个刀盘中，中间两个处于水平状态的刀排设计得最短，其余各自的三个大刀排都是一样长的。
如果把此时的状态当作0位，那末，假定当刀盘向顺时针转动45度时，就到达顶管机的四个角上，也是它伸得最长时。
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２～２
成阶梯型人造持力层，将软弱松散地基
进行加固挤密，使得该层土体得到改 良。解决了软弱松散地基无浅部持力 层的问题．提高了短桩的承载能力。 该桩型具有桩基的承载特性，可采
２伽１年１１月
施Ｔ技术
ＣＯＮＳＴＲＵＧＴｌＯＮ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ５１
第３０卷第１１期
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§推广项目指南简介ｔ
各种软弱地基，在地表下３—９ｍ范围 内有相对较硬土层时．优势更明显。采 用滚技术已完成６０余项、近４００个单 位工程的地基加固施工任务，建筑面积 在３００万ｆｎ２以上。 成果完成单位：北京渡森特岩土工程有 限公＿Ｊ 孔内深层强夯法应用技术 孔内深层强夯法是根据“动力固 结”的机理与现代科学技术为一体的地 基处理技术。施Ｔ时先成扎，再向孔内 填料，以高动能、超压强特异莺锤在孔
量，使土压舱内的土压力值稳定并控制 在所设定的压力值范围内，达到开挖切
削面的土体稳定。与圆形隧机相比，没
其刚度和强度要求，具有渗滤、环箍、 限裂效应和消除由传统模板引起的容
器效应。混凝土浇注后模网小拆除，可 代替钢筋骨架，且具有良好的抗剪性和 延性；粱扳柱与墙体均为观浇混凝土． 整体性强，对抗篙十分有利。 外保温帝枇建筑模网墙体能达到 建筑节能５０％的国家标准，总热吼可 达１
家大型重点工程的数百万ｍ２各类疑 难地基处理。 成果完成单位：北京瑞力通地基基础工 程有限责任公二Ｊ 可变式扩底支盘桩设计 与设备应用技术 可变式扩底支盘桩是用特制的挤
扩成型设备在原来普通灌注桩的基础 上增加底部扩大头和中间的挤盘．提高 承载力。扩底支盘成型设备用液压传 动原理及自动控制技术研制而成．能够
可广泛处理杂填、液化、湿陷、软
弱、膨胀以及具有酸碱盐腐蚀、人防工
事和具有硬夹层的不均匀地基。先后 完成了多层、高层建筑以及大型高耸油
帝枇建筑模网可按建筑物使用功
能和设计要求在Ｔ厂内制成各种规格 和形状，适宜各种建筑构件及一般工业 与多层民用建筑。目前已存大连市府 用。 成果完成单位：人连华成帝枇建筑模网 有限公司 金属拱型屋顶设计、制作与安装技术 根据金属拱型波纹屋顶结构的特 点，结台我国具体的建筑材料的特性， 对这种结构的理论分析力法及制作安 装手段、方法进｛，以Ｆ研究：旺：设计、宴 施了１６组金属拱型波纹屋顶结构足尺 模型斌验，并建立了合理的力学计算模
１００ｍｍ（≠４低碳钢丝）或间距２００ｍｍ（≠５
玲轧带肋钢筋）的水平折钩拉筋构成的 卒间二维体系的网架结构，内浇不振捣 自流平自密实低强度粉煤灰混凝土（掺 量可达水泥用量的５０％以上），并满足
内深层领域进行冲砸挤压，使填料在强 力的推动下向孔周和底部挤压。其强
夯重锤作业是在孔内自下而卜完成。 夯击能量可达２００００ｋＮ－ｍ／ｍ２。深度可 达３０ｍ或更深。ＤＤＣ技术处理后的地 基．可达到遇水不湿陷、地震小液化、压 缩变形小、承载力高、刚度均匀。涟土
叉经济合理；单桩竖向极限承载力高， 可达８００—１０００ｋＮ；施工工艺简单．施Ｔ 速度快，安全文明，施工质量易控制；可 消纳大量建筑垃圾，保护环境；成桩过 程无污染、无噪声、低震感。 该技术适用十不富古大块建筑垃 圾的人工填土地基、一般粘性土地基和
４ｈｉ，剪切面高度０ ９～
岳用于建筑、桥梁、港口、矿ｌｌＩ、电 力、水利工程等。适用于多种地基土 质，填上、粘性土、粉土、淤泥与牯土及
编者按：建设部２００１年科技成果推广 转化指南项目共ｔ２６项，干２００１年７月 １８日套布，有效期３年二从丰期开始
矩形顶管机及矩形隧道的研究与应用
组合刀盘式土压平衡矩形顶管机． 通过大刀盘及仿形月对正面土体的全 断面切削，掘切的矩形断面由小断顶人 的矩形管节组成矩形隧道。整个控制 系统以士压平衡为工作原理，战变螺旋 机的旋转速度及顶进速度米控制排土
型；②研制开发金属拱型波纹犀顶的专
用成型机组，由银河金属屋顶成型机（３ 种机型）与银河自动锁边机组成；③制 定出银河屋顶制作工程质量检验评定 标准以及安装工程质量检验标准。 金属拱型波纹屋顶ｕｒ广泛用于仓 库、厂房、商场、礼堂、展厅、体育馆、机 库、营房以及临时建筑等，日前已经受
用条形承台梁直接将上部建筑物荷载 传递到桩基上，使基础结构形式既简单
了１００多万矗工程实践和检验。
成果完成单位：北京银河金属结构丁程 有限责任公司
粉上交互层地基，砂土或砂卵石地基
等。水下作业小受限制。已应用丁黑
万 方数据
矩形顶管机及矩形隧道的研究与应用
刊名： 英文刊名： 年，卷(期)： 施工技术 CONSTRUCTION TECHNOLOGY 2001,30(11)
本文链接：/Periodical_sgjs200111031.aspx
２大；相应土地征用量和掘进断面 积碱小，降低工程造价。 矩形顶管机适用于在粘土、淤泥质 牯土、粉质砂土及砂质粉上等地层中施 工，特别适用于在不宜大开挖的错综复 杂的各娄地下管线下施工，保证地面建 筑物不受损害，可便捷建造地下通道、
桩复合地基承载力９００ｋＰａ左右。
龙汀哈尔滨市某商业楼、天津塘沽金宝 人厦、山西国信寻呼生产楼、天津万顺 温泉花园等。 成果完成单位：ｌＪＩ西金孑ｉ建筑安装工程 有限公司；山西金石地工主岛桩设计研 究院 帝枇建筑模网技术 帝枇建筑模网星由２片固定于竖 身槽形加劲肋的钢板嘲、沿加劲肋ｌⅥ距
｛妇ｅ。日ｍ∞。ｅ。ｅ日ｅ。。一
陆续刊登，以供参考ｊ
共同沟等矩形隧道。已在陆家嘴车站
５号出入１１地下通道工程中应用，为国 内首次。 成果完成单位：上海隧道工程股份有限 公司 沉臂钢筋混凝土夯扩载体桩应用技术 该技术充分利用天然地基的地表 硬壳层和浅部较好土层，以建筑垃圾等 废弃物为填料．采崩特殊上艺和专利施 工机械，在地表以Ｆ数ｍ范围内，夯扩
罐、冷却塔、粮仓、工业厂房、烟囱等国