中国第一顶：断面矩形顶管工程在苏州顺利贯通【张拉膜结构】
我国目前顶距最长、张拉膜断面最大的矩形顶管工程——苏州市城北路综合管廊元和塘顶管工程顺利实现贯通。作为突破城市地下综合管廊施工瓶颈的“金刚钻”，施工过程中研发形成的“超长超大矩形顶管综合管廊施工工法”等一系列新技术、新工艺，对我国城镇化建设中大面积实施地下综合管廊工程具有示范性意义。
顶管内现场
非开挖矩形顶管施工
地下综合管廊效果图
苏州作为国家第一批管廊试点城市之一，早在2011年就建成了江苏省首条地下综合管廊——苏州工业园区月亮湾综合管廊。此次苏州城北路综合管廊工程结合312国道改造建设，总长达11.5公里，是苏州市在建规模最大、入管线最多的地下管廊，建成后将收容该规划区域内自来水、污水、燃气、电力、电信、移动、联通、有线电视等9大类管线。
顶进233.6米，顶进长度全国之最
“苏州城北路综合管廊是国内首批在管廊施工上运用矩形顶管技术的工程，元和塘顶管工程又是国内管廊领域断面最大、顶进距离最长的矩形顶管工程，总长度达到233.6米。”项目经理闫晓东介绍。顶管施工和盾构施工不同，顶管施工就像打桩，动力在后方，打得越深就越费劲，超长顶管施工，顶进距离越长，遇到的阻力将成倍增加。
“为了顶推‘给力’，我们必须在顶进过程中增加顶推力，”项目总工程师戢鸿鑫介绍，工程采用30支200吨千斤顶，为顶管机提供6000吨的顶推力；但因顶进长度长、顶进阻力大，还要设计制造两个顶进中继间，它既是正常的管节，还要实现分段接力顶进。“这是我们有效解决超长顶管主顶顶力不足的重要措施。”戢鸿鑫说。
下穿元和塘河道是顶进施工的关键，其顶进难度远在超长距离之上，顶管机只能在河床之下如蜗牛般前行。元和塘宽40米，水深3米，管顶下穿时顶部附土仅3.5米。在顶进过程中，施工方中铁上海工程局在河床底部用1米厚的钢筋混凝土板进行加固，确保下穿河道施工安全。据了解，整个下穿元和塘顶进加固范围达820平方米。
宽9.1米、高5.5米，断面尺寸全国之最
宽9.1米、高5.5米的断面尺寸，同样也是管廊工程矩形顶管施工领域的全国之最。项目为此独家研发的顶管机，有两层楼高，重量也达到266吨。
要控制这个“超级导弹”在苏州城区地下9米深处连续穿梭近百天，顶进的精准度必须控制在厘米级。“我们采用三台激光仪对顶管机姿态进行实时监测，测量人员每天用全站仪进行人工复测，确保测量数据的准确性，从而为顶进施工准确制导。”项目经理闫晓东说。
据地质勘查资料显示，顶管机穿越地带多为粉砂夹粉土层、粉沙层。“这样的土层，就像海绵吸满了水分，顶进过程中极易出现喷涌。”戢鸿鑫介绍。面对前所未有的技术难度，他们研发了组合式刀盘土压平衡式矩形顶管机，同时在掌子面设置6个压力感应器，实时掌握水土压力并相应调整顶力、速度和出土量，确保了顶管机在地下安全穿行。
首开地下长大顶进先河，突破多项高难度施工瓶颈
作为国内首批在地下综合管廊施工上运用矩形顶管技术的工程，虽然国内矩形顶管综合管廊建设化程度较高，但是仍然面临矩形顶管施工理论研究不足、关键技术缺乏、规范化程度不高等问题。因此，对大断面长距离矩形顶管设计理论、施工技术、施工规范及标准进行系统研究，是非常必要的。
该工程采用的非开挖矩形顶管施工工法，具有绿色、环保、安全等优点，可“中国第一顶”所涉及的超长超大矩形顶管设计制造、顶管管节设计制造、矩形顶管顶进力计算、顶管始发井和接收井建造、矩形顶管上部土体扰动规律以及超长超大矩形顶管顶进、减阻、监测等一系列力学理论和技术研究课题多达21项。
“仅出土这一项，就需要先向掌子面注入土体改良剂，经刀盘搅拌均匀后，由两台螺旋出土器将改良后的塑形土体转送至土斗内，通过出土小车运输至始发井内，再吊至地面渣土堆放池。”闫晓东说，“上百道工序集中在一起，这就好比是‘螺蛳壳里做道场’，而且每一道施工工序都没有成熟的经验可以借鉴。”
据悉，顶推之前，项目就与中国地质大学（武汉）联合开展科研，突破了多项高难度施工瓶颈，留下了大量第一手资料、总结形成了一系列施工工艺标准，必将为我国今后的地下综合管廊施工和更长更大的顶管工程提供宝贵经验。
延性阅读：
顶管法是一种类似于盾构法的地下工程非开挖管道铺设技术，采用顶管掘进机成孔，将预制成形的管道从顶进工作井顶入，形成连续衬砌结构的管道铺设技术。整个控制系统以土压平衡为工作原理，通过大刀盘及仿形刀对正面土体的全断面切削，通过注入土体改良泥浆加强土体稳定性，改变螺旋机的旋转速度及顶进速度来控制排土量，使土压仓内的土压力值稳定并控制在所设定的压力值范围内，从而达到开挖切削面的土体稳定。
适用条件：富含水地层中的粉砂土、砂性土、淤泥质粘土、粘土层，也可在一般岩层的复合地质条件下的施工。
施工特点：施工占地面积小，无需迁改管线，对城市地面环境影响较小；施工过程噪音低，无粉尘排放；“绿色、环保、安全”；采用预制管节顶进，工期短，综合成本低；具有良好的社会经济效益。
