羅志堅(jiān)
中鐵十六局集團(tuán)有限公司北京軌道交通工程建設(shè)有限公司
地下工程中常用開挖方法
羅志堅(jiān)
中鐵十六局集團(tuán)有限公司北京軌道交通工程建設(shè)有限公司
隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和社會(huì)的進(jìn)步,城市化進(jìn)程也在不斷加快,大量人口紛紛涌向城市,隨之而來的就是人口激增、交通擁堵,住房緊缺等一系列問題,為了有效緩解用地面積緊張以及人口壓力,地下工程在眾多基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)中以其開發(fā)并有效利用地下資源的優(yōu)勢(shì)脫穎而出,并且進(jìn)入了蓬勃發(fā)展的階段。在現(xiàn)代城市建設(shè)中,地鐵、市政給排水以及隧道施工項(xiàng)目逐漸增多,地下工程建設(shè)項(xiàng)目正如火如荼的展開。本文主要針對(duì)地下工程建設(shè)中的幾種常見開挖方法進(jìn)行分析和探討,以供參考和借鑒。
地下工程;盾構(gòu)法;新奧法
現(xiàn)階段,隨著地下基礎(chǔ)設(shè)設(shè)施建設(shè)項(xiàng)目的逐漸增多,地下工程建設(shè)過程中所使用到的開挖方法也是多種多樣,那么在考慮多種影響因素的基礎(chǔ)上,如何能夠在在眾多的開挖方法中做出合理有效的選擇,就成為地下工程施工的重點(diǎn),下面我們就針對(duì)地下工程建設(shè)中常見的集中開挖方法進(jìn)行具體的研究
明挖法主要是指將隧道處的巖土通過開挖來達(dá)到整體挖除的目的,接著在其開挖處修建地下結(jié)構(gòu),采用回填的方法使其恢復(fù)原貌。明挖法主要分為以下幾種基本類型:一、先墻后拱法;二、先拱后墻法;三、墻拱交替法。明挖法主要優(yōu)點(diǎn)主要有:一、工序簡(jiǎn)便快捷;二、經(jīng)濟(jì)安全;三、施工作業(yè)面廣。相比于暗挖法,更加安全、高效,能夠確保施工質(zhì)量。然而明挖法在具體操作過程中,對(duì)居民的生活以及周圍環(huán)境將會(huì)造成較大的影響,具有很強(qiáng)的破壞力,因此在實(shí)際使用時(shí)也或多或少受到一些限制,具有一定的局限性。明挖法多被用于山嶺隧道中的明洞、城市里地下鐵道隧道以及一些淺埋的地下建筑工程施工中,具有較大的可修建空間?,F(xiàn)階段,明挖法在我國大面積深基坑降水以及邊坡支護(hù)等施工中都有了非常不錯(cuò)的進(jìn)步,在地下工程中的應(yīng)用范圍也越來越廣泛。
盾構(gòu)法也被稱之為掩護(hù)筒法,是現(xiàn)階段一種新型的頂涵施工方法,在沿用了出臺(tái)的頂涵施工以及橋涵結(jié)構(gòu)路測(cè)預(yù)制工藝的基礎(chǔ)上,徹底改革結(jié)構(gòu)頂涵支護(hù)方法,采用暗挖盾構(gòu)支護(hù)的方式,從而減少施工對(duì)行車所造成的不利因素。盾構(gòu)法經(jīng)過了多年的發(fā)展,其主要發(fā)展歷程:氣壓盾構(gòu)一泥水加壓盾構(gòu)一土壓平衡盾構(gòu)。盾構(gòu)法根據(jù)其不同方面劃分為多種類型,其常用的類型如圖1所示。盾構(gòu)的結(jié)構(gòu)主要有三部分:鋼殼、推進(jìn)機(jī)系統(tǒng)、襯砌拼裝系統(tǒng)。
盾構(gòu)法的主要優(yōu)點(diǎn)分別為:一、施工效率高;二、精準(zhǔn)性;三、噪音??;四、振動(dòng)小,對(duì)區(qū)域內(nèi)的建筑物產(chǎn)生的影響微乎其微。其主要缺點(diǎn):成本高、適應(yīng)性較差?,F(xiàn)階段,盾構(gòu)法的應(yīng)用范圍非常之廣,幾乎適用于各類不同條件下的施工,廣泛應(yīng)用于各大城市的不同地下基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)中,比如上海市政修建的隧道。
圖1 常用的類型
礦山法是通過采用開挖地下坑道來修建隧道的的方法,是經(jīng)過人們長(zhǎng)期在施工中經(jīng)驗(yàn)的積累而產(chǎn)生的一種傳統(tǒng)的施工方法,屬于暗挖法的一類。該方法作業(yè)的主要原理為:在進(jìn)行隧道開挖作業(yè)的過程中,由于巖體發(fā)生破裂變得較為松弛,隨時(shí)可能面臨坍塌的隱患,基于此,通過采用分步開挖的方式,來有效避免其對(duì)圍巖所造成的不利影響,同時(shí)邊挖邊撐來確保安全的狀態(tài)。在其施工的整個(gè)過程中將會(huì)耗費(fèi)大量的木料,且支撐繁瑣,由于工作面的限制,只能使用一些小型的器械裝置,耗時(shí)耗力,大大影響了施工的效率,具有一定的局限性,在噴錨支護(hù)出現(xiàn)后,其經(jīng)過一定的發(fā)展,逐漸衍生出新奧法。
礦山法根據(jù)襯砌施工順序分為兩大類:一、先拱后墻法;二、先墻后拱法。而先墻后拱法進(jìn)一步細(xì)分為四類:一、斗棚架法;二、臺(tái)階法;三、全斷面法;四、上下導(dǎo)坑先墻后拱法。礦山法屬于暗挖法種一種基本的方法,通常被用于一些線路埋深大、地勢(shì)良好的項(xiàng)目。礦山法的主要優(yōu)點(diǎn)是:一、施工工藝簡(jiǎn)潔;二、應(yīng)用靈活;三、造價(jià)合理等等,其主要缺點(diǎn)是:一、對(duì)周圍巖體的破壞性大;二、對(duì)地質(zhì)情況的可預(yù)見性較低;三、對(duì)于地質(zhì)勘查的要求較苛刻。礦山法也在很多隧道施工中有著較多的應(yīng)用,比如北京地鐵、廣州地鐵一號(hào)線等。
頂管法是將預(yù)先制造的管道根據(jù)設(shè)計(jì)要求分節(jié)運(yùn)用液壓千斤頂來支撐在后座墩上,在工作基坑內(nèi)使管道壓至土體中,接著在管內(nèi)將工作面內(nèi)泥土進(jìn)行開挖、運(yùn)輸所形成的暗挖式施工方法。
頂管法的主要特點(diǎn)是:一、對(duì)地面的影響??;二、設(shè)備簡(jiǎn)單、工序少;三、工期短;四、成本低;五、效率高。頂管的開挖方式分別為:一、機(jī)械開挖頂進(jìn);二、擠壓頂進(jìn);三、水力機(jī)械開挖;四、人工開挖頂進(jìn)。頂管法多適用于穿過建成建筑物的涵管、河流、湖泊等,我國浙江椒江工程就采用到這一施工方法。
相比于盾構(gòu)法施工,采用沉管法施工具有以下優(yōu)點(diǎn):一、有效提升隧道施工的質(zhì)量水平;二、成本低、經(jīng)濟(jì);三、施工周期短;四、具有良好的操作條件、安全方便;五、水深范圍大,局限性?。涣?、斷面的大小以及形狀的要求不高,且可用空間大。同時(shí)其也具有一點(diǎn)弊端:沉管階段將會(huì)對(duì)區(qū)域內(nèi)的船舶造成不利的影響,造成交通壓力。沉管法一般多用于水道河床穩(wěn)定和水流較緩的情況。沉管法距今為止,其演變和發(fā)展已經(jīng)有百年之久,并且在國內(nèi)外很多大型的的建設(shè)項(xiàng)目中有著非常普遍的應(yīng)用,比如2003年通車的外環(huán)隧道、荷蘭Drght隧道等。
新奧法縮稱NATM,其基本原理是:基于巖體力學(xué)的理論基礎(chǔ),借助圍巖本身的承載效能,運(yùn)用錨桿和噴射混凝土的支護(hù)方式來對(duì)已開挖后的圍巖進(jìn)行加固的目的,有效防止圍巖發(fā)生形變、塌陷,通過對(duì)圍巖和支護(hù)的測(cè)量以及監(jiān)控來進(jìn)行隧道的設(shè)計(jì)、施工。采用新奧法遵循的基本原則:一、保護(hù)圍巖,有效避免對(duì)圍巖造成的破壞;二、有效利用圍巖自身的承載效能;三、及時(shí)的將支護(hù)結(jié)構(gòu)閉合;四、加大監(jiān)測(cè)的力度,以監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)為依據(jù)進(jìn)行作業(yè)。
縱觀新奧法的發(fā)展歷程,早在20世紀(jì)60年代,我國便引入了這一方法,由于其高效、快捷、安全、經(jīng)濟(jì)等優(yōu)勢(shì)也得到越來越廣泛的研究和應(yīng)用。新奧法和礦山法兩者具有一些相似之處,但又存在本質(zhì)的區(qū)別,礦山法在地層中開挖勢(shì)必會(huì)引起巖石塌陷,坍塌的范圍隨著其斷面的增加而逐步擴(kuò)大,而新奧法則是就巖體力學(xué)的基礎(chǔ),有效利用圍巖本身的承載效能。因此,兩者有著明顯的區(qū)別。
總而言之,在地下工程施工建設(shè)中,由于地下的地質(zhì)條件復(fù)雜,并且較為特殊,這也為地下工程施工帶來了一定的難度,因此,在地下實(shí)際施工過程中,必須綜合考慮各方面的因素,比如地質(zhì)條件、器械設(shè)備、經(jīng)濟(jì)成本以及對(duì)周圍環(huán)境的影響等,靈活調(diào)整和選擇最佳的施工方法,同時(shí)還要不斷學(xué)習(xí)和借鑒國內(nèi)外一些先進(jìn)的技術(shù)經(jīng)驗(yàn),不斷引進(jìn)新技術(shù)、新工藝,全面提升地下工程施工的質(zhì)量,促進(jìn)地下工程項(xiàng)目的可持續(xù)發(fā)展。
[1]喬麗蘋,劉杰,李術(shù)才,王者超,姜彥彥,王子豪.地下工程開挖面空間效應(yīng)特征研究及應(yīng)用[J].巖土力學(xué),2014(S2):481~487.
[2]李洪濤.大型地下廠房施工程序及開挖方法研究[D].武漢大學(xué),2004.
[3]郭力,王劍波,陳新勝.我國地下工程中常用的開挖方法[J].西部探礦工程,2006(9):152~154.