地下工程施工方法與前景分析

【摘 要】 本文主要介紹了隧道及地下工程中常用的施工方法，分析了不同地下工程施工技術方法的特點，并對隧道及地下工程施工技術的發展前景進行了探討。

【關鍵詞】 地下工程；施工技術；發展前景

隨著我國經濟建設快速發展，人們物質生活水平得到較大幅度的上升，國家科技水平也取得了長足的進步。近些年來，我國各地的基礎設施建設力度空前強大，各種工程建設如高速鐵路、高速公路以及城市高層建筑和城市地鐵的快速發展，各種隧道、地下工程規模與難度越來越大，地下工程的施工環境與施工方法越來越復雜。隧道及地下工程類施工具有一些較為典型的特征，其受工程所在地段的水文地質和工程地質條件的限制較大，地下工程施工人員所面臨的工作環境較差、物質條件艱苦且工作面較為狹窄，暗挖法施工的地下工程如果埋置較淺時容易引起路面或底面發生沉陷情況，地下工程開挖產生大量的廢土、石頭須妥善轉移處理。地下工程的施工難度以及工程危險性都較地面上部結構的更大，需要人們加以重視。近年來我國地下工程尤其是地鐵施工出現了較多的安全事故，引起人們更加關注地下工程施工方法的安全性，以及由此帶來的技術革新。

一、地下工程常見施工方法

隨著近30年來工程建設的大力發展，我國在地下工程建設方面取得了豐富的經驗，目前已經發展較多的成熟的施工技術，主要包括明挖法、沉井法、沉管法、頂管法、隧道扭進機法、盾構法、新奧法以及托換技術等，以下簡略分析各種方法的特點。

（1）明挖法（基坑開挖技術）。這種地下結構的施工方法主要應用于深基坑開挖工程中。明挖法合理地利用土體對于地層位移的控制能力，結合時空效應，進而控制軟土地基深基坑的變形和穩定性問題。明挖法施工時需要充分結合施工現場的監控數據來確定相關的設計參數，才能選用更加合理的施工工藝來對深基坑的變形與穩定進行有效控制。

（2）沉井法。沉井法又稱沉箱鑿井法，在不穩定含水地層掘進豎井時，于設計的井筒位置上預先制作一段井筒，井筒下端有刃腳，借井筒自重或略施外力使之下沉，將井筒內的巖石挖掘出的施工方法，挖掘與下沉交相進行，直到穿過不穩定地層。沉井法是一種較老的施工方法，但在現代地下工程中，得到了廣泛應用。其優點是：技術簡單、無需特殊設備，挖土量及占地面積較小、造價低，沉井結構又可作為地下構筑物的圍護結構、其內部空間可得到充分利用。

（3）沉管法。沉管施工主要應用于水下隧道建設項目，該方法就是將沉管隧道預制好后，浮運至施工海面，分段沉放至已經疏浚好的隧道基槽中，然后將每截沉管進行連接。沉管隧道施工法一般適用于水道水流較為輕緩且河床穩定的地段，這樣就便于基槽的開挖和沉管的浮云與定位工作。對于水下隧道的施工，沉管施工法較盾構法具有較大的優勢。能更好地控制隧道的施工質量，更好地實現接縫不漏水；工程總費用更低；沉管隧道施工周期短；施工操作安全簡便；隧道斷面更能隨意選擇等。

（4）頂管法。隧道或地下管道穿越鐵路、道路、河流或建筑物等各種障礙物時采用的一種暗挖式施工方法。在施工時，通過傳力頂鐵和導向軌道，用支承于基坑后座上的液壓千斤頂將管壓入土層中，同時挖除并運走管正面的泥土。當第一節管全部頂入土層后，接著將第二節管接在后面繼續頂進，這樣將一節節管子頂入，做好接口，建成涵管。頂管法特別適于修建穿過已成建筑物、交通線下面的涵管或河流、湖泊。采用該法無需挖槽或在水下開挖土方，并可避免為疏干和固結土體而采用降低水位等輔助措施，從而加快進度、降低造價，并能克服在穿越江河湖海等無法降水的特殊環境下施工的困難。

（5）隧道扭進機（TBM）施工技術。TBM施工技術是一種利用回轉刀具開挖（同時破碎和掘進）隧道的機械裝置。TBM施工方法具有施工速度快，對圍巖損傷少、噪聲少、安全等優點，特別是在穩定的圍巖中長距離施工時，其優勢尤為明顯。

（6）盾構法。所謂盾構法就是指的采用盾構機進行隧道開挖，這種方法可以一邊進行開挖并控制圍巖穩定性，一邊還可以將隧道開挖掘進產生的渣料運出，在盾構機內可以拼接管片做成隧道襯砌并立即對隧道襯砌壁后進行注漿，完成修筑隧道的施工方法。盾構法施工具有較多的優點，包括：機械作業、勞動強度低進度快；隧道形狀穩定；對地面的影響小；對地下水位影響下、不影響環境；襯砌方便經濟、質量好。同時盾構機隧道施工也存在較多的缺點，如：盾構機構造復雜、組裝時間長；施工工藝復雜，需要長時間積累盾構機的操作經驗；設備費用高，適合長距離隧道掘進；盾構掘進時斷面變化費用高。

二、我國地下工程施工方法發展前景

在未來的城市建設過程中，地下空間的利用將得到最大程度的提升，地下工程建設也將遇到更多的工程技術問題。目前世界上較為先進的地下工程施工技術方法在我國皆得到了廣泛的應用，鑒于我國特殊的國情，我國地下工程施工方法的選擇還需要結合自身的特點，來發展具有中國特色的地下工程施工技術。明挖法施工中降水是為保證基坑的安全施工。近年來我國降水施工技術發展較快，但存在的問題應引起各方面的注意。其中因降水引起的對周圍環境的影響，引起地面沉降，如使附近建筑發生沉降、開裂、甚至破壞的事故時有發生。邊坡支護的土釘支護技術將會有較大的發展，它實質是錨噴施工技術在邊坡支護中的應用。今后在城市工程的深基坑施工中，內支撐的支護方法將逐漸增加。在其它國家，城市地鐵車站的修建過程中，較大比例地應用了蓋挖法施工技術，這種方法可以通過合理的施工組織規劃而做到對城市交通沒有明顯的影響。我國有應用蓋挖法施工的案例，結果體現了蓋挖法施工具有施工周期短，造價低的有點。在繁華市區，不中斷交通，減少對城市人民生活的干擾，采用暗挖法是可行的，特別在地下水較深、不需要降水的條件下，它具有靈活、安全的特點，有廣泛的應用前景。結合國內外已有的暗挖法施工技術，微氣壓和預切等暗挖法，有可能得到應用。地層加固技術，特別是含水粉細砂地層的加固技術，這一世界難題應得到重視和解決。蓋挖、暗挖法都有各自優點，我國在采用這兩種方法后，不少單位都做了研究，準備推出“修建大型地下空間的方法”專利技術，即所謂“樁、梁、拱”的方法，北京地鐵天安門西站就屬于這種方法。為加快施工速度，在不降低地下水位的條件下，采用盾構法將有一定的發展前景。盾構施工技術一次投資大，造價較高，但具有快速、安全、減少地面沉降的優點。我國將隨著經濟實力的增強而逐步發展盾構技術。

我國地下工程施工技術方法在吸收國外先進技術的同時，還考慮自身國情的基礎上進行技術創新和改進，通過自身的工程實踐發展適合我國國情的地下工程施工技術方法，并努力趕超國際先進的地下工程施工方法。

三、結語

隨著我國城鎮化水平快速提高，城市建設力度加大，高速鐵路、高速公路以及城市地鐵的建設需求越來越大。控制地下工程施工對于地面結構和周邊環境的影響，是地下工程施工時需要重點考慮的一個問題，因此地下工程施工方法的選擇也需要綜合的考慮。

參考文獻

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