城市拥挤地下空间开发：矩形顶管模具施工技术的优势与应用

随着地下隧道、地下车站、地下综合体等重点地下工程项目的建设，我国城市地下空间日趋拥挤。因此，探讨在紧凑、拥挤的城市地下区域构筑新基础设施的方法具有重要意义。矩形顶管隧道模具法是一种以非开挖形式构筑大型地下空间的暗挖施工技术，相对于明挖及盾构等地下空间施工方法，具有综合成本低、交通干扰小、环境友好等显著优势，尤其在穿越交通干线、水体、地上及地下构筑物密集区的市政工程领域发挥着不可替代的作用。与圆形断面相比，矩形断面具有较高的空间利用率、较小的土方开挖量，且后期运营和维护相对容易，在地下通道、综合管廊、雨水管渠、地下物流通道、地下设施联络通道、地下停车场、地铁车站及应急通道等地下空间开发领域有着广泛的应用潜力。

需要说明的是，盾构法和顶管隧道模具法都是地下隧道暗挖施工的关键方法，但两者之间存在显著差异。顶管隧道模具法是在计划管道路线的两端设置始发井和接收井，在安装有顶推设备的始发井内借助液压千斤顶将掘进机顶入预定土体，并在始发井依次拼接预制管节至掘进机后，通过顶推预制管节使得掘进机到达接收井并形成以预制管节支撑周围土体的隧道施工方法。与盾构法相比，最显著的区别在于支撑土体的预制管节在始发井内拼接后，随着隧道掘进而整体向前移动，而非在掘进机后以原位拼装方式进行逐块管片拼接。因此，顶管隧道模具法与盾构法对地层的扰动机制有显著差异。顶管隧道模具法既要考虑掘进过程中开挖面的土体扰动，还需考虑后续管节移动中管-土-浆液相互作用及其对周围土体产生的附加影响。掘进装备方面，顶管隧道模具法和盾构法主要以密闭式掘进机进行土体开挖，并通过土压平衡、泥水平衡以及泥浓法等方式维持开挖面稳定，两者之间没有本质的区别；从隧道断面形状来看，顶管隧道模具和盾构隧道的常规断面形状都为圆形，但都具备马蹄形、矩形等异形断面隧道的施工能力，与掘进机切削系统和轮廓设计有关；从工法适应性及综合成本的角度看，盾构法适用于长距离的大型隧道工程，而顶管隧道模具法在短距离及小断面隧道方面有明显的成本优势。但近些年来，顶管隧道模具法施工的隧道断面尺寸呈快速增大趋势，其中，大断面矩形顶管隧道模具工程发展极为迅速。本文将围绕矩形顶管隧道模具技术展开综述。