淺談隧道工程的暗挖法施工技術(shù)

張占敏

[摘 要] 近年來，隨著我國公路交通建設(shè)速度的不斷加快，各類隧道工程建設(shè)也出現(xiàn)了前所未有的新局面。在各類隧道施工方法中，暗挖法施工技術(shù)應(yīng)用最為廣泛。本文重點(diǎn)闡述了各類暗挖法施工技術(shù)的基本原理，對比了它們的優(yōu)缺點(diǎn)，為進(jìn)一步擴(kuò)大它們的應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。

[關(guān)鍵詞] 隧道工程暗挖法施工技術(shù)

1.引言

隧道及地下建筑工程施工時，須先開挖出相應(yīng)的空間，然后在其中修筑襯砌。施工方法的選擇，應(yīng)以地質(zhì)、地形及環(huán)境條件以及埋置深度為主要依據(jù)，其中對施工方法有決定性影響的是埋置深度。埋置較淺的工程，施工時先從地面挖基坑或塹壕，修筑襯砌之后再回填，這就是明挖法。當(dāng)埋深超過一定限度后，明挖法不再適用，而要改用暗挖法，即不挖開地面，采用在地下挖洞的方式施工。目前，隧道工程的暗挖法已經(jīng)成為隧道施工的主流技術(shù)，在各類公路、鐵路以及城市地鐵隧道中都有廣泛的應(yīng)用。

2.公路路基加固的主要方法

2.1 礦山法

礦山法是一種傳統(tǒng)的施工力法，是人們在長期的施工實踐中發(fā)展起來的。礦山法是指用開挖地下坑道的作業(yè)方式修建隧道的施工方法。礦山法的基本理論依據(jù)是，隧道開挖后受爆破影響，造成圍巖體破裂形成松弛狀態(tài)，隨時都有可能坍落。鑒于這種松弛荷載理論依據(jù)，其施工方法是采取分割式按分部順序一塊一塊的開挖，并妥求邊挖邊撐以策安全，所以支撐復(fù)雜，材料消耗多。由于這種施工方法，因其工作面小，不能使用大型的鑿巖鉆孔設(shè)備和裝卸運(yùn)輸工具，故施工進(jìn)度慢，建設(shè)周期長，機(jī)械化程度低，耗用勞力多。但礦山法投入小，造價低，但只適合土質(zhì)較好的城市地區(qū)和山嶺隧道。它是適合于城市地區(qū)松散土介質(zhì)圍巖條件下，隧道埋深小于或等于隧道直徑，以很小的地表沉降修筑隧道的技術(shù)方法。它的突出優(yōu)勢在于不影響城市交通，無污染、無噪聲，而且適合于各種尺寸與斷面形式的隧道洞室。

2.2 新奧法

新奧法是新奧地利隧道施工方法的簡稱，在我國常把新奧法稱為“錨噴構(gòu)筑法”。新奧法是應(yīng)用巖體力學(xué)理論，以維護(hù)和利用圍巖的自承能力為基點(diǎn)，采用錨桿和噴射混凝土為主要支護(hù)手段，及時的進(jìn)行支護(hù)，控制圍巖的變形和松弛，使圍巖成為支護(hù)體系的組成部分，并通過對圍巖和支護(hù)的量測、監(jiān)控來指導(dǎo)隧道施工和地下工程設(shè)計施工的方法和原則。新奧法是在利用圍巖本身所具有的承載效能的前提下，采用毫秒爆破和光面爆破技術(shù)，進(jìn)行全斷面開挖施工，并以形成復(fù)合式內(nèi)外兩層襯砌來修建隧道的洞身，即以噴混凝土、錨桿、鋼筋網(wǎng)、鋼支撐等為外層支護(hù)形式，稱為初次柔性支護(hù)。在洞身開挖之后必須立即進(jìn)行的支護(hù)工作。因為蘊(yùn)藏在山體中的地應(yīng)力由于開挖成洞而產(chǎn)生再分配，隧道空間靠空洞效應(yīng)而得以保持穩(wěn)定，也就是說承載地應(yīng)力的主要是圍巖體本身。而采用初次噴錨柔性支護(hù)的作用，是使圍巖體自身的承載能力得到最大限度的發(fā)揮，第二次襯砌主要是起安全儲備和裝飾美化作用。傳統(tǒng)法認(rèn)為巷道圍巖是一種荷載，應(yīng)用后壁混凝土進(jìn)行支護(hù)。而新奧法將圍巖作為巷道構(gòu)件的承載部分，因此施工時應(yīng)盡可能全截面掘進(jìn)，以減少巷道周圍圍巖應(yīng)力的擾動，并采用光面爆破，微差爆破等措施，減少對圍巖的震動以保全其整體性。新奧法將錨桿、噴射混凝土適當(dāng)進(jìn)行組合，形成比較薄的襯砌層，即用錨桿和噴射混凝土來支護(hù)圍巖，使噴射層與圍巖緊密結(jié)合，形成圍巖-支護(hù)系統(tǒng)，保持兩者的共同變形，故而可以最大限度地利用圍巖本身的承載力。

2.3 掘進(jìn)機(jī)法

掘進(jìn)機(jī)法是挖掘隧道、巷道及其它地下空間的一種方法。它是用特制的大型切削設(shè)備，將巖石剪切擠壓破碎，然后通過配套的運(yùn)輸設(shè)備將碎石運(yùn)出。掘進(jìn)機(jī)法可分為全斷面掘進(jìn)機(jī)的開挖施工、獨(dú)臂鉆的開挖施工、天井鉆的開挖施工、帶盾構(gòu)的掘進(jìn)法等。

2.4 盾構(gòu)法

盾構(gòu)法是暗挖法施工中的一種全機(jī)械化施工方法，它是將盾構(gòu)機(jī)械在地中推進(jìn)，通過盾構(gòu)外殼和管片支承四周圍巖防止發(fā)生往隧道內(nèi)的坍塌，同時在開挖面前方用切削裝置進(jìn)行土體開挖，通過出土機(jī)械運(yùn)出洞外，靠千斤頂在后部加壓頂進(jìn)，并拼裝預(yù)制混凝土管片，形成隧道結(jié)構(gòu)的一種機(jī)械化施工方法。采用盾構(gòu)法施工時首先要在置放盾構(gòu)機(jī)的地方打一個垂直井，再用混泥土墻進(jìn)行加固；然后將盾構(gòu)機(jī)安裝到井底，并裝配相應(yīng)的千斤頂；利用千斤頂之力驅(qū)動井底部的盾構(gòu)機(jī)往水平方向前進(jìn)，形成隧道；將開挖好的隧道邊墻用事先制作好的混泥土襯砌加固，地壓較高時可以采用澆鑄的鋼制襯砌加固來代替混泥土襯砌。

盾構(gòu)法的主要優(yōu)點(diǎn)包括除豎井施工外，施工作業(yè)均在地下進(jìn)行，既不影響地面交通，又可減少對附近居民的噪聲和振動影響；盾構(gòu)推進(jìn)、出土、拼裝襯砌等主要工序循環(huán)進(jìn)行，施T易于管理，施工人員也比較少；土方量少；穿越河道時不影響航運(yùn)；施工不受風(fēng)雨等氣候條件的影響；在地質(zhì)條件差、地下水位高的地方建設(shè)埋深較大的隧道，盾構(gòu)法有較高的技術(shù)經(jīng)濟(jì)優(yōu)越性。 不足之處在于：斷面尺寸多變的區(qū)段適應(yīng)能力差； 新型盾構(gòu)購置費(fèi)昂貴，對施工區(qū)段短的工程不太經(jīng)濟(jì)。

3.結(jié)語

近年來，隨著我國經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，交通運(yùn)輸事業(yè)也進(jìn)入了一個快速發(fā)展的階段。隨著公路建設(shè)規(guī)模的不斷增加，在各類地區(qū)修建各種隧道的數(shù)量也越來越多。隧道施工工藝的選擇要結(jié)合實際的施工條件、場地情況。在目前常見的施工工藝中，暗挖法是應(yīng)用最為廣泛的一種施工工藝。相信隨著我國運(yùn)輸事業(yè)的不斷發(fā)展，道路建設(shè)投資將不斷加大，暗挖法的隧道施工工藝將會得到進(jìn)一步的發(fā)展和完善。