2019年9月底，世界瞩目的北京大兴国际机场即将建成。在这一新机场综合管廊建设中，矩形混凝土预制顶推设备被用于挖掘坑道。据悉，这是北京地区首次应用该技术。据了解，该技术最新采用了专门定制的大型顶管机，并通过压力传感器和激光经纬仪的综合性检测，实现了刀盘的角度回纠，进而有效控制了道路沉降的发生。
施工现场的矩形混凝土预制顶推设备，资料图
据了解，北京新机场综合管廊全长12公里，在新修道路下方4.5米，是一条平行于道路的巨大水泥管廊，内含电力、信号、燃气、自来水和消防水等通路。建成后，新机场附近的用电、用水、燃气与信号将由此输入。
而用于坑道挖掘的这款矩形顶管机，长9米、高5米，其施工遇到的最大难题，是要确保不断路的前提下，下穿京开高速公路，这是一条连接南北的交通大动脉。具体来说，下穿大广高速的管廊总长129米，矩形盾构顶推采用并行两孔顶进。
如何既保证路面通行，又保障施工安全？项目多番查阅资料发现，有一种国内尚未推广的矩形盾构顶推施工新工艺，不仅能控制沉降，而且能将工期缩短一半。由于市面上没有匹配的盾构机，于是，项目定做了一台土压力平衡式顶管机。
新型顶管机设备，资料图
施工的第一步是挖掘和支护工作井，第二步是300吨级大吊车将穿山甲的零件吊下始发井，现场组装。随着顶管机头部挖掘前进，地面上预制的矩形管片也将被一节节吊运下井，添加到顶管机的尾部，形成管廊。顶推到大广高速另一侧后，设备从接受井吊起。
与一般盾构机只有一个旋转刀盘不同，矩形顶管机的头部，是大小不一的7个刀盘（最大的直径4.2米）。多刀盘切削面积只占矩形断面的83%左右，刀盘切削不到的土体是通过挤压、搅拌而被排出的。边缘机壳上还设有合金铲齿来铲碎盲区的土体，以挖出一个完整的矩形截面。
顶管施工，资料图
据了解，这台定制的顶管机设备来自于尾巴后端24台千斤顶，液压油缸组提供的3000多吨推力。施工过程中，为控制地面沉降，压力传感器监测和激光经纬仪实时监测，顶进一旦微小转角，刀盘就会反转以回纠角度。顶管机切削下来的泥土，将在泥土仓内变成塑性体泥团，通过螺旋出土器排出。排土量要配合顶管机的前进速度，以平衡地下压力。
常见的顶管机用激光经纬仪设备，资料图
目前，在平衡式圆形顶管机上，光经纬仪是此类机械测量系统中的重要测量仪器，用于实时监测顶管施工过程中顶管机推进的轴线偏差。另外，通常还会在机头上安装压力传感器监测设备，用于实时掌握水土压力，并随时调整顶力，速度和出土量，从而确保顶管机在地下安全穿行。据悉，在该管廊项目顶管机施工中，为控制土压力平衡，顶推作业为全天候连续顶推，极大缩短了工期，比浅埋暗挖人工作业节省5个多月，控制道路沉降在15毫米以内，为新机场顺利开通奠定了基础。