摘要：隨著城市的不斷發(fā)展，各大城市不可避免的出現(xiàn)了地面可利用空間逐漸縮小的現(xiàn)象，地下空間的開(kāi)發(fā)和利用不斷地被提上議程，因此地下空間施工方法引起了人們的關(guān)注。縱觀現(xiàn)有的地下管道、隧道施工技術(shù)，盾構(gòu)和頂管法施工是比較常見(jiàn)的兩種。盾構(gòu)技術(shù)適用于大型地下工程的施工項(xiàng)目，成本高工期較長(zhǎng)，相比之下頂管技術(shù)適用于中小型地下管隧道施工，成本低工期較短，但是使用效率比較低。這兩種技術(shù)上的主要矛盾體體現(xiàn)在工期與成本、效率與質(zhì)量上，因此本文重點(diǎn)要討論解決或者減緩這種矛盾的可能性以及對(duì)這兩種施工工藝的一些改進(jìn)設(shè)想。
　　關(guān)鍵詞：盾構(gòu)技術(shù)；頂管技術(shù)；成本效率；技術(shù)改進(jìn)
　　正文:
　　一、盾構(gòu)與頂管法的特點(diǎn)及局限性
　　 盾構(gòu)法施工運(yùn)用在大型地下工程時(shí)，其斷面一般有圓形、矩形、半圓形、馬蹄形等多種形式，最常用襯砌的斷面形式是圓形。采用圓形斷面形式一方面可以使各方壓力盡可能達(dá)到平衡，另一方面可以便于管片的拼接，適當(dāng)加快施工進(jìn)度。但是由于管片自身尺寸以及拼接過(guò)程中的各種施工工藝的限制，使得盾構(gòu)的掘進(jìn)不能持續(xù)進(jìn)行，這樣施工的速度就會(huì)變得緩慢，加上施工過(guò)程中可能遇到的種種不可測(cè)意外，加大了延誤工期的可能性，不可避免的會(huì)造成成本的增加以及質(zhì)量的敷衍。
　　 頂管法施工通過(guò)工作坑內(nèi)的壓力以及鉆頭的持續(xù)掘進(jìn)使得各管組成的管道整體向前蠕動(dòng)。在此過(guò)程中，由于前進(jìn)的長(zhǎng)度逐漸增加，連接的管道也越來(lái)越多，這些管道又總是在不斷前進(jìn)，這樣一來(lái)土壁給管道的摩阻力就不斷增加。理想狀態(tài)下，使得管道前進(jìn)它本身的長(zhǎng)度只需消耗土層對(duì)自身的摩阻力所作的功w1=nFl(F為單管受到的摩阻力，l為單管的長(zhǎng)度，n為管數(shù))。但是實(shí)際操作中，對(duì)于頂管的整個(gè)系統(tǒng)所輸入的實(shí)際功是土層摩阻力所作的重復(fù)功的疊加w2=〖n×（n-1）×(n-2)…×1〗×Fl。比較w1、w2，短程內(nèi)比較接近，但是長(zhǎng)程w2明顯遠(yuǎn)超w1。由此可見(jiàn)，頂管法較于盾構(gòu)施工更加流暢，但是頂管法的能量損耗以及由此造成的投入產(chǎn)出比顯著要高于盾構(gòu)法。
　　
　　二、盾構(gòu)法的改進(jìn)設(shè)想
　　 為了克服第一部分提到的一些盾構(gòu)技術(shù)的局限性，增加盾構(gòu)使用的連續(xù)性加快施工進(jìn)度，結(jié)合頂管施工的一些優(yōu)點(diǎn)提出以下設(shè)想：
　　  1、用管道代替管片前進(jìn)過(guò)程中不斷放下管道。盾構(gòu)機(jī)不停地前進(jìn)，另一方面，放下的管道作為完整襯砌無(wú)需進(jìn)行零碎的拼、焊接，同時(shí)也不必要在做防水方面花更多的時(shí)間。整個(gè)掘進(jìn)的過(guò)程是盾構(gòu)機(jī)的前進(jìn)與管道的焊接同步進(jìn)行，但兩者又屬于兩種不同工藝，這樣一來(lái)就可以大大提高盾構(gòu)機(jī)的使用效率。
　　  這個(gè)設(shè)想的主要障礙是在于如何運(yùn)輸管道，后進(jìn)的同直徑的圓管怎么才能穿過(guò)前面的圓管,這是個(gè)棘手而且必須解決的問(wèn)題。我的觀點(diǎn)是做雙層襯砌，第一層較薄，用相互嵌套的方式輪流向前運(yùn)輸（薄層外徑依次減小），前一個(gè)薄層基本施工完畢再?gòu)膬?nèi)部做第二層襯砌，這種形式圓管工藝直觀的感覺(jué)就像單筒式望遠(yuǎn)鏡。
　　  2、將頂管施工的工藝融入盾構(gòu)，用盾構(gòu)機(jī)牽引相連管道前進(jìn)。選用管道時(shí)因選外徑稍小于盾構(gòu)機(jī)開(kāi)挖直徑的管道，將管道外壁做成凹凸或者螺旋狀，減少摩阻力的同時(shí)又不至于造成過(guò)大的沉降。
　　
　　三、頂管法的改進(jìn)設(shè)想
　　 頂管法的種種優(yōu)越性讓它成為地下管道、隧道施工的重要手段，但是它依然存在第一部分中提到的一些局限性。理想狀態(tài)下頂管施工是將每段管道直接運(yùn)送到它所要被推到的地方，這種狀態(tài)就是完全排除管道在前進(jìn)過(guò)程中做的無(wú)用功，但是在現(xiàn)實(shí)操作中實(shí)現(xiàn)這種狀態(tài)的可能性幾乎不存在。在此本文對(duì)頂管法提出兩點(diǎn)設(shè)想：
　　 1、管徑依次遞減。作為先推進(jìn)的管道我們可以在滿(mǎn)足土壓力的情況下滿(mǎn)足內(nèi)徑不變的條件適當(dāng)加大它的直徑，后面推進(jìn)的管道依次減小外徑，這種減少量可以非常微小，只需與前進(jìn)坑道有一定間隙即可，這樣就可以有效減少滑動(dòng)摩擦力，從而顯著減少前進(jìn)過(guò)程摩阻力做的功。
　　 2、采用外壁螺旋紋管道，管道在旋轉(zhuǎn)中前進(jìn)。將管道外壁設(shè)置成螺旋紋理，并將推力系統(tǒng)加設(shè)旋轉(zhuǎn)裝置，在旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下前進(jìn)，摩阻力顯然會(huì)大大降低，與此同時(shí)，紋理一致的螺紋在前方管道行進(jìn)過(guò)程中會(huì)留下螺紋坑輒，這樣的話(huà)就相當(dāng)于有軌運(yùn)載，后方摩阻力基本可以忽略不計(jì)。它的原形可以用自攻式螺絲來(lái)喻比，螺絲后部的軸向壓力加上外部的扭矩，使得工作部可以更輕易的前進(jìn)。同樣的工作原理用在頂管施工中，頂管施工的效率就可以得到顯著地提高，由于成本的降低質(zhì)量也可以得到充分的保障。
　　
　　四、結(jié)論
　　 地下管道、隧道施工成本與工期不能兼得，質(zhì)量與效率不成正比的矛盾的關(guān)鍵問(wèn)題就是施工技術(shù)和輔助工藝的特點(diǎn)決定的，只有通過(guò)科學(xué)手段將掘進(jìn)技術(shù)優(yōu)化才能從根本上解決這個(gè)問(wèn)題。文中提到的這幾種改進(jìn)設(shè)想是在結(jié)合盾構(gòu)和頂管技術(shù)的各自工作原理，對(duì)它們的設(shè)計(jì)施工的優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行分析融合提出的。相信掘進(jìn)技術(shù)通過(guò)各種科技手段優(yōu)化，待技術(shù)更加成熟、效率進(jìn)一步提到、成本顯著降低后，城市規(guī)劃對(duì)地下空間的利用將迎來(lái)迅速發(fā)展時(shí)期。
　　
　　五、參考文獻(xiàn)
　　1、軟土盾構(gòu)法隧道管片接頭位置的優(yōu)化研究，黃鐘暉、廖不明，《地下空間》，2000年第四期。
　　2、淺談盾構(gòu)法施工地鐵區(qū)間隧道的施工工藝，富康峰、張信其，《甘肅科技》，2009年第十期。
　　3、軟土地層矩形頂管推進(jìn)施工措施分析，鮑永亮、鄭七振、唐建忠，《鐵道建筑》，2009年第8期。
　　4、泥水式平衡頂管施工技術(shù)探討，趙久敏、王嵐、黃偉，《山西建筑》，2007年第9期。