地下工程施工方法與前景分析

【摘 要】 本文主要介紹了隧道及地下工程中常用的施工方法，分析了不同地下工程施工技術(shù)方法的特點(diǎn)，并對(duì)隧道及地下工程施工技術(shù)的發(fā)展前景進(jìn)行了探討。

【關(guān)鍵詞】 地下工程；施工技術(shù)；發(fā)展前景

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)快速發(fā)展，人們物質(zhì)生活水平得到較大幅度的上升，國(guó)家科技水平也取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步。近些年來(lái)，我國(guó)各地的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)力度空前強(qiáng)大，各種工程建設(shè)如高速鐵路、高速公路以及城市高層建筑和城市地鐵的快速發(fā)展，各種隧道、地下工程規(guī)模與難度越來(lái)越大，地下工程的施工環(huán)境與施工方法越來(lái)越復(fù)雜。隧道及地下工程類施工具有一些較為典型的特征，其受工程所在地段的水文地質(zhì)和工程地質(zhì)條件的限制較大，地下工程施工人員所面臨的工作環(huán)境較差、物質(zhì)條件艱苦且工作面較為狹窄，暗挖法施工的地下工程如果埋置較淺時(shí)容易引起路面或底面發(fā)生沉陷情況，地下工程開(kāi)挖產(chǎn)生大量的廢土、石頭須妥善轉(zhuǎn)移處理。地下工程的施工難度以及工程危險(xiǎn)性都較地面上部結(jié)構(gòu)的更大，需要人們加以重視。近年來(lái)我國(guó)地下工程尤其是地鐵施工出現(xiàn)了較多的安全事故，引起人們更加關(guān)注地下工程施工方法的安全性，以及由此帶來(lái)的技術(shù)革新。

一、地下工程常見(jiàn)施工方法

隨著近30年來(lái)工程建設(shè)的大力發(fā)展，我國(guó)在地下工程建設(shè)方面取得了豐富的經(jīng)驗(yàn)，目前已經(jīng)發(fā)展較多的成熟的施工技術(shù)，主要包括明挖法、沉井法、沉管法、頂管法、隧道扭進(jìn)機(jī)法、盾構(gòu)法、新奧法以及托換技術(shù)等，以下簡(jiǎn)略分析各種方法的特點(diǎn)。

（1）明挖法（基坑開(kāi)挖技術(shù)）。這種地下結(jié)構(gòu)的施工方法主要應(yīng)用于深基坑開(kāi)挖工程中。明挖法合理地利用土體對(duì)于地層位移的控制能力，結(jié)合時(shí)空效應(yīng)，進(jìn)而控制軟土地基深基坑的變形和穩(wěn)定性問(wèn)題。明挖法施工時(shí)需要充分結(jié)合施工現(xiàn)場(chǎng)的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)來(lái)確定相關(guān)的設(shè)計(jì)參數(shù)，才能選用更加合理的施工工藝來(lái)對(duì)深基坑的變形與穩(wěn)定進(jìn)行有效控制。

（2）沉井法。沉井法又稱沉箱鑿井法，在不穩(wěn)定含水地層掘進(jìn)豎井時(shí)，于設(shè)計(jì)的井筒位置上預(yù)先制作一段井筒，井筒下端有刃腳，借井筒自重或略施外力使之下沉，將井筒內(nèi)的巖石挖掘出的施工方法，挖掘與下沉交相進(jìn)行，直到穿過(guò)不穩(wěn)定地層。沉井法是一種較老的施工方法，但在現(xiàn)代地下工程中，得到了廣泛應(yīng)用。其優(yōu)點(diǎn)是：技術(shù)簡(jiǎn)單、無(wú)需特殊設(shè)備，挖土量及占地面積較小、造價(jià)低，沉井結(jié)構(gòu)又可作為地下構(gòu)筑物的圍護(hù)結(jié)構(gòu)、其內(nèi)部空間可得到充分利用。

（3）沉管法。沉管施工主要應(yīng)用于水下隧道建設(shè)項(xiàng)目，該方法就是將沉管隧道預(yù)制好后，浮運(yùn)至施工海面，分段沉放至已經(jīng)疏浚好的隧道基槽中，然后將每截沉管進(jìn)行連接。沉管隧道施工法一般適用于水道水流較為輕緩且河床穩(wěn)定的地段，這樣就便于基槽的開(kāi)挖和沉管的浮云與定位工作。對(duì)于水下隧道的施工，沉管施工法較盾構(gòu)法具有較大的優(yōu)勢(shì)。能更好地控制隧道的施工質(zhì)量，更好地實(shí)現(xiàn)接縫不漏水；工程總費(fèi)用更低；沉管隧道施工周期短；施工操作安全簡(jiǎn)便；隧道斷面更能隨意選擇等。

（4）頂管法。隧道或地下管道穿越鐵路、道路、河流或建筑物等各種障礙物時(shí)采用的一種暗挖式施工方法。在施工時(shí)，通過(guò)傳力頂鐵和導(dǎo)向軌道，用支承于基坑后座上的液壓千斤頂將管壓入土層中，同時(shí)挖除并運(yùn)走管正面的泥土。當(dāng)?shù)谝还?jié)管全部頂入土層后，接著將第二節(jié)管接在后面繼續(xù)頂進(jìn)，這樣將一節(jié)節(jié)管子頂入，做好接口，建成涵管。頂管法特別適于修建穿過(guò)已成建筑物、交通線下面的涵管或河流、湖泊。采用該法無(wú)需挖槽或在水下開(kāi)挖土方，并可避免為疏干和固結(jié)土體而采用降低水位等輔助措施，從而加快進(jìn)度、降低造價(jià)，并能克服在穿越江河湖海等無(wú)法降水的特殊環(huán)境下施工的困難。

（5）隧道扭進(jìn)機(jī)（TBM）施工技術(shù)。TBM施工技術(shù)是一種利用回轉(zhuǎn)刀具開(kāi)挖（同時(shí)破碎和掘進(jìn)）隧道的機(jī)械裝置。TBM施工方法具有施工速度快，對(duì)圍巖損傷少、噪聲少、安全等優(yōu)點(diǎn)，特別是在穩(wěn)定的圍巖中長(zhǎng)距離施工時(shí)，其優(yōu)勢(shì)尤為明顯。

（6）盾構(gòu)法。所謂盾構(gòu)法就是指的采用盾構(gòu)機(jī)進(jìn)行隧道開(kāi)挖，這種方法可以一邊進(jìn)行開(kāi)挖并控制圍巖穩(wěn)定性，一邊還可以將隧道開(kāi)挖掘進(jìn)產(chǎn)生的渣料運(yùn)出，在盾構(gòu)機(jī)內(nèi)可以拼接管片做成隧道襯砌并立即對(duì)隧道襯砌壁后進(jìn)行注漿，完成修筑隧道的施工方法。盾構(gòu)法施工具有較多的優(yōu)點(diǎn)，包括：機(jī)械作業(yè)、勞動(dòng)強(qiáng)度低進(jìn)度快；隧道形狀穩(wěn)定；對(duì)地面的影響?。粚?duì)地下水位影響下、不影響環(huán)境；襯砌方便經(jīng)濟(jì)、質(zhì)量好。同時(shí)盾構(gòu)機(jī)隧道施工也存在較多的缺點(diǎn)，如：盾構(gòu)機(jī)構(gòu)造復(fù)雜、組裝時(shí)間長(zhǎng)；施工工藝復(fù)雜，需要長(zhǎng)時(shí)間積累盾構(gòu)機(jī)的操作經(jīng)驗(yàn)；設(shè)備費(fèi)用高，適合長(zhǎng)距離隧道掘進(jìn)；盾構(gòu)掘進(jìn)時(shí)斷面變化費(fèi)用高。

二、我國(guó)地下工程施工方法發(fā)展前景

在未來(lái)的城市建設(shè)過(guò)程中，地下空間的利用將得到最大程度的提升，地下工程建設(shè)也將遇到更多的工程技術(shù)問(wèn)題。目前世界上較為先進(jìn)的地下工程施工技術(shù)方法在我國(guó)皆得到了廣泛的應(yīng)用，鑒于我國(guó)特殊的國(guó)情，我國(guó)地下工程施工方法的選擇還需要結(jié)合自身的特點(diǎn)，來(lái)發(fā)展具有中國(guó)特色的地下工程施工技術(shù)。明挖法施工中降水是為保證基坑的安全施工。近年來(lái)我國(guó)降水施工技術(shù)發(fā)展較快，但存在的問(wèn)題應(yīng)引起各方面的注意。其中因降水引起的對(duì)周?chē)h(huán)境的影響，引起地面沉降，如使附近建筑發(fā)生沉降、開(kāi)裂、甚至破壞的事故時(shí)有發(fā)生。邊坡支護(hù)的土釘支護(hù)技術(shù)將會(huì)有較大的發(fā)展，它實(shí)質(zhì)是錨噴施工技術(shù)在邊坡支護(hù)中的應(yīng)用。今后在城市工程的深基坑施工中，內(nèi)支撐的支護(hù)方法將逐漸增加。在其它國(guó)家，城市地鐵車(chē)站的修建過(guò)程中，較大比例地應(yīng)用了蓋挖法施工技術(shù)，這種方法可以通過(guò)合理的施工組織規(guī)劃而做到對(duì)城市交通沒(méi)有明顯的影響。我國(guó)有應(yīng)用蓋挖法施工的案例，結(jié)果體現(xiàn)了蓋挖法施工具有施工周期短，造價(jià)低的有點(diǎn)。在繁華市區(qū)，不中斷交通，減少對(duì)城市人民生活的干擾，采用暗挖法是可行的，特別在地下水較深、不需要降水的條件下，它具有靈活、安全的特點(diǎn)，有廣泛的應(yīng)用前景。結(jié)合國(guó)內(nèi)外已有的暗挖法施工技術(shù)，微氣壓和預(yù)切等暗挖法，有可能得到應(yīng)用。地層加固技術(shù)，特別是含水粉細(xì)砂地層的加固技術(shù)，這一世界難題應(yīng)得到重視和解決。蓋挖、暗挖法都有各自優(yōu)點(diǎn)，我國(guó)在采用這兩種方法后，不少單位都做了研究，準(zhǔn)備推出“修建大型地下空間的方法”專利技術(shù)，即所謂“樁、梁、拱”的方法，北京地鐵天安門(mén)西站就屬于這種方法。為加快施工速度，在不降低地下水位的條件下，采用盾構(gòu)法將有一定的發(fā)展前景。盾構(gòu)施工技術(shù)一次投資大，造價(jià)較高，但具有快速、安全、減少地面沉降的優(yōu)點(diǎn)。我國(guó)將隨著經(jīng)濟(jì)實(shí)力的增強(qiáng)而逐步發(fā)展盾構(gòu)技術(shù)。

我國(guó)地下工程施工技術(shù)方法在吸收國(guó)外先進(jìn)技術(shù)的同時(shí)，還考慮自身國(guó)情的基礎(chǔ)上進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新和改進(jìn)，通過(guò)自身的工程實(shí)踐發(fā)展適合我國(guó)國(guó)情的地下工程施工技術(shù)方法，并努力趕超國(guó)際先進(jìn)的地下工程施工方法。

三、結(jié)語(yǔ)

隨著我國(guó)城鎮(zhèn)化水平快速提高，城市建設(shè)力度加大，高速鐵路、高速公路以及城市地鐵的建設(shè)需求越來(lái)越大?？刂频叵鹿こ淌┕?duì)于地面結(jié)構(gòu)和周邊環(huán)境的影響，是地下工程施工時(shí)需要重點(diǎn)考慮的一個(gè)問(wèn)題，因此地下工程施工方法的選擇也需要綜合的考慮。

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