摘要：本文重點(diǎn)介紹上海隧道施工技術(shù)研究所對(duì)城市交通矩形地下通道掘進(jìn)機(jī)及矩形隧道的研究與用。以供異型斷面隧道研究、設(shè)計(jì)、施工參考。

　　關(guān)鍵詞：城市地下交通矩形隧道頂管機(jī)設(shè)計(jì)中間試驗(yàn)工程應(yīng)用

　　城市建設(shè)發(fā)展速度越來(lái)越陜，交通運(yùn)輸對(duì)城市建設(shè)發(fā)展的作用更加凸現(xiàn)。發(fā)展與建設(shè)的推進(jìn)求城市解決更多的地下人行通道，如地鐵車站的進(jìn)出口的過(guò)街人行隧道、城市地下管線共同溝等類地下隧道工程以矩形最為經(jīng)濟(jì)。因此城市交通矩形地下通道掘進(jìn)機(jī)的研究與應(yīng)用十分必要。

　　1、矩形隧道的發(fā)展與應(yīng)用世界最早的盾構(gòu)法隧道是1826年開(kāi)始建造的英國(guó)倫敦穿越泰晤士問(wèn)底的公俏隧道，其隧道斷面為11.4mx6.8m的矩形，由于采用人工開(kāi)挖和施工中涌水淹沒(méi)事故，長(zhǎng)458m的矩形隧道掘進(jìn)了18年才完工。

　　20世紀(jì)70年代以來(lái)，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)施工技術(shù)有了新的飛躍。尤其是日本，地下空間的開(kāi)發(fā)和利用的需求，促進(jìn)了盾構(gòu)隧道技術(shù)的進(jìn)—步發(fā)展。20世紀(jì)80鋼代后，世界各國(guó)掀起了開(kāi)發(fā)異形斷面盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)的高潮，先后進(jìn)行了矩形隧道、橢圓形隧道、雙圓形隧道、多圓形隧道盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)及施工技術(shù)的試驗(yàn)研究和工程應(yīng)用。從隧道的使用功能來(lái)分析，城市交通人行地道、地下共同溝、地鐵隧道的斷面形式以矩形最為合適，最為經(jīng)濟(jì)，因而矩形盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)的重新研究開(kāi)發(fā)和應(yīng)用意義十分分重大。

　　日本對(duì)大斷面矩形盾構(gòu)工法開(kāi)展了研究，主要解決穿越鐵路的車行下立交工程施工，用鋼管片拼裝后再澆筑混凝土內(nèi)襯，盾構(gòu)施工最淺覆土僅3m.1981年，名古屋和東京都采用4.29mx 3.09m手掘式矩形盾構(gòu)掘進(jìn)2條長(zhǎng)534m和298m的共同溝。名古屋還采用5.23mx4.38m的手掘式矩形盾構(gòu)掘進(jìn)1條長(zhǎng)374m矩形隧道。總之，矩形隧道和矩形盾構(gòu)技術(shù)的應(yīng)用方興未艾，其優(yōu)點(diǎn)日益體現(xiàn)，其技術(shù)也日趨成熟。

　　上海隧道施工技術(shù)研究所于1995年起，開(kāi)始啟動(dòng)矩形隧道研究并通過(guò)立題論迅1995年完成2.5mx2.5m可變網(wǎng)格矩形頂管機(jī)設(shè)計(jì)、矩形隧道試驗(yàn)工程方案和工程設(shè)計(jì)。1999年4月，上海地鐵三號(hào)線五號(hào)出入口矩形通道施工采用上海隧道施工技術(shù)研究所自行研制的3.8mx 3.8m矩形刀盤式土壓平衡頂管機(jī)。矩形隧道于4月中旬始發(fā)推進(jìn)，6月初完成第2條矩形隧道工程，工程質(zhì)量?jī)?yōu)良，施工中確保了上海延安東路隧道的正常運(yùn)營(yíng)和陸家嘴路地下管線的安全。國(guó)內(nèi)首次施工矩形盾構(gòu)隧道僅花了40天完成了兩條隧道的推進(jìn)，矩形隧道研究和推廣應(yīng)用取得了成功。

　　2、城市交通矩形地下通道掘進(jìn)機(jī)的研究2.1矩形隧道應(yīng)用的經(jīng)濟(jì)跬矩形斷面與圓形斷面相比，其有效使用面積比圓形增大20％以上。城市交通過(guò)街人行通道要求埋深淺，因此矩形隧道更能滿足人行通道的施工要求。

　　城市交通過(guò)街人行通道作為地鐵車站的進(jìn)出口日益增多，城市地下管線共同溝也將在我國(guó)得到發(fā)展，而這類地下隧道工程以矩形最為經(jīng)濟(jì)，因此矩形隧道的研究和應(yīng)用可直接為工程建設(shè)的需求服務(wù)，并有廣泛的應(yīng)用前景。

　　2.2矩形隧道的研究方法矩形隧道的可行性研究力祛和技術(shù)路線如下：

　　（1）對(duì)國(guó)外有關(guān)矩形盾構(gòu)和矩形隧道工程的消化吸收；

　?。?）矩形頂管試驗(yàn)工程的設(shè)想和設(shè)計(jì)；

　?。?）矩形頂管機(jī)機(jī)型的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，機(jī)型方案設(shè)計(jì)和選擇；

　?。?）試驗(yàn)用矩形頂管機(jī)的研制，在試驗(yàn)機(jī)的基礎(chǔ)研制工程用矩形頂管機(jī)；

　　（5）矩形鋼筋混凝土管節(jié)通過(guò)結(jié)構(gòu)試驗(yàn)了解結(jié)構(gòu)受力分布，改進(jìn)管節(jié)設(shè)計(jì)節(jié)設(shè)計(jì)優(yōu)化提供依據(jù)；

　?。?）通過(guò)2.5mx2.5m矩形隧道試驗(yàn)工程，了解矩形隧道頂進(jìn)的施工參數(shù)和掌握規(guī)律，為工程應(yīng)用提供依據(jù)；

　?。?）進(jìn)行工程應(yīng)用方案設(shè)計(jì)、施工設(shè)計(jì)，完成工程應(yīng)用，進(jìn)行施工工法研究。

　　2.3矩形頂管機(jī)的研制由于可變網(wǎng)格式矩形頂管機(jī)具有加工相對(duì)簡(jiǎn)單、造價(jià)低、上馬快的優(yōu)點(diǎn)，在試驗(yàn)中同樣可以獲取有價(jià)值的各類數(shù)據(jù)，所以選擇了這一方案。

　　2.3.1研發(fā)設(shè)計(jì)原則矩形網(wǎng)格式頂管機(jī)采用網(wǎng)格切割土體，并擋住開(kāi)挖面土體有效防止正面土體坍塌，以人工出土方法進(jìn)行開(kāi)挖。它由主頂進(jìn)推動(dòng)機(jī)頭向前運(yùn)動(dòng)，機(jī)頭分成前后兩段，中間由糾偏油缸連接，在殼體二側(cè)裝有糾轉(zhuǎn)裝置，切口環(huán)處安裝變角切口，可進(jìn)行一定量的超挖，有利于機(jī)頭的姿態(tài)控制，保證隧道軸線的偏差在設(shè)計(jì)范圍內(nèi)。網(wǎng)格中包含四個(gè)可變網(wǎng)格，可以調(diào)整機(jī)頭正面的進(jìn)土量，有利于控制正面土體的穩(wěn)定性。

　　2.3.2設(shè)計(jì)基本情況為了保證管節(jié)和土體之間有一定的間隙，有利于泥漿套成環(huán)，設(shè)計(jì)中將機(jī)頭的截面尺寸設(shè)計(jì)得大于管節(jié)的截面尺寸。頂管機(jī)主機(jī)可分成前后兩段，中間由糾偏油缸連接。前后段之間的密封采用一道唇形密封和一道支承橡膠圈，切口環(huán)處裝有變角切口。網(wǎng)格中裝有可調(diào)節(jié)開(kāi)口率的可變網(wǎng)格，在殼體兩側(cè)裝有糾轉(zhuǎn)裝置。上述裝置可對(duì)機(jī)頭姿態(tài)進(jìn)行控制。

　　主頂進(jìn)裝置由8臺(tái)油缸及u形頂鐵、頂環(huán)、墊鐵、底架、鋼后靠等組成，8臺(tái)油缸分成二組，各4臺(tái)疊加呈對(duì)稱分布，并用分體式結(jié)構(gòu)的支座固定，工作行程為1450mm.每臺(tái)油缸可單獨(dú)控制。糾偏裝置主要用于機(jī)頭左右、上下軸線偏差的控制，總糾偏力為752t，糾偏角度為±2度。注漿糾轉(zhuǎn)系統(tǒng)（翅板+壓漿）主要用于機(jī)頭旋轉(zhuǎn)后的糾正，糾轉(zhuǎn)力矩可達(dá)210x2——420kN