淺談地下工程的基礎(chǔ)技術(shù)

　　論文關(guān)鍵詞：地下 工程 施工 展望

　　論文摘要：隨著城市化進(jìn)程的加快，城市建設(shè)快速發(fā)展，城市規(guī)模不斷擴(kuò)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、交通阻塞、基礎(chǔ)設(shè)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(lái)很大影響，也制約城市經(jīng)濟(jì)與社會(huì)的進(jìn)一步發(fā)展，成為我國(guó)現(xiàn)代城市可持續(xù)發(fā)展的障礙。在這樣的背景下，我國(guó)城市地下空間發(fā)展由九十年代前的人防工程建設(shè)轉(zhuǎn)變到九十年代以“城市可持續(xù)發(fā)展”為目標(biāo)的地下空間開(kāi)發(fā)利用的發(fā)展戰(zhàn)略上來(lái)。這時(shí)，地下工程的建設(shè)顯得尤為重要，本文通過(guò)對(duì)地下工程的施工技術(shù)方法的簡(jiǎn)要論述，揭示了未來(lái)我國(guó)的地下工程的發(fā)展前景，以及未來(lái)的施工工藝。

　　引言

　　在我國(guó)隨著我國(guó)城市化進(jìn)程的不斷發(fā)展、進(jìn)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(kāi)發(fā)地下工程已成為城市發(fā)展壯大的必然，也是一個(gè)城市發(fā)展的亮點(diǎn)。苔羅阿尼先生認(rèn)為:所謂地下工程是指在開(kāi)挖深度不到6ｍ時(shí)，單憑經(jīng)驗(yàn)施工也不會(huì)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(shè)計(jì)中過(guò)分保守是不經(jīng)濟(jì)的。另外，如果深度大于6ｍ，需要涉及到土力學(xué)方面的一些問(wèn)題。根據(jù)一些專家的建議，處理開(kāi)挖時(shí)擋土墻周圍地基的穩(wěn)定問(wèn)題。

　　1地下工程的關(guān)鍵技術(shù)

　　我國(guó)在地下空間開(kāi)發(fā)過(guò)程中，發(fā)展了非常成熟的地下工程技術(shù)，其中具有代表性的是下列三項(xiàng)技術(shù)。

　　明挖技術(shù)（基坑技術(shù)）隨著我國(guó)地下空間的發(fā)展，地下工程建設(shè)項(xiàng)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(hù)開(kāi)挖技術(shù)。從支撐技術(shù)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(shù)，從圍護(hù)工法上形成并發(fā)展了簡(jiǎn)易圍護(hù)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�；�坑工程的設(shè)計(jì)理論、計(jì)算方法也得到不斷改進(jìn)，基坑工程的設(shè)計(jì)規(guī)范也有一定的發(fā)展。

　　九十年代以來(lái)，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(shè)施距離越來(lái)越近，推動(dòng)了深基坑工程的設(shè)計(jì)向更高水平邁進(jìn)，使我國(guó)基坑工程的設(shè)計(jì)施工進(jìn)入環(huán)境設(shè)計(jì)階段，促進(jìn)了時(shí)空效應(yīng)基坑工法的生產(chǎn)與應(yīng)用，并達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平。

　　該方法考慮時(shí)空效應(yīng)，科學(xué)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(wèn)題。這種方法的主要特點(diǎn)是設(shè)計(jì)與施工密切結(jié)合。在設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)參數(shù)（如被動(dòng)區(qū)水平抗力系數(shù)K）的取值從現(xiàn)場(chǎng)反應(yīng)來(lái)確定；施工中，開(kāi)挖與支撐的施工工序基本是按分塊、分層、分步、對(duì)稱、平衡的原則制定，并以科學(xué)的施工工藝，有效地控制基坑的變形。

　　暗挖技術(shù)（以隧道設(shè)計(jì)施工技術(shù)為代表）在我國(guó)，大量的線形地下空間均是以暗挖法形成的。其中兩項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，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(guó)均有較大的應(yīng)用與發(fā)展。

　　盾構(gòu)法我國(guó)自六十年代研究開(kāi)發(fā)盾構(gòu)技術(shù)以來(lái)，已成功地采用盾構(gòu)施工技術(shù)修建了幾十條車行和水工隧道，盾構(gòu)機(jī)械裝備從早先的機(jī)械式盾構(gòu)、網(wǎng)格擠壓式盾構(gòu)，在引進(jìn)和消化國(guó)外技術(shù)的基礎(chǔ)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(shè)計(jì)及計(jì)算機(jī)理論大致經(jīng)歷了起步階段（主要是借鑒國(guó)外的設(shè)計(jì)原理進(jìn)行剛性襯砌設(shè)計(jì)）、柔性襯砌階段和目前正在進(jìn)行的以地層移動(dòng)理論研究為主的階段，其集中在對(duì)隧道的縱向變形及隧道縱橫向內(nèi)力、變形的影響問(wèn)題、襯砌厚度偏大問(wèn)題、管片寬度偏小問(wèn)題、縱向拼裝錯(cuò)縫問(wèn)題等方面的研究和開(kāi)發(fā)。

　　從礦山法到新奧法我國(guó)在硬巖中開(kāi)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(shè)與開(kāi)發(fā)中，通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)外各種設(shè)計(jì)施工的招投標(biāo)及研發(fā)，使得我國(guó)的硬巖地下空間開(kāi)發(fā)技術(shù)達(dá)到世界先進(jìn)水平，形成設(shè)計(jì)理論先進(jìn)、施工技術(shù)完備的硬巖中地下空間開(kāi)發(fā)技術(shù)。從設(shè)計(jì)方法上，從巖體松散壓力控制設(shè)計(jì)的礦山法發(fā)展到巖體變形壓力控制設(shè)計(jì)的新奧法，并且利用各種計(jì)算機(jī)數(shù)值法，對(duì)巖體中的變形受力機(jī)理能夠進(jìn)行比較準(zhǔn)確的計(jì)算與預(yù)測(cè)。在施工技術(shù)上，由鉆孔爆破法發(fā)展到TBM機(jī)法，施工機(jī)械化程度越來(lái)越高，噴錨與混凝土支護(hù)技術(shù)得到極大進(jìn)步，開(kāi)挖斷面靈活多樣，同時(shí)其他輔助技術(shù)，如巖爆預(yù)測(cè)技術(shù)、開(kāi)挖面前方巖性與地下水探測(cè)技術(shù)等都有巨大進(jìn)步。

　　托換技術(shù) 我國(guó)城市的密集與空間的緊張，在地下空間開(kāi)發(fā)利用中，遇到大量的設(shè)施沖突、空間交叉及文物和環(huán)境等需要保護(hù)的情況，由此促進(jìn)了托換技術(shù)的發(fā)展。托換技術(shù)是解決對(duì)原有建筑的地基需要處理和基礎(chǔ)要加固的問(wèn)題，和解決在原有建筑基礎(chǔ)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(wèn)題的技術(shù)總稱。

　　在我國(guó)大量的地下工程實(shí)踐中，發(fā)展了基礎(chǔ)擴(kuò)大托換、坑式托換、預(yù)試樁托換、壓入樁托換、打入樁或灌注樁托換、樹(shù)根樁托換、錨桿靜壓樁托換、基礎(chǔ)加壓糾偏法托換、基礎(chǔ)減壓和加強(qiáng)剛度法托換、化學(xué)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(shù)，在城市建設(shè)和地下空間開(kāi)發(fā)中發(fā)揮著不可替代的重大作用。

　　2地下空間開(kāi)發(fā)利用展望

　　隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)、科學(xué)技術(shù)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(kāi)發(fā)利用城市地下空間越來(lái)越表現(xiàn)出巨大效益和潛力，我國(guó)城市地下空間開(kāi)發(fā)利用必將向現(xiàn)代化、國(guó)際化、科學(xué)化的方向發(fā)展。具體說(shuō)來(lái)，我國(guó)城市地下空間開(kāi)發(fā)利用事業(yè)將出現(xiàn)下述幾個(gè)發(fā)展趨勢(shì)：

　　綜合開(kāi)發(fā)利用的趨勢(shì)。城市地下空間開(kāi)發(fā)利用將不再是滿足某一單項(xiàng)功能，將立足于城市的整體建設(shè)與功能要求，是多項(xiàng)城市功能的整合共容，如滿足交通、商業(yè)、供給與環(huán)境等的大型綜合體。同時(shí)，也不再是一種空間形態(tài)的孤立，而是由點(diǎn)、線、面、體等多種形態(tài)的空間靈活組合貫通的有機(jī)的、豐富的空間整體。

　　規(guī)劃與設(shè)計(jì)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(gè)維度，地下空間規(guī)劃與設(shè)計(jì)理論將會(huì)逐步充實(shí)完善，其將指導(dǎo)城市科學(xué)地向地下延伸。

　　開(kāi)發(fā)技術(shù)的發(fā)展。我國(guó)目前的地下空間開(kāi)發(fā)的土木技術(shù)已接近或處于世界先進(jìn)水平，但涉及到一些關(guān)鍵輔助設(shè)備等技術(shù)，如機(jī)具技術(shù)、計(jì)算機(jī)與電氣控制技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)等等，與世界先進(jìn)水平還有大的差距，會(huì)影響到地下空間開(kāi)發(fā)的規(guī)模與成本，將來(lái)隨著對(duì)引進(jìn)技術(shù)的消化吸收和加大研制開(kāi)發(fā)的投入，將會(huì)逐步縮小這些差距。

　　法規(guī)與管理維護(hù)越來(lái)越完善。不僅有完備的法規(guī)、政策及管理措施和先進(jìn)的維護(hù)技術(shù)水平，還將形成一整套推動(dòng)地下空間綜合開(kāi)發(fā)利用的實(shí)體和管理部門。

　　環(huán)境要求與環(huán)境控制將被更加重視，相應(yīng)技術(shù)工藝日益成熟。無(wú)人的城市地下空間設(shè)施會(huì)更加安全、高效，有人的城市地下空間設(shè)施會(huì)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(shù)會(huì)大大發(fā)展。同時(shí)，將更多地從環(huán)境保護(hù)、城市景觀保護(hù)和歷史文物保護(hù)的角度開(kāi)發(fā)利用城市地下空間。

　　新工藝與新材料不斷涌現(xiàn)。為了降低城市地下空間開(kāi)發(fā)的成本與難度，并適應(yīng)多種形態(tài)的地下空間的組合，滿足多種設(shè)施功能的交叉與共容，高效、經(jīng)濟(jì)的施工工藝將會(huì)不斷產(chǎn)生，尤其是機(jī)械挖掘技術(shù)與施工自動(dòng)化技術(shù)會(huì)有較大進(jìn)步。同時(shí)，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(huì)不斷涌現(xiàn)。

　　參考文獻(xiàn)：

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