浅谈地下工程施工技术及未来发展
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摘要: 阐述了我国建筑地下工程防水施工技术要求和方法，主要包括防水混凝土防水、水泥砂浆防水层施工、卷材防水施工、涂料防水层等几种方法。 同时认为地下工程信息化设计施工技术将是今后发展的方向。
关键词: 地下工程；施工技术；方法；信息化设计
中图分类号：TV52 文献标识码：A 文章编号：
Abstract: this paper elaborates on the construction of underground engineering waterproof construction technology requirements and methods, mainly including waterproof concrete waterproof, cement mortar waterproof layer, coil coatings, waterproof construction waterproof layer several methods, etc. At the same time that the design and construction of underground engineering information technology will be the direction of development in the future.
Keywords: underground engineering; Construction technology; Methods; Information design
0 引 言
我国在地下空间利用方面有着悠久的历史,21 世纪我国地下工程项目繁多, 工程浩大。如在南水北调、西气东输、西电东送、青藏铁路四大工程中, 隧道工程占有一定的比例。西部开发, 会涌现出长隧道和隧道群。此外, 海底隧道越江通道工程等均在组织研究中。我国地下空间开发利用的网络体系开始建设, 多在地表至30m以内的浅层修建地下工程, 可以预见随着我国经济的迅速发展, 地下工程将进入蓬勃发展时期。
以下就以几种主要的施工技术发展应用状况进行阐述。
1. 人工帷幕墙施工技术
用板桩法、混凝土连续墙或冻结法等技术，均可在地下形成有一定强度的隔水帷幕，以维护基坑开挖过程的土体稳定。地下混凝土连续墙技术自50 年代初开发以来，经过推广应用与改进，于50年代后期开始应用，“七五 ”期间，上海地区完成地下混凝土连续墙工程22 项，成墙面积达16.7万平方米。上海地铁1号线11个地下车站、2段折返线的矩形暗埋段全部采用多支撑地下连续墙围护进行深开挖施工。地下连续墙的设计技术也有了新的突破。冻结法在我国煤矿井筒工程中应用较多。90 年代上海越江隧道盾构在浦西段出口处, 遇有大量城市管网, 也采用冻结法保护周边环境及施工安全。北京地铁复八线隧道拱部施设水平冻结管, 冻结含水粉细砂层取得成功, 保证工程安全建成, 也保证大北窑立交桥的稳定, 这是我国首次采用水平冻结管冻结地层。
2.沉管法施工技术
沉管法也称预制管段沉放法, 自50年代后期以来, 沉管的水下连接的水力压接法与处理基础用的压浆法的发明, 使城市道路水底隧道的建设进入迅速发展阶段。我国香港等过江河及海湾交通隧道均采用沉管法修建, 广州过珠江隧道也采用了这种方法。该隧道断面采用4 孔箱形钢筋混凝土结构。隧道断面尺寸33m×7.96 m，总长1238.5m，沉管埋长457 m，共分5段。此项工程为我国大型沉管工程开创了成功的先例。上海外环隧道是我国建设的又一现代化大型沉管隧道，亚洲第一。
3. 沉井法施工技术
沉井法虽是一种较老的施工方法, 但在现代地下工程中, 得到了广泛应用。其优点是: 技术简单、无需特殊设备, 挖土量及占地面积较小、造价低, 沉井结构又可作为地下构筑物的围护结构、其内部空间可得到充分利用。我国的上海隧道工程公司首创钻吸法沉井新工艺, 并在延安东路隧道 2号风井得到成功应用。1990 年又首创了“中心岛式槽挖法”, 采用此法在江湾东区泵房沉井施工中, 周围地面沉降控制在1 cm以内，取得好的成果。
4. 顶管法施工技术
水下长距离顶管是直接在地下水位以下长距离顶进管道的一种施工方法。采用该法无需挖槽或在水下开挖土方, 并可避免为疏干和固结土体而采用降低水位等辅助措施, 从而加快进度、降低造价, 并能克服在穿越江河湖海等无法降水的特殊环境下施工的困难。其独特的优点使该法在世界各国得到广泛应用。近年来我国用钢质管道长距离顶进施工技术有了新进展，1986年上海南市水厂输水管道用钢质管道穿越黄浦江, 单向次顶进1120 m, 创造了一次顶进距离新记录。
5. 盾构法施工技术
5.1其主要的优、缺点如下。
优点: (1) 机械化程度高；(2) 隧洞形状准确；( 3) 对地面结构影响可能性最小；(4) 对工作人员较安全, 劳动强度低, 进度快； (5) 对环境无不良影响, 可保持地下水位； (6) 质量优良, 衬砌经济。
缺点: (1) 盾构的规划、设计、制造和组装时间长；(2) 施工工艺复杂, 熟练操作机器需要时间长； (3) 准备困难且费用高, 只有长距离掘进时才较经济； (4) 当地层条件变化时, 实施有风险；(5) 隧道断面变化的可能性小, 断面如需变化时, 费用较高。
5.2。盾构掘进隧道允许在纵长的地下结构以下施工, 覆盖层浅, 在不稳定地层和含地下水的地层都不会引起地表断裂或较大的沉陷。它可应用于很松散的土质或高压强的地层中, 如在软塑性的或流动的地层。在暂时稳定的地层中也实现了有效的应用,尽管这时的盾构只起顶部保护作用。因而盾构法有着很广阔的应用范围和前景。广州地铁1号线、2号线、3号线部分区间隧道应用了盾构法进行施工。南京地铁南北线一期工程的部分区间为粉土、粉质粘土, 也采用盾构法施工。此外，我国有关部门正在研究南水北调穿黄隧道工程中引入盾构法施工技术。
6. 新奥法设计新技术一典型类比分析法
6.1典型类比分析法是对一种开放的复杂巨系统在特定时刻的行为进行预测与控制的一种初步的综合集成技术。这种开放的复杂巨系统的显著特点是: (1) 信息不完全、不确定、不一致, 机理不清、数据匮乏, 不能用理论分析方法从整体上作出本质的有效描述、预测和控制；(2) 系统整体行为, 可以通过对个别宏观参数的量测, 加以有效控制 (如隧道围岩变形监控) ；(3) 在该系统的某些类别 (局部) 中, 出现了代表性的个体, 其特点是: 具有用现代科学技术方法定量测定的、相对地比较安全、确定、一致的信息, 能对其特定时刻的行为作出描述、预测和控制; 其有效性已为同行公认 (如某类围岩中的典型工程)。
6.2典型类比分析法由典型个体测试数据、分类与类比、理论分析三个相互渗透的子系统有机结合而成, 是一种应用计算机技术的特定的知识获取、表达与处理的信息方法, 是一种人机结合、以人为主的多少有点智能化的系统。典型类比分析法较成功地引入大秦工程盘道岭隧道位移反分析; 随后又在秦岭隧道方案比较中应用以及应用于二滩电站导流隧洞施工设计复核, 都取得了较好的成果。
7.未来地下工程信息化设计施工技术
7.1地下工程信息化设计概念
7.1.1地下工程稳定性与许多因素有关, 如围岩的构造、岩土体材料的物理力学特性、初始地应力、地下水作用等等。由于地应力的分布千差万别, 岩土体的非均匀性、各向异性及非线性, 渗流与岩土应力耦合的关系很难得出较满意的结果, 使得反映岩土体特性的本构关系模型难以与岩土体的实际性质完全一致。要解决上述问题必须提出一种新的围岩稳定评价方法和设计方法―地下工程信息化设计。
7.1.2地下工程信息化施工技术与原有的计算模型、计算方法相结合, 充分发挥各自的长处, 可以说以施工监测和信息为显著特征的地下工程信息化设计, 是将监测技术、力学计算及经验评估等结合成一体的地下工程设计方法。在地下工程信息化施工过程中, 量测信息可以作为输入量反演计算围岩的物理力学参数, 检验地质信息的正确性, 并利用反演分析求得的围岩力学参数, 应用有限元等数值方法对工程施工过程围岩稳定性进行计算分析, 进而指导工程后续施工。
7.2地下工程信息化设计技术的三个环节
7.2.1信息采集――施工监测。施工监测可以把隧道开挖后围岩和支护系统力学形态的变化动态作为判断围岩稳定性和支护系统可靠性的依据, 把施工监测所获得的信息加以处理, 与工程类比的经验方法相结合, 建立一些必要的判断准则, 借以直接利用量测结果 (经处理) 及时调整、确定支护参数或进行施工决策。
7.2.2信息处理――反演分析。反演分析法是利用施工监测到的岩土体的一些基础信息, 通过计算来求解岩土体的参数。其目的是把施工监测中采集到的新信息和资料以及由此通过反演分析获得的结果反馈到设计中去,对施工设计提出改进性意见或修改方案。
7.2.3信息反馈――稳定分析。隧道稳定问题主要是一个岩土体结构问题，应力状态是通过岩土体结构的力学效应而表现出来的, 因此, 一方面通过观测或量测围岩的应力状态可以认识岩土体结构, 另一方面, 可将由反演分析得到的岩土力学参数, 应用于稳定分析计算。评价隧洞围岩的稳定性, 实质就是分析洞室围岩在工作过程中的应力和变形。通过对围岩稳定性的分析, 一方面以此来指导工程的后续施工, 采取合理的支护措施, 以最小的代价获得最合适的安全程度；另一方面可以为类似地质条件的工程提供第一手可靠的经验资料。
8.结 语
为了保证地下工程施工达到优质、高效、经济、安全的目的, 故在优化施工技术方案时要因地制宜选择施工技术方法；此外, 特别要关注控制对地面环境的影响。