地下工程的施工管理技術探析

摘要：隨著城市化進程的加快，城市建設快速，城市規(guī)模不斷擴大，城市人口急劇膨脹，許多城市都不同程度地出現(xiàn)了建筑用地緊張、生存空間擁擠、阻塞、基礎設施落后、生態(tài)失衡、環(huán)境惡化等城市病，給人們居住生活帶來很大影響，也制約城市與社會的進一步發(fā)展，成為我國城市可持續(xù)發(fā)展的障礙。在這樣的背景下，我國城市地下空間發(fā)展由九十年代前的人防工程建設轉(zhuǎn)變到九十年代以“城市可持續(xù)發(fā)展”為目標的地下空間開發(fā)利用的發(fā)展戰(zhàn)略上來。這時，地下工程的建設顯得尤為重要，本文通過對地下工程的施工技術方法的簡要論述，揭示了未來我國的地下工程的發(fā)展前景，以及未來的施工工藝。
關鍵詞：地下 工程 施工 展望
        0 引言
        在我國隨著我國城市化進程的不斷發(fā)展、進步，人民的物質(zhì)生活水平的不斷提高，城市出現(xiàn)了用房擁擠的情況，開發(fā)地下工程已成為城市發(fā)展壯大的必然，也是一個城市發(fā)展的亮點。
        苔羅阿尼先生認為:所謂地下工程是指在開挖深度不到6ｍ時，單憑經(jīng)驗施工也不會遭到失敗，即使地基土質(zhì)略差，用一般方法也能安全施工。在設計中過分保守是不經(jīng)濟的。另外，如果深度大于6ｍ，需要涉及到土力學方面的一些問題。根據(jù)一些專家的建議，處理開挖時擋土墻周圍地基的穩(wěn)定問題，一般采用穩(wěn)定系數(shù)Ｎｓ=γｔ.Ｈ/Ｃｕ，對Ｎｓ≤4為淺開挖，Ｎｓ≥7為深開挖，其中γｔ是濕土單位體積的重量(ｔ/ｍ3)，Ｈ為開挖深度(ｍ)，Ｃｕ是土的不固結(jié)不排水剪切強度ｔ/ｍ2。
        1 地下工程的關鍵技術
        我國在地下空間開發(fā)過程中，發(fā)展了非常成熟的地下工程技術，其中具有代表性的是下列三項技術。
        1.1 明挖技術（基坑技術） 隨著我國地下空間的發(fā)展，地下工程建設項目的數(shù)量和規(guī)模也迅速增大，產(chǎn)生了大量的深基坑工程，并形成了種類齊全的多種基坑圍護開挖技術。從支撐技術上形成并發(fā)展了重力式、支撐式、土錨式、土釘式等多種技術，從圍護工法上形成并發(fā)展了簡易圍護墻法、木板樁法、鋼板樁法、鋼管樁法、灌注樁法、地下連續(xù)墻法、逆作法（又叫蓋挖法）等多種工法。基坑工程的設計理論、方法也得到不斷改進，基坑工程的設計規(guī)范也有一定的發(fā)展。
        九十年代以來，基坑工程規(guī)模不斷加大，深度不斷加深，與建筑物等已有設施距離越來越近，推動了深基坑工程的設計向更高水平邁進，使我國基坑工程的設計施工進入環(huán)境設計階段，促進了時空效應基坑工法的生產(chǎn)與應用，并達到國際領先水平。
        該方法考慮時空效應，地利用土體自身的控制地層位移的潛力，以解決軟土深基坑穩(wěn)定和變形問題。這種方法的主要特點是設計與施工密切結(jié)合。在設計中，設計參數(shù)（如被動區(qū)水平抗力系數(shù)K）的取值從現(xiàn)場反應來確定；施工中，開挖與支撐的施工工序基本是按分塊、分層、分步、對稱、平衡的原則制定，并以科學的施工工藝，有效地控制基坑的變形。
        1.2 暗挖技術（以隧道設計施工技術為代表） 在我國，大量的線形地下空間均是以暗挖法形成的。其中兩項關鍵技術，適于軟土（巖）地區(qū)的盾構(gòu)法與適于硬土（巖）地區(qū)的新奧法（及礦山法）在我國均有較大的應用與發(fā)展。
        1.2.1 盾構(gòu)法 我國自六十年代研究開發(fā)盾構(gòu)技術以來，已成功地采用盾構(gòu)施工技術修建了幾十條車行和水工隧道，盾構(gòu)機械裝備從早先的機械式盾構(gòu)、網(wǎng)格擠壓式盾構(gòu)，在引進和消化國外技術的基礎上，發(fā)展到今天的上壓平衡盾構(gòu)（EPB）、泥水加壓式平衡盾構(gòu)。隧道襯砌設計及計算機理論大致經(jīng)歷了起步階段（主要是借鑒國外的設計原理進行剛性襯砌設計）、柔性襯砌階段和目前正在進行的以地層移動理論研究為主的階段，其集中在對隧道的縱向變形及隧道縱橫向內(nèi)力、變形的影響問題、襯砌厚度偏大問題、管片寬度偏小問題、縱向拼裝錯縫問題等方面的研究和開發(fā)。
        1.2.2 從礦山法到新奧法 我國在硬巖中開發(fā)地下空間取得舉世矚目的成就，擁有世界上最多的山嶺隧道。在近幾年的成昆鐵路、京九鐵路及秦嶺隧道建設與開發(fā)中，通過對國內(nèi)外各種設計施工的招投標及研發(fā)，使得我國的硬巖地下空間開發(fā)技術達到世界先進水平，形成設計理論先進、施工技術完備的硬巖中地下空間開發(fā)技術。從設計方法上，從巖體松散壓力控制設計的礦山法發(fā)展到巖體變形壓力控制設計的新奧法，并且利用各種計算機數(shù)值法，對巖體中的變形受力機理能夠進行比較準確的計算與預測。在施工技術上，由鉆孔爆破法發(fā)展到TBM機法，施工機械化程度越來越高，噴錨與混凝土支護技術得到極大進步，開挖斷面靈活多樣，同時其他輔助技術，如巖爆預測技術、開挖面前方巖性與地下水探測技術等都有巨大進步。         1.2.3 托換技術 我國城市的密集與空間的緊張，在地下空間開發(fā)利用中，遇到大量的設施沖突、空間交叉及文物和環(huán)境等需要保護的情況，由此促進了托換技術的。托換技術是解決對原有建筑的地基需要處理和基礎要加固的問題，和解決在原有建筑基礎下需要修建地下工程以及鄰近需要建造新工程而影響到原有建筑物的安全等問題的技術總稱。
        在我國大量的地下工程實踐中，發(fā)展了基礎擴大托換、坑式托換、預試樁托換、壓入樁托換、打入樁或灌注樁托換、樹根樁托換、錨桿靜壓樁托換、基礎加壓糾偏法托換、基礎減壓和加強剛度法托換、化學加固法托換、地下鐵道穿越托換和結(jié)構(gòu)物的遷移等門類齊全的多種托換技術，在城市建設和地下空間開發(fā)中發(fā)揮著不可替代的重大作用。
        2 地下空間開發(fā)利用展望
        隨著我國、技術水平發(fā)展、城市化水平的提高及城市可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的貫徹，開發(fā)利用城市地下空間越來越表現(xiàn)出巨大效益和潛力，我國城市地下空間開發(fā)利用必將向化、國際化、科學化的方向發(fā)展。具體說來，我國城市地下空間開發(fā)利用事業(yè)將出現(xiàn)下述幾個發(fā)展趨勢：
        2.1 綜合開發(fā)利用的趨勢。城市地下空間開發(fā)利用將不再是滿足某一單項功能，將立足于城市的整體建設與功能要求，是多項城市功能的整合共容，如滿足、商業(yè)、供給與環(huán)境等的大型綜合體。同時，也不再是一種空間形態(tài)的孤立，而是由點、線、面、體等多種形態(tài)的空間靈活組合貫通的有機的、豐富的空間整體。
        2.2 規(guī)劃與設計理論的發(fā)展。建立在城市可持續(xù)發(fā)展與城市三維立體發(fā)展的戰(zhàn)略思路上，將地下空間作為城市三維發(fā)展的一個維度，地下空間規(guī)劃與設計理論將會逐步充實完善，其將指導城市科學地向地下延伸。
        2.3 開發(fā)技術的發(fā)展。我國目前的地下空間開發(fā)的土木技術已接近或處于世界先進水平，但涉及到一些關鍵輔助設備等技術，如機具技術、機與電氣控制技術、自動化技術等等，與世界先進水平還有大的差距，會影響到地下空間開發(fā)的規(guī)模與成本，將來隨著對引進技術的消化吸收和加大研制開發(fā)的投入，將會逐步縮小這些差距。
        2.4 法規(guī)與管理維護越來越完善。不僅有完備的法規(guī)、政策及管理措施和先進的維護技術水平，還將形成一整套推動地下空間綜合開發(fā)利用的實體和管理部門。
        2.5 環(huán)境要求與環(huán)境控制將被更加重視，相應技術工藝日益成熟。無人的城市地下空間設施會更加安全、高效，有人的城市地下空間設施會更加舒適、美觀，地下空間內(nèi)環(huán)境中的造景、幻境及地面環(huán)境模擬等技術會大大發(fā)展。同時，將更多地從環(huán)境保護、城市景觀保護和文物保護的角度開發(fā)利用城市地下空間。
        2.6 新工藝與新材料不斷涌現(xiàn)。為了降低城市地下空間開發(fā)的成本與難度，并適應多種形態(tài)的地下空間的組合，滿足多種設施功能的交叉與共容，高效、經(jīng)濟的施工工藝將會不斷產(chǎn)生，尤其是機械挖掘技術與施工自動化技術會有較大進步。同時，新的建筑裝飾材料尤其是地下防水與環(huán)境改善的材料也會不斷涌現(xiàn)。

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