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矩形顶管法隧道施工安全控制

顶管法是一种非开挖地下管道施工方法,它不需要开挖地面,并且能够穿越

公路、铁路、河川、地面建筑物、地下构筑物以及各种地下管线等。顶管技术发

展至今已有百余年的历史,它最早始于1896年美国的北太平洋铁路铺设工程的

施工中,日本最早的顶管工程是在1948年,用手摇液压千斤顶在一条铁路下施

工铺设直径600mm的铸铁管。我国的顶管施工技术起步晚于发达国家,初期发

展较慢,目前已得到了广泛的应用。

传统的隧道和通道的设计截面通常为圆形,主要是因为圆形结构受力合理,

但圆形结构断面利用率低;而矩形结构由于能充分利用结构断面、降低地下掘进

面积、减小隧道施工深度、有利于降低工程总体造价而越来越得到重视。随着城

市地下空间的开发,在城区需要建设越来越多矩形断面结构的地下人行(车行)

通道、地铁出入口通道、过街通道、穿越公路、铁路的下立交通道、共同沟、地

下商场和地下车库等地下设施,为了满足矩形断面结构的暗挖施工,矩形顶管法

得到了广泛应用。矩形与圆形空间比较如图7-1所示。

图7-1矩形与圆形空间比较

7.1矩形顶管法概述

1)矩形顶管法施工流程

矩形顶管法是指在始发工作井内的主顶油缸作用下(有时需要中继间),将

矩形管道由始发工作井顶进至接收工作井。它的原理是由前方矩形顶管机的切削

刀盘切削正面土体,将切削下来的土体经管道运至始发工作井再吊出,同时后部

始发工作井内的主顶液压油缸同步顶进,顶进一定距离后油缸回缩,在始发工作

井内安装新的管道后继续顶进,如此反复,直到矩形顶管机和管道到达接收工作

井为止,即边开挖地层土体边顶进、边将管道接长的非开挖施工方法。矩形顶管

法施工如图7-2所示。矩形顶管法施工流程如图7-3所示。

图7-2矩形顶管法施工示意图

2)矩形顶管法隧道施工特点

(1)相较于圆形断面,有效空间利用率高,使用面积可节约20%以上。

(2)相较于圆形断面,施工深度有优势,可减小隧道施工深度,实现浅覆

土施工。

(3)相较于明挖法,避免了占路施工和管线搬迁,不破坏道路和绿化,更

有利于在城市中心区域的实施。

(4)相较于盾构法,施工占用场地小,只需要提供工作井,有时甚至无需

接收工作井,且设备简单,施工速度快,操作方便。

7.2矩形顶管法隧道施工安全策划重点

1)始发阶段

在矩形顶管施工前,应详细了解沿线工程地质和水文地质条件,掌握土层的

变化情况,做好地下管线的探测工作,防止顶进施工对地下管线造成破坏。

图7-3矩形顶管法施工流程图

始发前,应做好始发侧土体加固质量控制,确保始发洞门凿除时的正面土体

稳定和抗渗性,保证始发洞门凿除的安全。设备安装调试阶段,重点做好大型机

械设备与构件的安装、吊运安全,包括顶管设备始发架与轨道的安装,矩形顶管

机及其配套设备的吊运、组装与调试,大截面矩形管节的吊运与安放。凿除始发

洞门时,用于始发洞门凿除施工用的脚手架搭设应满足规范和施工安全要求,始

发洞门凿除时,注意洞门凿除作业人员的作业安全、洞门混凝土吊运的安全。始

发施工时,应控制好正面土压力的建立与调整,做好洞门填充,防止正面土体流

失、矩形顶管机“磕头”和控制好始发阶段地面沉降。

2)接收阶段

在接收施工前,应做好接收侧土体加固质量控制,确保接收洞门凿除时的正

面土体稳定和抗渗性,保证接收侧洞门凿除的安全。在矩形顶管接收阶段,应控

制好顶管机轴线、顶管机姿态,加强顶进轴线与姿态的复核,确保矩形顶管机能

够顺利进入接收洞门内。凿除接收洞门时,用于接收洞门凿除施工用的脚手架搭

设应满足规范和施工安全要求,接收洞门凿除时,注意洞门凿除作业人员的作业

安全、洞门混凝土吊运的安全。矩形顶管接收施工后,应及时做好洞门封堵,浆

液固化。接收施工完成后,应做好矩形顶管机及其配套设备的拆解与移运,保证

大型设备吊装安全。

3)正常施工阶段

在矩形顶管正常段施工阶段,安全策划重点是正面土压力平衡控制,减摩注

浆控制,矩形顶管姿态与顶进轴线控制,侧向偏转控制,有毒有害气体防治,大

截面矩形管节的吊运与安放安全,现场用电安全等。

7.3矩形顶管法隧道施工风险源

1)始发施工

始发施工时,在矩形顶管机机头进入洞门密

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