淺談城市地下空間建設(shè)技術(shù)

張洪圖

【摘 要】隨著城市快速發(fā)展，城市人口的不斷增加，城市交通擁堵、環(huán)境惡化、資源不能滿(mǎn)足需要，城市用地逐漸減少，開(kāi)發(fā)的地表空間日益銳減等。過(guò)度開(kāi)發(fā)資源使得矛盾尖銳，帶來(lái)環(huán)境污染、能源緊張、交通擁擠和水資源短缺等問(wèn)題，人類(lèi)將目光投向地下空間。國(guó)際有學(xué)者預(yù)測(cè)21世紀(jì)是全球開(kāi)發(fā)利用地下空間的世紀(jì)，人類(lèi)越來(lái)越多的活動(dòng)將會(huì)轉(zhuǎn)入地下。地下空間利用成為世界發(fā)展趨勢(shì)。近年來(lái)，我國(guó)重視地下空間的開(kāi)發(fā)利用，一些大城市已經(jīng)或正準(zhǔn)備綜合開(kāi)發(fā)利用地下空間。

【關(guān)鍵詞】地下空間；建設(shè)

1.城市地下空間開(kāi)發(fā)利用的必要性

1.1城市人口壓力使開(kāi)發(fā)利用地下空間開(kāi)發(fā)利用顯得尤為必要。我國(guó)城市面臨人口劇增的壓力，人均占地指標(biāo)低下。必須把對(duì)地面環(huán)境有影響、占地面空間大的功能性場(chǎng)所轉(zhuǎn)入地下，給地面騰出充足的空間留給人們的生活。另外，地下空間由于周?chē)蓭r土介質(zhì)“包圍”，具有較強(qiáng)的隱蔽性、隔離性、防災(zāi)和抗震性等特點(diǎn)。具有平戰(zhàn)結(jié)合的民防工程功能，是建設(shè)和開(kāi)發(fā)的重要內(nèi)容，具有國(guó)防和戰(zhàn)略長(zhǎng)遠(yuǎn)意義。

1.2土地資源的短缺使開(kāi)發(fā)利用地下空間開(kāi)發(fā)利用顯得尤為必要。我國(guó)城市建設(shè)加快，城市土地逐日縮減，市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)條件下，土地開(kāi)發(fā)成本越來(lái)越高。征地、拆遷、就業(yè)安置問(wèn)題也越來(lái)越嚴(yán)重，其中，經(jīng)濟(jì)成本最為嚴(yán)重的問(wèn)題。據(jù)調(diào)查，地下空間開(kāi)發(fā)建設(shè)的土建成本是地面建筑的2至3倍?，F(xiàn)代城市的發(fā)展必須實(shí)現(xiàn)“立體化”模式，也就是要求地上和地下同步開(kāi)發(fā)。合理開(kāi)發(fā)地下空間資源，提升城市現(xiàn)代化水平?？v觀發(fā)達(dá)國(guó)家的發(fā)展歷史表明：當(dāng)城市人均GDP達(dá)到500美元基本具備開(kāi)發(fā)利用地下空間的條件與實(shí)力，若為1000～2000美元?jiǎng)t達(dá)到了規(guī)模開(kāi)發(fā)利用的條件和實(shí)力。近年來(lái)，我國(guó)在大城市的CBD中心區(qū)進(jìn)行建筑和規(guī)劃時(shí)，都充分的利用了地下空間，將停車(chē)場(chǎng)、倉(cāng)庫(kù)、設(shè)備用房等設(shè)施設(shè)在底下，最大地利用了空間資源，建設(shè)成本大大降低。

1.3城市交通壓力使開(kāi)發(fā)利用地下空間開(kāi)發(fā)利用顯得尤為必要。我國(guó)城市車(chē)輛保有量占據(jù)世界前列，交通擁堵、停車(chē)難等問(wèn)題顯著。城市開(kāi)發(fā)地下空間關(guān)鍵是解決交通問(wèn)題。交通問(wèn)題嚴(yán)重影響著城市的發(fā)展效率、出行安全、環(huán)境條件，直接制約著城市的可持續(xù)發(fā)展。國(guó)外成熟經(jīng)驗(yàn)啟示：百萬(wàn)人口的大城市解決通勤交通問(wèn)題的最有效方式是大力發(fā)展軌道交通。目前，大多城市以發(fā)展公共交通為主要運(yùn)輸方式，隨著交通擁堵情況上演劇烈，公交系統(tǒng)效率低下，準(zhǔn)點(diǎn)率下降。為推進(jìn)城市發(fā)展速度，提高城市現(xiàn)代化程度。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)已有四十多個(gè)城市在規(guī)劃、建設(shè)地鐵、城市隧道公路及軌道交通。在城市中心區(qū)開(kāi)發(fā)和建設(shè)地鐵、隧道公路就是開(kāi)發(fā)利用地下空間資源的很好體現(xiàn)，具有重要的推進(jìn)和擴(kuò)散效應(yīng)。

1.4完善城市功能的需要也使開(kāi)發(fā)利用地下空間開(kāi)發(fā)利用顯得尤為必要。城市功能主要表現(xiàn)在交通、商業(yè)活動(dòng)、各種配套功能。隨著城市不斷發(fā)展變化，商業(yè)活動(dòng)、休閑娛樂(lè)活動(dòng)、文化、體育等活動(dòng)不斷豐富著人們的生活。修建地下停車(chē)場(chǎng)完善停車(chē)功能，發(fā)展“地面立體化”或者“地下多層化”模式，大大節(jié)約地面停車(chē)成本。在城市中心一些商場(chǎng)、KTV、酒吧、超市等建立在地下，合理開(kāi)發(fā)地下空間資源，既滿(mǎn)足了地面的交通運(yùn)行，又給商業(yè)活動(dòng)帶來(lái)了商機(jī)。被譽(yù)為“城市生命線”的地下綜合管道，以前是埋設(shè)在路面以下，任一條管線（道）出現(xiàn)故障就得開(kāi)挖路面，影響交通和人們?nèi)粘３鲂?，?duì)地下空間的利用率比較低。如今，在很多大城市逐步發(fā)展成綜合管線（道）集成化鋪設(shè)在地下開(kāi)發(fā)的綜合管溝里。不僅管線（道）安全性提高了，而且預(yù)留量也增大了，方便新管線（道）的鋪設(shè)，完善了城市功能。

2. 城市地下空間施工技術(shù)

目前城市地下空間的開(kāi)發(fā)和建設(shè)主要設(shè)施分為：交通隧道工程（地下鐵路隧道、公路隧道、城市地鐵、城市穿河（江）隧道、地下通道等）；地下民用與公共建筑（地下商場(chǎng)、地鐵換乘站、體育館、影劇院、娛樂(lè)場(chǎng)所等）；人防工程（防空地下室、救護(hù)站等及平、戰(zhàn)結(jié)合地下街等）；我國(guó)城市地下空間工程施工技術(shù)主要有4種，包括：明挖施工法、蓋挖施工法、地下連續(xù)墻施工法、盾構(gòu)施工法。

2.1明挖施工法

明挖法是指從巖土體表面，由上向下開(kāi)挖土石方至設(shè)計(jì)標(biāo)高后，自基底自下而上順作法施工，完成結(jié)構(gòu)體主體結(jié)構(gòu)施工，最后回填基坑或恢復(fù)地面的施工方法，是目前各國(guó)城市地下鐵道、廣場(chǎng)、路下商場(chǎng)施工的首選方法，在地面交通和埋置范圍內(nèi)地下障礙物較多的地方通常采用明挖法施工。其優(yōu)點(diǎn)是施工技術(shù)簡(jiǎn)單，對(duì)施工機(jī)械要求簡(jiǎn)單、施工速度快捷、施工投資易控制、安全、遇到障礙物易處理，其缺點(diǎn)是對(duì)周?chē)h(huán)境的影響較大，如阻斷交通時(shí)間較長(zhǎng)，噪聲與震動(dòng)等對(duì)環(huán)境的影響。明挖法的關(guān)鍵施工技術(shù)工序是：降低地下水位，邊坡支護(hù)，土方開(kāi)挖，結(jié)構(gòu)施工及防水工程、回填等。

2.2蓋挖施工法

蓋挖法是指由地面向下開(kāi)挖至一定深度后，將頂部施工封閉，其余下部工程在封閉的頂蓋狀態(tài)下進(jìn)行施工。主體結(jié)構(gòu)由上而下分階段施工，也叫逆作法施工；主體結(jié)構(gòu)右下而上施工，叫順作法施工?？芍^實(shí)現(xiàn)了“上方暢行，下方施工”。蓋挖法優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)水平位移小，安全系數(shù)高，對(duì)地面交通和行人影響較?。粚?duì)周?chē)h(huán)境（氣候、空氣、噪音等）影響較?。还?jié)約成本和工期。在城市繁忙路段新建地鐵站，當(dāng)?shù)叵鹿こ堂髯鰰r(shí)需要穿越公路、建筑等障礙物，而又不能中斷交通時(shí)，可選用蓋挖法。例如我國(guó)深圳地鐵一期工程華強(qiáng)路站、上海7號(hào)線肇嘉浜路站等項(xiàng)目建設(shè)都應(yīng)用了該挖施工方法。

2.3地下連續(xù)墻施工法

地下連續(xù)墻就是用專(zhuān)用設(shè)備沿著深基礎(chǔ)或地下構(gòu)筑周邊采用泥漿護(hù)壁開(kāi)挖出一條具有一定寬度與深度的溝槽，在槽內(nèi)設(shè)置鋼筋籠，采用導(dǎo)管法在泥漿中澆筑混凝土，筑成一單元墻段，依次順序施工，以某種接頭方法連接成的一道連續(xù)的地下鋼筋混凝土墻，以便基坑開(kāi)挖時(shí)防滲、擋土，作為鄰近建筑物基礎(chǔ)的支護(hù)以及直接成為承受直接荷載的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的一部分。施工主要工藝為導(dǎo)墻、泥漿護(hù)壁、成槽施工、水下灌注混凝土、墻段接頭處理等。地下連續(xù)墻優(yōu)點(diǎn)：占地少；地下墻體結(jié)構(gòu)施工震動(dòng)小、噪聲低，墻體剛度大，防滲性能好，對(duì)周?chē)鼗鶡o(wú)擾動(dòng)，可以組成具有很大承載力的任意多邊形連續(xù)墻體代替樁基礎(chǔ)、沉井基礎(chǔ)或沉箱等基礎(chǔ)。對(duì)巖體地質(zhì)環(huán)境的適應(yīng)范圍很廣，在軟弱的沖積層、中硬地層、密實(shí)的砂礫層以及巖石的地基中都可施工。初期用于壩體防滲，水庫(kù)地下截流，后發(fā)展為擋土墻，地下結(jié)構(gòu)的一部分或全部。在高層建筑、電站建筑深基坑、地下停車(chē)場(chǎng)、地下街、地下商場(chǎng)、地鐵站、地下倉(cāng)庫(kù)、礦井等均被得到廣泛應(yīng)用。如：上海地鐵明珠線二期地鐵西藏南路站基坑施工、浙江凱喜雅大廈基坑工程等

2.4盾構(gòu)施工法

盾構(gòu)法是城市地下隧道施工的主要手段，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(guò)盾構(gòu)外殼和管片支承四周?chē)鷰r防止發(fā)生往隧道內(nèi)的坍塌，同時(shí)在開(kāi)挖面前方用切削裝置進(jìn)行土體開(kāi)挖，通過(guò)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。盾構(gòu)法施工得到廣泛使用，因其具有明顯的優(yōu)越性：在盾構(gòu)的掩護(hù)下進(jìn)行開(kāi)挖和襯砌作業(yè)，有足夠的施工安全性；地下施工不影響地面交通，在河底下施工不影響河道通航；施工操作不受氣候條件的影響；產(chǎn)生的振動(dòng)、噪聲等環(huán)境危害較小。在城市短隧道施工中不宜采用；對(duì)地質(zhì)條件要求比較嚴(yán)格；在我國(guó)天津地鐵一號(hào)線、南京地鐵一號(hào)線穿越秦淮河底等項(xiàng)目建設(shè)中得到廣泛應(yīng)用。

3.結(jié)語(yǔ)

城市地下空間可為人類(lèi)生存開(kāi)拓廣闊空間，它有良好的安全穩(wěn)定性、恒溫恒濕性，社會(huì)經(jīng)濟(jì)環(huán)境多方面綜合效益好，有抗災(zāi)防護(hù)性能。某種意義上講，地下空間必然是人類(lèi)利用的資源，許多國(guó)家已利用該資源，日本、歐美國(guó)家走在前列，而我國(guó)在地下空間利用正處于上升階段，在我國(guó)有許多應(yīng)用。我國(guó)將來(lái)的地下空間利用不僅僅是地鐵、隧道、地下車(chē)庫(kù)、地下廣場(chǎng)等幾種式，還包括地下街、市政隧道、地下存儲(chǔ)設(shè)施、地下垃圾站房、地下變電站、以及大型綠地、居住區(qū)等地下空間的開(kāi)發(fā)利用形式。因此，作為一名巖土工程師學(xué)習(xí)掌握城市地下空間建設(shè)新技術(shù)也是十分必要。endprint