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地下工程中常用开挖方法

日期: 2011-6-25 19:58:24 浏览: 0 来源: 学海网收集整理 作者: 佚名

在基础设施建设中有许多地下工程的建设项目,而且,现代城市建设将会有越来越多的地铁、市政工程(给排水管道等)和穿江隧道等需要建设。目前,我国新隧道的修建以每年150km的速度在增加。地下工程采用的开挖方法有多种,因此对于具体的地下工程建设项目,选择合适的开挖方法十分重要。
   明挖法
   明挖法(Cutandover或OPenCut)是直接在地下工程建造处进行露天开挖和支护,然后在开挖处建造地下结构,完工后再进行覆盖、恢复地貌的方法。明挖法具有施工作业面多、速度快、工期短、易保证工程质量和工程造价低等优点,但因对城市生活干扰大、对周围环境破坏大,使其应用受到限制。
   明挖法适用于浅埋的地下工程,可修建的空间比较大。1950年前后,日本东京、大阪重新开始的地铁建设全部采用明挖法施工。目前,我国在大面积深基坑降水和边坡支护等方面取得了进步,明挖法也在许多地下工程中得到了更好的应用。
   矿山法
   矿山法(MineTunnelingMethod)一般是指埋置于基岩,用传统钻爆法或臂式掘进机开挖隧道的方法,也称为“钻爆法”。矿山法是暗挖法中目前最为常用的一种开挖方法,一般适用于线路埋深较大、地质条件较好的工程项目。矿山法具有施工工艺简单、应用灵活、减少拆迁和交通疏解及造价合理等优点,但矿山法也存在弊端。由于矿山法采用爆破或机械掘进开挖酮室,对周围岩体的扰动比较大。此外,矿山法对地质勘探要求较高,对围岩地质情况的预见性较差,需要超前地质探明和预报。
   矿山法隧道施工技术在北京地铁、广州地铁一号线中被广泛应用,附表给出了国外部分矿山法施工的海底隧道。
   盾构法
   盾构法(ShieldMethod)亦称掩护筒法,是法国人于1818年发明的在土层或松软岩层中暗挖隧道的一种方法,一般采用盾构顶进,而后拼装预制管片形成衬砌。经过100多年的应用与发展,盾构经历了气压盾构一泥水加压盾构一土压平衡盾构的发展历程,目前盾构法已能适用于各种条件下的施工。
   盾构法施工的优点是施工速度快、精度高、振动小、噪声低,且对周围建筑物影响较小。缺点是新型盾构机购置费昂贵,对施工区段短的工程不经济,成本高,对断面尺寸多变的区段适应能力差。目前,我国盾构机主要用于软弱和富水地层(上海),普通地层(北京)和滑移岩层(广州)。
   隧道掘进机法
   隧道掘进机法,顾名思义,是使用隧道掘进机进行开挖的一种施工方法。隧道掘进机(TunnelBoringMaehine,缩写为TBM)是目前世界长大隧道施工最有效、最先进的大型综合性施工机械之一。1851年由美国工程师Charleswilson发明的隧道掘进机,通常被认为是第一台成功地在岩石中连续掘进的机器。另一个著名的探索是ColonelBeaumont在1881年发明的压缩空气驱动的隧道掘进机,曾用于英吉利海峡的一条探测隧道。目前,隧道掘进机正朝着机械、电气、液压和自动化一体化、智能化的方向发展。
   隧道掘进机法具有快速、优质、经济和安全等优点,但掘进机法对具有坍塌、岩爆、软弱地层、涌水及膨胀岩等不良地质情况的地段适应性较差。此法应用最多的是水工和污水隧洞,因为这类隧道的断面多为圆形。著名的英吉利海峡隧道就是采用隧道掘进机法施工的,我国的秦岭铁路隧道同样也是采用的隧道掘进机法。
   顶管法
   顶管法(pipeJaekingMethod)是将预先造好的管道按设计要求分节用液压千斤项支承在后座墩上,在工作基坑内将管道逐渐压入土体中,同时在管内将工作面内的泥土开挖并运输出来的一种敷设管道的施工技术。它是一种比较方便适用的不需要地面开挖,又不破坏地表建筑物的施工方法。顶管法最早应用于1896年美国的北太平洋铁路铺设工程的施工中,至今已有100多年的历史。顶管法的使用范围十分广泛,除硬质岩地层以外,其他地质情况几乎都可使用。其优点是:占地面积少、对周围土体的扰动小、不破坏现有的管线和构筑物;缺点是:施工精度的保证较为困难,容易出现项管方向的偏移。
   我国1953年开始采用项管法施工,1981年我国在浙江角江的顶管施工已达到可顶管径2.6m,单边连续一次顶进达581.9m,成为当时继美国依里诺斯州单边一次顶进558m之后,世界上单边一次顶进最长的顶管工程。顶管法在我国的城市和偏远地区的隧道和管道的建设中都有应用。
   沉管法
   所谓沉管法(lmmersedTunnel}ingMethod),就是先在船坞中预制大型混凝土管段或混凝土和钢的组合管段,并在两端用临时隔墙封闭,装好拖运、定位、沉放等设备,然后将管段浮运沉放到江中预先挖好的沟槽中,并将其连接起来,最后回填砂石将管段埋入原河床中。这是用于修建水下隧道的重要越江手段。
   自1894年美国在波士顿市修建了世界上第一座混疑土(与砌结构的沉管隧道以来,沉管工程历史至今已逾百年。多数地基条件均适于沉管法施工,并能适应于纵向发生不均匀沉陷的地基。此种施工法也完全适用于地震地区。由于管段是预制的,质量好,水密性好,断面形状无特殊要求,可自由选择。其最主要的缺点是在沉管阶段对于河道上的船舶交通会造成影响。
   迄今为止,世界各国采用沉管法修建的水下隧道已达130余座。2003年通车的上海外环隧道就是用沉管法建造的双向8车道的大型隧道,为我国大陆迄今修造的第4条越江公路沉管隧道,规模目前居亚洲首位,是继荷兰Drght隧道(同为8车道)后世界上第二大规模水底道路沉管隧道。
   新奥法
   新奥法(NewAustrianTunne}lingMethod,缩写为NATM)是新奥地利隧道施工方法的简称。新奥法是20世纪60年代奥地利人总结前人的隧道工程实践经验后提出的一套隧道设计、施工的新技术,它以喷射混凝土和锚杆作为主要支护手段。我国也常把新奥法称为“喷锚构筑法”。
   我国有些工程技术人员将新奥法和矿山法混为一谈,认为新奥法不过是矿山法的改进而已,其实二者有着本质的区别。矿山法认为在地层中开挖坑道必然要引起围岩坍塌掉落,开挖的断面越大,坍塌的范围也越大;新奥法则是应用岩体力学的理论,以维护和利用围岩的自承能力为基点。
   新奥法是20世纪60年代进入我国的,以其快速、节省、安全及其很高的灵活性与优越性越来越受到学者和工程人员的青睐,现在几乎所有重点难点工程都离不开新奥法。

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