西直湖港北枢纽立交地涵设计研究★

夏 辉 徐 波 赵泱军

(1.江苏省水利勘测设计研究院有限公司，江苏 扬州 225217； 2.扬州大学，江苏 扬州 225009)

近年来，顶管在水利工程建设中运用较为广泛，在江苏省无锡仙蠡桥枢纽、通榆河北延灌河立交等工程中均采用了顶管方案，也积累了一定的顶管设计和施工技术经验。随着水利工程规模的增大，顶管直径、长度越来越大，工程实施环境呈现复杂化，顶管顶进方式向多元化发展。在西直湖港北枢纽(立交地涵)工程中，地涵同时穿越京杭大运河和既有沪宁铁路，设计选择直径4 m的钢筋混凝土顶管方案，如此大直径的顶管同时穿越运河与铁路的情况在国内尚属首次。

1 工程概况

西直湖港北枢纽(立交地涵)工程[1]位于江苏省无锡市惠山区洛社镇，综合确定设计流量为90 m3/s，地涵长度约420 m，见图1。

2 地涵设计方案比选

为减小工程对运河航运和京沪铁路的影响，设计地涵同时穿过京杭运河和京沪铁路，且地涵采用非开挖方式进行施工。根据国内外的建设经验，穿越河流和地上构筑物的管涵工程的非开挖施工方法一般有顶管法[2]和盾构法两种。从工程技术、施工安全和影响、工程经济方面进行比选，具体如下：

1)在工程技术方面：目前国内顶管最大管径已经达到4.0 m，盾构法的管径一般在6.0 m以上，采用大管径顶管或盾构法施工在工程技术方面均可行。

2)在工程施工安全和影响方面：顶管法施工在顶管推进完成后即形成地涵，对地面变形的影响较小，可有效地减小工程施工对京沪铁路和京杭运河日常运行的影响；盾构法施工在推进过程中需及时进行瓦片拼装，然后在拼装瓦片形成的隧洞内侧进行衬砌，且衬砌施工对防水技术的要求较高，施工难度较大，由于盾构法施工的管径较大，管道需要的埋深较深，施工影响范围扩大，同时盾构在推进过程中对地面变形影响较大，盾构法施工不利于京沪铁路和京杭运河日常安全运行。

3)在工程经济方面：盾构法一般适宜于长隧道施工，对于短于750 m～1 000 m范围的隧道，采用盾构法施工不甚经济；顶管法推进完成无需衬砌，节省材料，且施工设备体积小，便于运输，施工需要作业人员也较少，工程造价比盾构法施工低。

综上所述，虽在工程技术方面采用顶管法或盾构法施工均可行，但在工程施工安全和影响、工程经济方面顶管法施工优于盾构法。因此，本工程地涵采用顶管法施工。

3 顶管设计

3.1 顶管材料比选

适用约大直径顶管的管材有钢管和钢筋混凝土管，从材料性能、施工难易程度、施工进度、工程投资等方面进行分析比较，确定顶管的管材，详见表1。

由表1可知，顶管管材选用钢筋混凝土管，以节省工程投资，提高输水管道的耐腐蚀性，且便于施工。本工程初步确定顶管采用6根内径4.0 m的钢筋混凝土圆管，管壁厚0.34 m，混凝土强度等级为C50，设计抗渗标号为S8，预制管节每段长2.5 m，采用承插式F管。

3.2 顶管布置

顶管在纵断面方向采用竖向曲线顶进方式，控制顶管圆弧曲线半径为2 600.0 m，顶管穿越铁路路基处，顶管中心高程约为-11.60 m～-10.85 m，顶管覆土厚度约13.2 m～14.0 m；顶管在平面上6根顶管平行布置，管间中心距为10.30 m，管道净距5.62 m。

3.3 顶推力计算

顶管穿越的土层主要为粉质粘土，该层土天然容重γ=19.1 kN/m3，直接快剪凝聚力C=18.3 kPa，内摩擦角φ=9.7°。根据《地基基础设计规范》[3]，结合土层分布及地质指标，对顶管机正面阻力和管道顶进阻力进行估算。

表1 钢管和钢筋混凝土顶管的优缺点对比表

经计算，顶管在顶进过程中的实际最大顶推力为8 859.29 kN。顶管穿越铁路时的计算迎面阻力为4 597.51 kN，通过调整顶管机土仓内的压力，控制顶管机迎面顶推力，保持顶管机迎面应力与侧向地应力基本平衡，充分降低顶管施工对铁路路基变形的影响。

4 结语

顶管法作为一种不开槽施工方法，其最大的优越性在于采用不开槽的暗挖方式，从而避免了作业面对地上建筑物或构筑物的直接影响。同时穿越运河与铁路情况下地涵选择了直径4 m的大直径钢筋混凝土顶管方案，在国内尚属首次。也可为今后类似工程提供参考。

参考文献:

[1] 江苏省水利勘测设计研究院有限公司.西直湖港闸站枢纽初步设计报告[R].扬州:江苏省水利勘测设计研究院有限公司，2010.

[2] 江苏省太湖治理工程建设管理局.新沟河延伸拓浚工程大直径顶管安全穿越京沪铁路关键技术研究报告[R].扬州:江苏省水利勘测设计研究院有限公司，2017.

[3] DG J08-11-2010，上海地基基础设计规范(2010版)[S].