随着我国城市基础设施建设的快速发展,开发与利用城市地下空间已成为新世纪城市发展的必然。顶管法施工在城市地下空间开发建设过程中经常采用,它是一种不在地表开挖或者说少开挖地表的管道敷设施工技术。它具有对周围的环境影响小、不需大量迁改管线、不会阻碍交通、工期短、施工安全性高、综合成本较低等诸多优点。但是,受城市复杂多样的自然环境条件和地面及地下既有设施分布的空间环境条件等多种因素的影响,传统顶管已很难满足现代城市地下工程建设的大断面、长距离等施工要求。随着我国装备制造技术的进步,自带掘进头的大断面矩形顶管机的出现,使得我国顶管施工技术进入了一个崭新的阶段。这种新型的顶管技术不但具有传统顶管和盾构技术的许多优点,也面临着许多新的技术问题需要解决。因此,开展对大断面矩形顶管施工技术的研究,是推进顶管技术进一步发展的必然。依托深圳地铁9号线下沙-上沙地下人行通道工程的施工,通过对工地现场一年时间的施工实习和工程技术调研,针对大断面矩形顶管工程施工中的关键技术开展了相关研究。通过对该工程施工过程中所遇到的一些特殊技术难题进行分析和研究,探索了解决这些难题的关键技术措施。并通过对施工过程的现场监测数据的分析,探讨了所采用的施工关键技术的实施效果。本文通过现场实习、技术调研和理论分析相结合的方法开展了相关研究,其主要研究工作如下。1、通过现场工程实践和文献查阅,探讨了顶管技术的发展过程、研究现状以及存在的问题。通过现场技术调研,对比分析了新型顶管法施工与盾构法施工的不同特点。在总结前人对顶管法施工技术研究的基础上,对大断面矩形顶管法施工的工艺流程进行了分析和探讨。2、通过现场技术调研,对该工程的工程概况、工程地质环境条件、顶管施工主要工作内容和总体施工方案等进行详细的分析。对大断面顶管施工中的难点问题进行了研究,并在此基础上探讨了解决相关施工难点问题的技术方案。3、通过对顶管施工过程中的实测推力数据的分析,探明了顶管阻力对顶进推力的影响规律,并揭示了触变泥浆的减阻机理。探讨了在该工程施工中所应用的注浆减阻关键技术,并对实施效果进行对比了分析。4、通过对工程施工过程中地面监测站点的变形监测数据的分析,对施工过程中的地面沉降控制、地下管道的不均匀沉降控制、顶管机顶进姿态控制、顶进速度及出土量控制等关键技术进行了探讨。并对该技术的实施效果进行了分析。探明了顶管施工对地面沉降的影响规律,揭示了顶管施工对地面沉降和变形的影响机理。5、对顶管施工过程中的顶管进洞、顶管出洞、管节防水和止水、顶管通道与地铁出入口侧向驳接等其他关键技术也进行了初步的探索。通过上述研究,得到的主要研究结论如下。1、在大断面长距离顶管施工过程中,由于采用了注浆减阻等施工关键技术,使得实际顶力小于理论计算所需顶力值。顶力控制在允许范围内,未启动中继间。研究表明,本工程所应用的注浆减阻技术是成功的。2、在管节顶进时,向管节外壁压注适量的润滑泥浆,不但能极大地减小摩阻力,也为快速顶进和轴线控制创造有利的条件。3、在掘进施工过程中,为了确保出土顺利和施工安全,通过对开挖面前方的土体进行注浆,成功地改善了泥土仓内土体的流动性和可塑性。改良后渣土的止水性得到了明显的改善。而且,通过土体改良后出渣效果更加顺畅,对减小顶进过程中的总顶力也起到了 一定的作用。4、通过对注浆加固前后的沉降监测数据的对比分析表明,采取注浆加固措施后地面及管线沉降值均得到了有效的控制,在整个顶管施工过程中,未对地面通行及地下管网造成任何影响。5、在顶进过程中,通过对顶管姿态进行测量、控制和纠偏等措施,是确保顶管轴线不产生较大偏差的前提。顶管顺利地按设计线位顶进,先后成功穿越多根重要的地下管线,未与周围管线等发生接触。更没有对周围管线造成任何破坏。6、通过采取对土仓内的土压力平衡的调控技术,确保了掘进过程中的出泥量和取泥量基本一致。使得地面沉降、建筑物倾斜和累积沉降量均得到了有效的控制。从工程实施效果来看,在顶管顶进过程中,未因土仓内的压力过大而出现地面隆起或发生土体水平位移等现象,也没有因为土仓内的压力过小而出现地下水突涌而引发的地面沉降。7、受地下管线及现场条件限制,工作井端头采用袖阀管水平注浆加固,工程实践证明加固效果良好。8、本工程所采用的管节防水止水技术工程效果良好,使管节与管节之间形成整体,施工过程中未发现任何漏水现象。9、A段(东西向通道)接收端受排水箱涵及地铁轨道线影响,导致顶管机无法从接收井正常出洞。通过研究后,采取将顶管机从洞内平移17m并拆解后分段从净宽仅3m的地铁风井预留口吊出。解决了不具备开设接收井地段的大断面顶管施工的出洞难题。10、A段(东西向通道)顶管顶进轴线与已施工地铁盾构区间正交,垂直距离仅约为1.9m。通过采用暗挖隧道将顶管通道与地铁出入口侧向开洞驳接,最终解决了顶管通道与地铁出入口连接的难题。综上所述,本文开展了对深圳地铁9号线下沙至上沙地下人行通道大断面矩形顶管工程中的施工关键技术研究。通过对在城市复杂地质环境条件下大断面顶管工程施工中所遇到的难点问题的分析,探索了为解决这些难点问题而应采取的关键技术措施。应用这些关键技术主要解决了顶管进洞和出洞、注浆减阻、管节防水止水、顶进速度控制和纠偏控制等施工中的难点问题。上述研究成果对推动大断面矩形顶管施工技术和理论的发展具有重要意义。为后续类似的大断面顶管在城市地下空间的应用提供了可资借鉴的技术储备。同时,也将极大地推动大断面矩形顶管工程施工的规范化和标准化。