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城市建設發展速度越來越陜，交通運輸對城市建設發展的作用更加凸現。發展與建設的推進求城市解決更多的地下人行通道，如地鐵車站的進出口的過街人行隧道、城市地下管線共同溝等類地下隧道工程以矩形最為經濟。因此城市交通矩形地下通道掘進機的研究與應用十分必要。

1、矩形隧道的發展與應用世界最早的盾構法隧道是1826年開始建造的英國倫敦穿越泰晤士問底的公俏隧道，其隧道斷面為11.4mx6.8m的矩形，由于采用人工開挖和施工中涌水淹沒事故，長458m的矩形隧道掘進了18年才完工。

20世紀70年代以來，隨著經濟的發展，盾構掘進機施工技術有了新的飛躍。尤其是日本，地下空間的開發和利用的需求，促進了盾構隧道技術的進—步發展。20世紀80鋼代后，世界各國掀起了開發異形斷面盾構掘進機的高潮，先后進行了矩形隧道、橢圓形隧道、雙圓形隧道、多圓形隧道盾構掘進機及施工技術的試驗研究和工程應用。從隧道的使用功能來分析，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，最為經濟，因而矩形盾構掘進機的重新研究開發和應用意義十分分重大。

日本對大斷面矩形盾構工法開展了研究，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襯，盾構施工最淺覆土僅3m.1981年，名古屋和東京都采用4.29mx3.09m手掘式矩形盾構掘進2條長534m和298m的共同溝。名古屋還采用5.23mx4.38m的手掘式矩形盾構掘進1條長374m矩形隧道。總之，矩形隧道和矩形盾構技術的應用方興未艾，其優點日益體現，其技術也日趨成熟。

上海隧道施工技術研究所于1995年起，開始啟動矩形隧道研究并通過立題論迅1995年完成2.5mx2.5m可變網格矩形頂管機設計、矩形隧道試驗工程方案和工程設計。1999年4月，上海地鐵三號線五號出入口矩形通道施工采用上海隧道施工技術研究所自行研制的3.8mx3.8m矩形刀盤式土壓平衡頂管機。矩形隧道于4月中旬始發推進，6月初完成第2條矩形隧道工程，工程質量優良，施工中確保了上海延安東路隧道的正常運營和陸家嘴路地下管線的安全。國內首次施工矩形盾構隧道僅花了40天完成了兩條隧道的推進，矩形隧道研究和推廣應用取得了成功。

2、城市交通矩形地下通道掘進機的研究2.1矩形隧道應用的經濟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。

城市交通過街人行通道作為地鐵車站的進出口日益增多，城市地下管線共同溝也將在我國得到發展，而這類地下隧道工程以矩形最為經濟，因此矩形隧道的研究和應用可直接為工程建設的需求服務，并有廣泛的應用前景。

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路線如下：

（1）對國外有關矩形盾構和矩形隧道工程的消化吸收；

（2）矩形頂管試驗工程的設想和設計；

（3）矩形頂管機機型的技術經濟比較，機型方案設計和選擇；

（4）試驗用矩形頂管機的研制，在試驗機的基礎研制工程用矩形頂管機；

（5）矩形鋼筋混凝土管節通過結構試驗了解結構受力分布，改進管節設計節設計優化提供依據；

（6）通過2.5mx2.5m矩形隧道試驗工程，了解矩形隧道頂進的施工參數和掌握規律，為工程應用提供依據；

（7）進行工程應用方案設計、施工設計，完成工程應用，進行施工工法研究。

2.3矩形頂管機的研制由于可變網格式矩形頂管機具有加工相對簡單、造價低、上馬快的優點，在試驗中同樣可以獲取有價值的各類數據，所以選擇了這一方案。

2.3.1研發設計原則矩形網格式頂管機采用網格切割土體，并擋住開挖面土體有效防止正面土體坍塌，以人工出土方法進行開挖。它由主頂進推動機頭向前運動，機頭分成前后兩段，中間由糾偏油缸連接，在殼體二側裝有糾轉裝置，切口環處安裝變角切口，可進行一定量的超挖，有利于機頭的姿態控制，保證隧道軸線的偏差在設計范圍內。網格中包含四個可變網格，可以調整機頭正面的進土量，有利于控制正面土體的穩定性。

2.3.2設計基本情況為了保證管節和土體之間有一定的間隙，有利于泥漿套成環，設計中將機頭的截面尺寸設計得大于管節的截面尺寸。頂管機主機可分成前后兩段，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，切口環處裝有變角切口。網格中裝有可調節開口率的可變網格，在殼體兩側裝有糾轉裝置。上述裝置可對機頭姿態進行控制。

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

2.4矩形隧道工程試驗

2.4.1試驗工程概況試驗工程位于上海南匯縣航頭地區，頂進距離為60m，覆土深度為6.45m.距離頂進軸線北側10m處有條小河，南側10m處是場內鋼筋混凝土主干道路，見圖1.頂管機所穿越的土層分別為：進出洞段是灰色淤泥質粘土和灰色淤泥質粉質粘土；區間段是灰色淤泥質粘土和灰色砂質粉土，通過工程試驗，驗證了矩形頂管機的設計選型、矩形管節選型、接頭型式和止水帶設計選型；通過采集的各種施工參數和工況記錄，研究了矩形頂管施工工法。工程試驗完成了對矩形頂管機的技術關鍵進行試驗研究，收集了第一手的資料和數據，積累了矩形斷面隧道掘進的實際施工經驗。