隧道與地下工程施工技術與管理

2022-08-30 02:15:05 字數 3870 閱讀 9661

——土木工程施工**

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摘要:簡要介紹我國現行的隧道及地鐵的施工工藝,並簡介我國自行研究開發的地下結構工程的施工的新型工藝技術。展望我國未來的地下結構建築發展方向並提出施工技術方面的需求和注意。

關鍵詞:隧道;地下建築;施工技術

一、簡介

隨著科學技術和經濟的發展,在地上建築高度比拼的同時,地下空間的開發也成了建築師們鍾愛的方向。近年來我國一批大型基礎設施建設工程的落成為地下工程的設計施工提供了大量實驗基礎和施工經驗,如青藏鐵路的開工建設和順利實施,為解決高原凍土區地下工程的施工提供了良好的試驗基礎;同時,城市地鐵工程的建設也對解決複雜城市地質環境條件下地下工程施工提出了新的挑戰;而大型橋梁、跨江隧道和海上設施的建設使水下的地下工程施工面臨更高的技術要求。一系列大型基礎設施的建設並完工極大地促進了地下工程施工技術水平,及時總結和完善這些地下工程施工新工藝和其他技術成果將為今後的地下工程施工提供良好的技術支援和保證,對推動我國地下工程的施工帶來巨大的促進作用。

二、施工方法

我國現行的地下隧道的施工方法主要以下幾種:

(1)、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「錨噴構築法」。 採用該方法修建地下隧道時,對地面干擾小,工程投資也相對較小,已經積累了比較成熟的施工經驗,工程質量也可以得到較好的保證。使用此方法進行施工時,對於岩石地層,可採用分步或全斷面一次開挖,錨噴支護和錨噴支護復合襯砌,必要時可做二次襯砌;對於土質地層,一般需對地層進行加固後再開挖支護、襯砌,在有地下水的條件下必須降水後方可施工。

新奧法廣泛應用於山嶺隧道、城市地鐵、地下貯庫、地下廠房、礦山巷道等地下工程,是我國目前礦石隧道施工的主要施工方法。

當前,世界範圍內應用新奧法設計與施工城市地鐵工程取得了相當大的發展。智利的聖地牙哥新地鐵線採用新奧法施工地鐵車站,車站位於城市道路下7~9m, 開挖面積230m2,相當於17m(寬)×14m(高)。針對我國城市地下工程的特點和地質條件, 新奧法經過多年的完善與發展,又開發了「淺埋暗挖法」這一新方法,與明挖法、盾構法相比較,由於它可以避免明挖法對地表的干擾性,而又較盾構法具有對地層較強的適應性和高度靈活性,因此目前廣泛應用於城市地鐵區間隧道、車站、地下過街道、地下停車場等工程,如根據新奧法的基本原理,採用「群洞」方案修建的廣州地鐵二號線越秀公園站及南京地鐵一期工程南京火車站站,斷面複雜多變的折返線工程、聯絡線工程也多採用新奧法。

在我國利用新奧法原理修建地鐵已成為一種主要施工方法,尤其在施工場地受限制、地層條件複雜多變、地下工程結構形式複雜等情況下用新奧法施工尤為重要。

(2)、盾構法

我國應用盾構法修建隧道始於20世紀50~60年代的上海。最初是用於修建城市地下排水隧道,採用的是比較老式的盾構機(如網格式、壓氣式、插板式等),80年代末、90年代初開始採用土壓式、泥水式等現代盾構修築地鐵區間隧道。盾構法具有安全、可靠、快速、環保等優點。

目前,該方法已經在我國的地 、鐵建設中得到了迅速的發展,也是我國目前城市隧道施工的主要施工方法。

隨著盾構法研究的深入、工程應用的增多,盾構法施工技術以及盾構機修造配套技術也得到了發展提高:上海地鐵隧道基本全部採用盾構法修建,除區間單圓盾構外,還使用雙圓盾構一次施工兩條平行的區間隧道,此外還試驗採用了方形斷面盾構修建地下通道;採用直徑 11.2m的泥水盾構建成了大連路越江道路隧道,這也是目前我國最大直徑的盾構機。

廣州地鐵採用具有土壓平衡、氣壓平衡和半土壓平衡模式的新型複合式盾構機成功應用於既有軟土、又有堅硬岩石以及斷裂破碎帶的複雜地層的地鐵區間隧道修築,大大拓展了盾構法的應用範圍。深圳、南京、北京、天津等城市雖然地質、水文條件各不相同,但採用盾構法修建區間隧道均取得了成功。

除了上述幾點外,我國盾構技術的進步還表現在以下4個方面:①掌握了盾構機的選型和配套技術,與外國合作設計生產盾構機,配套施工裝置包括管片模具完全能夠自行設計製造;②掌握了盾構隧道的設計和結構計算技術以及防水技術;③掌握了盾構掘進控制技術,如盾構掘進引數選擇控制、碴土和壓力管理、地表沉降控制、盾構機姿態和隧道軸線控制、管片防裂、同步注漿等,實現了資訊化施工,可以確保盾構施工的安全、優質、高效和環保;④掌握了不同地質條件和複雜環境條件下的施工及相關的施工技術。但同時我們也應看到自己的不足。

(3)、淺埋暗挖法

經新奧法多年施工總結發展而成的淺埋暗挖法又稱礦山法,起源於2023年北京地鐵復興門折返線工程,是國人自創的適合中國國情的一種隧道修建方法。該法是在借鑑新奧法的理論基礎上,針對中國的具體工程條件開發出來的一整套完善的地鐵隧道修建理論和操作方法。與新奧法的不同之處在於,它是適合於城市地區鬆散土介質圍岩條件下,隧道埋深小於或等於隧道直徑,以很小的地表沉降修築隧道的技術方法。

它的突出優勢在於不影響城市交通,無汙染、無雜訊,而且適合於各種尺寸與斷面形式的隧道洞室。它是一項邊開挖邊澆注的施工技術。其原理是:

利用土層在開挖過程中短時間的自穩能力,採取適當的支護措施,使圍岩或土層表面形成密貼型薄壁支護結構的不開槽施工方法,主要適用於粘性土層、砂層、砂卵層等地質。由於淺埋暗挖法省去了許多報批、拆遷、掘路等程式,現被施工單位普遍採納。

淺埋暗挖法的核心技術被概括為 18字方針:管超前、嚴注漿、短開挖、強支護、快封閉、勤量測。其主要的技術特點為:

動態設計、動態施工的資訊化施工方法,建立了一整套變位、應力監測系統;強調小導管超前支護在穩定工作面中的作用;研究、創新了劈裂注漿方法加固地層;發展了複合式襯砌技術,並開創性地設計應用了鋼筋網構拱架支護。

由於該工法在有水條件的地層中可廣泛運用,加之國內豐富的勞動力資源,在北京、廣州、深圳、南京等地的地鐵區間隧道修建中得到推廣,已成功建成許多各具特點的地鐵區間隧道,而且在大跨度車站的修築中有相當的應用。此外,該方法也廣泛應用於地落車庫、過街行人路和城市道路隧道等工程的修築。

(4)、鑽爆法

我國地域廣大、地質型別多樣,重慶、青島等城市處於堅硬岩石地層中,廣州地鐵也有部分區段處於堅硬岩石地層中,這種地質條件下修建地鐵通常採用鑽爆法開挖、噴錨支護。

鑽爆法施工的全過程可以概括為:鑽爆、裝運出碴,噴錨支護,灌注襯砌,再輔以通風、排水、供電等措施。在通過不良地質地段時,常採用注漿、鋼架、管棚等一系列初期支護手段。

根據隧道工程地質水文條件和斷面尺寸,鑽爆法隧道開挖可採用各種不同的開挖方法,例如:上導坑先拱後牆法、下導坑先牆後拱法、正台階法、反台階法、全斷面開挖法、半斷面開挖法、側壁導坑法、cd法、crd法等。對於爆破,有光面爆破、預裂爆破等技術。

對於隧道初期支護,有錨桿、噴混凝土、掛網、鋼拱架、管棚等支護方法。及時的測量和資訊反饋常用來監測施工安全並驗證岩石支護措施是否合理。防水基本採用截、堵、排等幾種方法,其中在噴射混凝土內表面張掛聚乙烯或聚氯乙烯板,然後再灌注二次混凝土襯砌被認為是一種效果良好的防滲漏措施。

同時,經多年的施工總結和發展,我國也研究開發出一批自己的地下施工新技術,包括在青藏鐵路建設中大量運用的多年凍土區鑽孔灌注樁施工工藝、地鐵施工中的樁基託換技術、過江隧道施工中的水平凍結法、地鐵車站三拱兩柱結構暗挖中洞施工工藝、海上基礎工程施工工藝等。

三、發展方向

我國已有近40年的地下空間開發修建史,尤其是今年來的各種地下空間的開發利用更加豐富了我國在包括地鐵、隧道、地下**等地下空間部分的規劃、設計、施工管理與防災救治裝置維修等技術豐富和管理制度。由於我國地域廣大、地質情況複雜多樣,地下部分的開發利用也必然存在著極大的難度。就目前看來,我國已有的技術手段可以應付除西部和東北地區以外的大部分城市的地下建設需求。

為了使我國的地下建築開發日趨完備,更快的完成經濟、適用、安全等要求,我們仍需努力。

1、盡早統一地下建築的設計、施工規範,以保證其有法可依。

2、組織力量對地下建築施工技術及裝置進行研究開發,尋找更為經濟環保的施工工藝。

3、加大地下建築防水材料、工藝及裝置的研究力度。目前我國地下建築的防水問題仍是一大空白,地下部分建築的防水因其地理位置的特殊性,常用的工程防水技術難以滿足防水要求或者後期維修複雜繁瑣。故對地下防水新型防水材料和防水工藝的開發利用是刻不容緩的。

4、強化環保意識。目前我國的地下建築,特別是地鐵的施工還多採用明挖法,給道路交通以及城市環境帶來了很大的損害。故應加大施工工藝的研究力度並出台相應的規範,以期最大限度的減少地下建築施工帶來的環境汙染。

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