《城市地下空间岩土工程技术发展新动向》由会员分享，可在线阅读，更多相关《城市地下空间岩土工程技术发展新动向（6页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、 针和发展方向。城市功能空间能转入和宜转入地下的领域是很广阔的，包括商业、交通、部分市政设施、 文化娱乐休闲、部分工业生产、仓储、防灾(避难)和救灾空间等。充分利用地下空间是城市 立体化开发的最重要组成部分。它可以达到扩大空间容量、提高开发集约度、消除步车混杂、 交通顺畅、商业更加繁荣，地面绿地增加，环境优美开敞，购物与休闲，娱乐相互交融的多 功能效果，与向城市上空发展的模式相比，是一种更为合理的发展模式。向地下要土地、要空间已成为城市建设发展的必然趋势，显示了无比的优越性。我国及 国外大城市的地下商业城(街)、地下车库、地下影剧院、地下铁道、地下人防系统，是众所 周知的城市地下工程。有的国家
2、已开始实施和计划采用地下污水收集和处理设施、地下垃圾 处理厂、地下超导磁直接储存电能、地下供热供冷系统、地下多功能公用隧道(共同沟)以及 具有抗灾功能的地下空间系统。它们是未来城市建设的发展方向。2 城市地下岩土工程的特点及难点众所周知，地下岩土工程是一个具有悠久历史的领域。可以说自有人类以来就有岩土工 程，特别是进入工业社会以后岩土工程处处存在，但是城市岩土工程，除了传统的地面房层 工程外，地下岩土工程却是随着现代城市的兴起而发展的。经过最近几十年的实践，无论从 设计、施工、设备和工艺，还是理论、技术和经验，都已达到相当高的水平，特别是深埋地 下岩石工程，更是达到了较成熟的程度。但是，城市地
3、下岩土工程却具有与一般岩土工程不同的特点，主要是：多数埋深较浅。 地面建筑、交通设施密集，地下管线多，开挖造成的影响大，地质条件复杂，多以土体为主， 常有膨胀土、沙层、地下水，尤其是沿海沿江城市，淤土、软土的开挖难度更大。因此，城 市地下岩土工程存在许多需要解决的特殊问题。主要是：(1)浅埋、超浅埋暗挖施工技术。城市地下工程的埋深，不仅直接影响工程造价，而且 关系到工程使用方便与否，因此，城市地下工程一般埋深较浅。在浅埋、特别是超浅埋的条 件下，地下工程需要穿越建筑物和线路、街道，地面保护成为施工技术中的首要问题。(2)复杂、恶劣环境下的开挖技术。诸如流砂层、膨胀土、高压缩性软土淤土、风化破
4、碎岩石、高浓度瓦斯地层、大涌水、硫化氢、岩溶、高应力、地下管线、地面大车流量、大 型载重车多、建筑物密集等等，都是地下岩土工程施工中的难题。(3)大断面隧道开挖、支护技术。主要是地铁车站及商场、仓库、厅、室，其跨度尺寸 达10 m 以上。(4)开挖影响控制技术。随着工程埋深的减小，开挖对地面的影响越来越大，在超浅埋 条件下，开挖影响的控制与开挖方式、施工工艺、支护方法等众多因素有关，是地下工程施 工中最为复杂的问题。3 城市地下岩土工程的开挖技术及其适应条件我国城市地下工程建设起步较晚，随着人防、地铁、地下商场、仓库、影剧院等大量工 程的建设，特别是近年来的工程实践，城市地下空间开挖技术得到了
5、长足发展和提高。我国 城市地下隧道及井孔工程先后采用了明挖法、暗挖法、盖挖法、盾构法、沉管法、冻结法及 注浆法等，这些技术有的已达到国际先进水平。 3.1 明挖法明挖法具有施工简单、快捷、经济、安全的优点，城市地下隧道式工程发展初期都把它 作为首选的开挖技术。其缺点是对周围环境的影响较大。明挖法的关键工序是：降低地下水位，边坡支护，土方开挖，结构施工及防水工程等。 其中边坡支护是确保安全施工的关键技术。主要有：(1)放坡开挖技术。适用于地面开阔和地下地质条件较好的情况。基坑应自上而下分层、 分段依次开挖，随挖随刷边坡，必要时采用水泥粘土护坡。(2)型钢支护技术。一般使用单排工字钢或钢板桩，基坑
6、较深时可采用双排桩，由拉杆 或连梁连结共同受力，也可采用多层钢横撑支护或单层、多层锚杆与型钢共同形成支护结构。(3)连续墙支护技术。一般采用钢丝绳和液压抓斗成槽，也可采用多头钻和切削轮式设 备成槽。连续墙不仅能承受较大载荷，同时具有隔水效果，适用于软土和松散含水地层。(4)混凝土灌注桩支护技术。一般有人工挖孔或机械钻孔两种方式。钻孔中灌注普通混 凝土和水下混凝土成桩。支护可采用双排桩加混凝土连梁，还可用桩加横撑或锚杆形成受力 体系。(5)土钉墙支护技术。在原位土体中用机械钻孔或洛阳铲人工成孔，加入较密间距排列 的钢筋或钢管，外注水泥砂浆或注浆，并喷射混凝土，使土体、钢筋、喷射混凝土板面结合 成
7、土钉支护体系。(6)锚杆(索)支护技术。在孔内放入钢筋或钢索后注浆，达到强度后与桩墙进行拉锚，并 加预应力锚固后共同受力，适用于高边坡及受载大的场所。(7)混凝土和钢结构支撑支护方法。依据设计计算在不同开挖位置上灌注混凝土内支撑 体系和安装钢结构内支撑体系，与灌注桩或连续墙形成一个框架支护体系，承受侧向土压力， 内支撑体系在做结构时要拆除。适用于高层建筑物密集区和软弱淤泥地层。 3.2 暗挖法适用于城市中不能采用明挖法施工的地方，亦适用于松散层及含水松散层地层。一般应按照“新奥法”原理设计和施工，采用较强的初期支护，先注浆后开挖的方法。 施工原则是：“管超前、严注浆、短开挖、强支护、快封闭、勤
8、量测”。一般用 3050 mm 钢管超前棚顶导管，然后注入水泥或化学浆，形成“结石体”，以增强围岩自稳能力。每次 开挖进尺0.75 m 左右，先进行环状开挖，留核心土，预喷58 cm混凝土，架拱架和钢筋网， 再喷2530 cm混凝土，形成初期支护，做防水层后再做二次衬砌。暗挖法有单拱单跨和多拱多跨暗挖施工技术。北京地铁西单车站为多拱多跨。也有三连 拱、四连拱、五连拱地铁车站、公路隧道和地下商场。北京天外天地下商场为五连拱结构。 还有平直墙暗挖施工技术。国际上传统的暗挖法其顶部都是拱形结构，我国创造出平顶直墙 超浅埋暗挖施工技术，如北京长安街过街道。在岩石中进行暗挖施工时，一般采用钻爆法。为了保
9、护围岩的自承能力，普遍采用光面 爆破技术。为了减少对地面的振动影响，还采用微差爆破及合理设计爆破参数等减振技术。 3.3 盖挖法指的是边坡支护为连续墙、混凝土灌注桩，其上为盖板所构成的框架结构，并在其保护 下开挖及结构施工的方法。它具有快速、经济、安全的优点，是较明挖法对环境影响少，较 暗挖法成本低的一种方法。适于市区高层建筑密集区。盖挖法可分为由浅而深地逐层开挖、逐层做结构的盖挖逆作法以及依次开挖至底后再做 结构的正作法两种。前者适用于地质条件复杂、开挖断面大的情况，后者反之。 3.4 盾构法指的是全断面推动园筒状钢盾构进行开挖的方法。施工方法有人工、半机械及全机械化 多种。盾构由液压千斤顶
10、推进。用盾构法能完成直径几十厘米至十多米尺寸的隧道，以及双 联、三联和四联盾构的大型工程。它适于稳定和不稳定松散含水地层。从施工技术上看，盾构法有泥水盾构法、土压平衡法(可控制地面沉降)、开敞式机械化 盾构、气压盾构、插刀盾构及混合盾构等多种。在岩石地层中，也可采用隧道掘进机(岩石 盾构)。此外，国内外还开发了称为“地老鼠”的非开挖技术，包括导向钻进、定向钻进、冲击 矛、夯管、水平顶管及螺旋钻等。我国首都机场跑道下采用这种方法完成一次顶进273 mm、壁厚 8 mm、长110 m作为安装通讯电缆用的钢管。我国最长铺管长度可达500 m，最 大铺管直径800 mm，铺设设备达到国际先进水平。 3
11、.5 冻结法地层冻结法是采用人工制冷固结不稳定松散砂土地层或软岩地层，并隔断地下水的施工 方法。在拟开凿的地下工程周围钻凿一定数量的冻结孔，通过冻结管中的供液管，循环由制 冷设备提供的低温盐水，使地层局部形成不透水且有一定强度能抵抗地压的冻结壁，并在其 保护下进行开挖施工，工程完工后，冻结壁融化，地层岩土恢复原状。此法适用于松散含水 地层，已在煤矿广泛采用。上海地铁1#线、2#线的联结通道及泵站、上海杨树浦水厂泵站 基坑、北京地铁大北窑区间隧道等复杂高难地段，均用此法获得成功，并首次试成水平冻结 技术及液氮快速冻结技术。 3.6 沉管(箱)法沉管(箱)法是采用将事先预制的钢筋混凝土结构，焊封头
12、部钢板、然后放水浮运沉入到 设计的位置来建造水下岩土工程的方法。国外及我国煤矿均有大量施工实例。广州珠江隧道 采用了这种方法。适于修建过江、过海隧道的水中部分及浅表土层中的竖井施工。 3.7 钻井法钻井法是一种用途广泛、技术先进的岩土井、孔施工方法，其全部开挖工程在地面操作， 工人不需“入地”，劳动强度小，它是通过专门的大直径钻机(我国最大钻井直径 9.3 m)驱动 钻杆及钻头钻进，泥浆护壁，压气排渣，井壁漂浮下沉，壁后充填固井等工序，一次超前钻 进，分级扩孔成井。我国煤矿已成功采用此法完成 47个深井井筒。此外还有由下而上施工 的反井钻进技术。钻井法在我国矿山、铁路、交通、国防、水电等复杂及
13、水下岩土工程中得 到成功应用。 3.8 注浆法注浆法指的是通过注浆设备以选定的注浆工艺利用钻孔进行岩土加固的一种施工技术。 它早就被广泛应用。根据注浆材料不同有单液和双液注浆，水泥注浆、粘土水泥和化学材料 注浆；根据注浆机具不同有重力注浆和压力注浆，有渗透注浆和喷射注浆等。近年来发展起来的高压喷射注浆法，在岩土工程的加固和治水中更是发挥了独特作用， 例如高压旋喷桩法、高压定喷墙法以及水平旋喷法。三重管高压旋喷桩法在上海地铁 1#线 的施工中，对淤泥地层进行帷幕堵水、防渗加固，效果十分理想。高压旋喷桩与灌注桩结合 法在高层建筑地基基坑护坡工程中更是得到广泛应用。4 城市地下岩土工程中的开挖影响及
14、环境保护城市地下岩土工程中的开挖影响指的是开挖引起的围岩移动与地面沉降，不包括其它扰 民影响。地下开挖必然会在其周围岩土体中引起位移与变形。由于开挖深度小，其影响必然 要波及到地面上，但由于开挖宽度有限，其影响也是可以控制的。影响的程度与范围，取决 于众多因素。对于浅理、超浅埋隧道式开挖工程，主要取决于开挖方式、断面跨度、导坑形 式、机具、支护方式与时机、构件刚度、回填、地面载荷(动、静载)、岩土体性质及地下水 抽排等。据实测研究，隧道式开挖引起的地面沉降，其横剖面一般呈盆状，大体上用可概率积分 曲线来描述。对于浅埋和超浅埋隧道式开挖引起的地面沉降，其最大下沉值大致由开挖空间支护前的 下沉、地
15、下水抽排引起的下沉以及开挖空间支护后的下沉等构成。这些下沉可通过采取一定 的减沉措施减少到最小程度。从北京、上海和广州等城市的地铁施工实例结果看，北京地铁 “复八线”两侧高大建筑物累计下沉量最大仅为 2.5 mm，北京地铁西单车站正上方累计 地表最大下沉量也未超过30 mm；广州地铁有一段隧道横穿市区主干道天河路，隧道顶距路 面7 m，地层为饱含水细砂层，地下密布有供水管、污水管及电缆线，地面昼夜车流量约 12 万辆，还有载重3060 t 大型集装箱运输车快速通过。开挖后，据对128个测点观测，最大 下沉为20.7 mm，低于国际上地面沉降控制标准。根据国内外浅埋开挖实践，地面减沉的措施有：(
16、1)围岩预加固。为了加固软弱和松散岩、土体，一般采取导坑或全断面预注浆。对于软弱或破碎岩体，采用单液或双液压力预注浆；对于松散土体，采用单液或双液高压旋喷预 注浆。(2)强力支护。包括预支护、提高支护构件刚度及壁后充填等。预支护有管棚和插板两 种方法。管棚钻孔深度受导坑尺寸限制，可兼作注浆管，适用条件广泛。插板需用千斤顶顶 进，具有防水效果，但不能用于卵石地层。及时支护可以有效减少支护前的下沉。锁脚锚管 是用于分步支护构件基础的稳定，为下部开挖与支护安装创造良好条件，减少上部支护构件 的沉降。提高支护构件刚度可以减少支护后的下沉。壁后充填是减少支护构造与岩土体之间 空隙的有效措施，在一次支护和二次支护后采用小导管注浆法进行充填。(3)分步开挖，及时支护。实践证明，分步开挖、及时支护可以有效地减少围岩及地面 下沉。例如北京长安街过街道，跨度大(开挖跨度 11.6 m)、超浅埋(表土厚度仅0.61.0 m)、 有动载、地下管线多，为了减少地面下沉，采用“中洞法”分步施工，地面下沉减到 24 mm，效果良好。(4)降水回灌技术，是治理地下水和减少地面下沉的有效方法，已在
