【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 有承壓水 .土層上部為回填土，下部為枯土和淤泥質(zhì)亞枯土，并夾有薄層粉砂 .下部土層含水率 %－ %，呈流塑狀，容重 t/m3，垂直滲透系數(shù) 106107 cm/s。地鐵泵站 (旁通道 )大多處于該地層中。 所以，上海地鐵一號(hào)線采用了新奧法的施工施法。 地鐵一號(hào)線全長(zhǎng) km， 沿線共設(shè)七座泵站，其中思南路、寧海西路 (上、下行線 )、長(zhǎng)沙路和南蘇州河路四座泵站由我單位負(fù)責(zé)施工。這四座泵站地面環(huán)境極為復(fù)雜，其中有三座泵站位于交通干道及建筑物附近，一座緊靠蘇州河邊，且有很多地下管線 縱橫其間，這給泵站施工造成了極大困難。 由于泵站所處淤泥地層強(qiáng)度極低，且受地下水的影響，自穩(wěn)性很差，幾乎無(wú)自立能力為了充分利用土層自身的力學(xué)特性，最大限度地減少泵站施工對(duì)地表沉降及隧道變形的影響，將變形控制在允許的范圍內(nèi)，在泵站施工前，對(duì)其所處地層視具體情況分別進(jìn)行了三重管旋噴、凍結(jié)和注漿等加固。 新奧法施工具有靈活多變的優(yōu)點(diǎn)，特別是在淤泥質(zhì)地層中施工遇突發(fā)事故 (涌水、冒砂 )時(shí)，便于及時(shí)處理，可大大減少地層的變形。本論文重點(diǎn)研究新奧法的施工技術(shù)。 施工機(jī)械方面的發(fā)展趨勢(shì)方面，在隧洞快速開(kāi)挖中 ， 優(yōu)先采用隧道掘 進(jìn)機(jī)已成為國(guó)際發(fā)展趨勢(shì)。近代掘進(jìn)機(jī)的最大特點(diǎn)是廣泛使用電子、信息技術(shù)對(duì)全部作業(yè)進(jìn)行制導(dǎo)和監(jiān)控 ， 使掘進(jìn)過(guò)程始終處于最佳狀態(tài)。其速度一般為常規(guī)鉆爆法的 8～ 10 倍 ， 最佳日進(jìn)尺可達(dá) 150 m。除速度快以外 ， 還有優(yōu)質(zhì)、安全、經(jīng)濟(jì) ， 有利于環(huán)境保護(hù)和勞動(dòng)力保護(hù)的優(yōu)點(diǎn)。但不足在于對(duì)地質(zhì)條件的適應(yīng)程度不如鉆爆法，而且造價(jià)高，對(duì)人員素質(zhì)要求高。應(yīng)根據(jù)不同的水文地質(zhì)、工程地質(zhì)、巖體力學(xué)條件來(lái)研制、使用不同類(lèi)型的掘進(jìn)機(jī)。隧道掘進(jìn)機(jī)是利用回轉(zhuǎn)刀具開(kāi)挖，同時(shí)破碎洞內(nèi)圍巖及掘進(jìn)，形成整個(gè)隧道斷面的一種新型、先進(jìn)的隧道施工機(jī)械。 蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 隧道掘 進(jìn)機(jī)包含盾構(gòu)和 TBM。一般來(lái)說(shuō)，在歐洲，盾構(gòu)也稱(chēng)為 TBM；但在日本和我國(guó)，習(xí)慣上將用于軟土地層的隧道掘進(jìn)機(jī)稱(chēng)為盾構(gòu)，將用于巖石地層的隧道掘進(jìn)機(jī)稱(chēng)為T(mén)BM。其實(shí)， TBM 就是隧道掘進(jìn)機(jī)的英文 ” Tunnel Boring Machine” 的縮寫(xiě)，但通常定義中的 TBM 是指全斷面巖石隧道掘進(jìn)機(jī)，是以巖石地層為掘進(jìn)對(duì)象，它與盾構(gòu)的主要區(qū)別就是不具備泥水壓、土壓等維護(hù)掌子面穩(wěn)定的功能。 中國(guó)產(chǎn)品多為滾壓式全斷面掘進(jìn)機(jī)，適于中硬巖至硬巖。銑切式掘進(jìn)機(jī)適用于煤層及軟巖中。在推進(jìn)油缸的軸向壓力作用下，電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)滾刀盤(pán)旋轉(zhuǎn)，將巖 石切壓破碎，其周?chē)猩锥?，隨轉(zhuǎn)動(dòng)而卸到運(yùn)輸帶上。硬巖不需支護(hù)，軟巖支護(hù)時(shí)可噴射、澆灌混凝土或裝配預(yù)制塊。該機(jī)在巖性均勻、巷道超過(guò)一定長(zhǎng)度時(shí)使用，經(jīng)濟(jì)合理。在施工機(jī)械方面的發(fā)展趨，本論文將在后面重點(diǎn)介紹隧道掘進(jìn)機(jī)。 城市環(huán)保方面的新技術(shù)，地下工程環(huán)保技術(shù)大致分為 ： ① 計(jì)算分析技術(shù)，如理論分析、數(shù)值分析和數(shù)理統(tǒng)計(jì)等； ② 試驗(yàn)監(jiān)測(cè)技術(shù)，包括地表移動(dòng)和變形監(jiān)測(cè)、地下水水質(zhì)分析、水位和水壓力監(jiān)測(cè)、現(xiàn)場(chǎng)和室內(nèi)試驗(yàn)等； ③ 施工控制技術(shù)； ④ 污染防治技術(shù)，如污水和固體廢棄物處治技術(shù)、降低噪聲和震動(dòng)的控制爆破技術(shù)叫等。前兩者是環(huán)保技 術(shù)的基礎(chǔ)，后者是其具體體現(xiàn)和最終目的。上述的技術(shù)分類(lèi)是相輔相成和辨證統(tǒng)一的，共同的目的只有一個(gè)，那就是在規(guī)章制度的保證和科學(xué)規(guī)范的管理下，使城市地下工程安全、可靠、經(jīng)濟(jì)、 “ 綠色 ” 地順利完成。 目前我國(guó)的城市地下工程主要是以解決地面交通擁擠為主要目的，這就決定了工程場(chǎng)址選擇和線路展布方向是以地面交通和土地利用狀況來(lái)決定的，地鐵車(chē)站和區(qū)間隧道都是修建利用率最高效的地段，而非最易于施工的地段。這樣以來(lái)，一方面，工程所在區(qū)域往往是人口密度大、建筑設(shè)施集中，對(duì)擬建或改建工程可能帶來(lái)的擾動(dòng)和影響有嚴(yán)格的要求和控制 ； 另一 方面，工程場(chǎng)址附近的地質(zhì)條件和施工條件，諸如巖土體類(lèi)型及其工程性質(zhì)、地下水狀況、埋深及尺寸大小等也因已有工程建筑的影響而更趨復(fù)雜。因此，地鐵與普通城市地下工程相比，對(duì)降低或消除工程建設(shè)對(duì)環(huán)境的不利影響方面要求更高。故而，地下工程環(huán)保技術(shù)在人口集中、經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的大中城市里，顯得尤為重要。 總之，本論文重點(diǎn)明確，中心突出，從盾構(gòu)法、新奧法、淺埋暗挖法等施工方法以及掘進(jìn)機(jī)等機(jī)械多方面來(lái)說(shuō)明了城市地下工程施工新技術(shù)的發(fā)展及其工程應(yīng)用。 蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 1 城市地下工程施工的現(xiàn)狀 城市地下工程施工新技術(shù)的現(xiàn)狀 在對(duì)這個(gè)問(wèn)題 進(jìn)行論述前，首先應(yīng)明晰有關(guān)的基本概念。 “ 技術(shù) ” 有廣義和狹義之分狹義上，泛指根據(jù)生產(chǎn)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和自然科學(xué)原理而發(fā)展成的各種工藝操作方法與技能，如電工技術(shù)、焊接技術(shù)等；廣義地講，還包括相應(yīng)的生產(chǎn)工具和其它物質(zhì)設(shè)備，以及生產(chǎn)的工藝過(guò)程或作業(yè)程序、方法等匯川。從這個(gè)意義上講，技術(shù)比方法的內(nèi)涵和外延要豐富和廣泛得多，但是在大量的文獻(xiàn)資料中，卻常常將技術(shù)與方法混用。一方面，施工方法是基礎(chǔ)，包括施工的思想、原則等宏觀和較高層次的內(nèi)容；另一方面，技術(shù)是實(shí)現(xiàn)其思想、原則的手段，則更為具體地體現(xiàn)為相關(guān)的材料、設(shè)備、工藝等。因此， 一套完整的地下工程施工技術(shù)應(yīng)包括上述兩個(gè)方面的所有要素和內(nèi)容。 城市地下工程施工方法現(xiàn)狀 地鐵修建過(guò)程中，主要涉及三種類(lèi)型的土建工程 ： ① 深基坑工程，主要用于車(chē)站，地下停車(chē)場(chǎng)和地下倉(cāng)庫(kù)； ② 隧道工程，主要用于地鐵區(qū)間線路修建； ③ 高架橋梁結(jié)構(gòu)工程。其中，較為典型的地下工程則是前兩者。眾所周知，地下工程是埋設(shè)在土體或巖體中的以土體或巖體為介質(zhì)和環(huán)境的工程結(jié)構(gòu)物，其設(shè)計(jì)和施工受到工程地質(zhì)條件和周?chē)h(huán)境條件等因素的控制，施工難度大，需要考慮但卻不可預(yù)見(jiàn)的因素眾多，而其中的關(guān)鍵問(wèn)題則是施工方法和技術(shù)。選擇合理的施 工技術(shù)和方法是決定地下工程成敗的關(guān)鍵因素。通常需考慮的主要因素大體上可歸納為 ： ① 工程的重要性，主要是工程投資規(guī)模和運(yùn)營(yíng)后的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效益； ② 工程的斷面尺寸、埋深等； ③ 工程所處的工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件； ④ 施工條件，包括技術(shù)條件、裝備情況、安全狀況、施工中動(dòng)力和原材料供應(yīng)情況等； ⑤ 有關(guān)地面沉降、環(huán)境污染等環(huán)境方面的要求和限制等。 其中，對(duì)地鐵施工方法有決定影響的是地質(zhì)水文條件和埋置深度。 我國(guó)城市的地質(zhì)條件按其地質(zhì)特性可分為四大類(lèi) ： 一是軟土為主，如上海市，隧道和地下車(chē)站修筑在軟土層中；二是軟弱地層與巖層 (風(fēng)化巖層 )交變，如南京、廣州等地；三是以巖層為主，如重慶、青島等地 ； 四是以砂卵層為主，如成都、北京等地。 由于地質(zhì)條件不同，所采用的施工方法也不盡相同。同時(shí)，隧道施工方法的選擇是蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 6 一項(xiàng) “ 模糊 ” 的決策過(guò)程，它依賴(lài)于有關(guān)人員的學(xué)識(shí)、經(jīng)驗(yàn)、毅力和創(chuàng)新精神。對(duì)上述影響因素進(jìn)行分析可以看出，地下工程施工及施工技術(shù)的選擇應(yīng)當(dāng)牢固樹(shù)立和堅(jiān)持技術(shù)可行、安全可靠、經(jīng)濟(jì)合理、環(huán)境優(yōu)好的理念和原則。 目前在城市地下工程中，以盾構(gòu)法、新奧法和淺埋暗挖法等應(yīng)用較為廣泛。其中盾構(gòu)法是上海地鐵和市政隧道采用的主要方法，已取得較好的效果，并 具備自主創(chuàng)新的能力，處于國(guó)內(nèi)領(lǐng)先、國(guó)際先進(jìn)的水平，其他城市也均有采用。此外還有其它的一些方法如：頂管法、沉管法、沉箱法、 TBM 法、非開(kāi)挖技術(shù)、蓋挖法和明挖法等。從地下工程相對(duì)于地面工程的特點(diǎn)出發(fā)，可將其施工方法和技術(shù)總結(jié)為 “ 一個(gè)中心，兩個(gè)基本點(diǎn) ” 。一個(gè)中心就是巖土體和工程結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定與和諧，兩個(gè)基本點(diǎn)就是開(kāi)挖和支護(hù)，這三者之間聯(lián)系密切，復(fù)雜相關(guān)。因此，無(wú)論是何種特定的施工方法，除了必須包括最基本的開(kāi)挖技術(shù)和支護(hù)技術(shù)外，還必須具有相應(yīng)的輔助技術(shù)。如 ： 管棚支護(hù)技術(shù)、抗浮錨桿、樁基托換技術(shù)、旋噴樁、超前錨桿、地下連 續(xù)墻、注漿技術(shù)及降水技術(shù)等。 施工方法和施工工藝方面的新技術(shù)及發(fā)展趨勢(shì) 目前我國(guó)城市地下工程的施工方法主要有 9 種，是由多種技術(shù)組成的，除了開(kāi)挖技術(shù)和支護(hù)技術(shù)外，至少還包括下述幾個(gè)方面的輔助技術(shù)。 巖土加固技術(shù) 主要是指在特殊地質(zhì)條件和建筑環(huán)境下采用的用以加固圍巖和地基的技術(shù)措施，如： 人工凍結(jié)技術(shù) (Freezing Method )： 是利用人工制冷的方法把土壤中的水凍結(jié)并形成凍土帷幕，用人工凍土帷幕來(lái)抵抗水土壓力，以保證開(kāi)挖順利進(jìn)行的施工方法。作為一種成熟的施工方法，凍結(jié)法在國(guó)際上已有 100 多年的歷史，我國(guó)采用此法已有 40 多年的歷史。確切地說(shuō)，凍結(jié)法不是一種開(kāi)挖方法，而是面向含水地層的一種加固技術(shù)，常作為輔助技術(shù)，配合著其他開(kāi)挖方法使用。 SMW 技術(shù) ： 是采用特殊多軸攪拌鉆機(jī)在原地層中切碎土體，同時(shí)由鉆機(jī)前端注人水泥漿懸濁液與切碎土體攪拌充分混合而形成止水性較高的水泥土擋墻，并按擋墻功能插人加強(qiáng)芯材的一種地下施工技術(shù)。同其他圍護(hù)結(jié)構(gòu)形式相比， SMW 連續(xù)墻施工步驟如下片圖 1－ 1 到 1－ 9所示， SMW 擋墻對(duì)周?chē)貙佑绊懶　⑹┕ぴ胍粜?、無(wú)振動(dòng)、工期短；廢土量少，基本無(wú)泥漿污染 ； 施工占地少；圍護(hù)結(jié) 構(gòu)剛度大；經(jīng)濟(jì)性好。 蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 圖 11 導(dǎo)溝開(kāi)挖確定是否有障礙物及嫩泥水溝 圖 12 罷放導(dǎo)軌 圖 13 設(shè)定施工標(biāo)志 圖 14 SMW鉆拌鉆掘攪拌程序 圖 15 罷放應(yīng)力補(bǔ)強(qiáng)材 圖 16 固定應(yīng)力補(bǔ)強(qiáng)材 蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8 圖 17 施工完成 SMW 圖 18 廢土運(yùn)出 圖 19 型鋼頂端連續(xù)梁施工澆筑鋼筋混凝土 SMW 技術(shù)起源于美國(guó)而成熟于日本。 此外，還有許多其它的地層加固和預(yù)支護(hù)技術(shù)，如 ： 管棚支護(hù)技術(shù)、抗浮錨桿、樁基托換技術(shù)、旋噴樁、超前錨桿、地下連續(xù)墻、注漿技術(shù)及降水技術(shù)等。 防水技術(shù) 防水技術(shù)是城市地下工程領(lǐng)域中的重要內(nèi)容及關(guān)鍵技術(shù)之一，不但關(guān)系到工程的施工、運(yùn)營(yíng)狀況、使用功能及使用壽命等，而且與人類(lèi)生存的大環(huán)境也息息相關(guān)。國(guó)民經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略對(duì)環(huán)境保護(hù)特別是水資源保護(hù)提出了更高的要求，因此，我國(guó)已制定了許多相關(guān)的防水工程技術(shù)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，防水工 程有關(guān)規(guī)范及技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)共計(jì) 105 項(xiàng)，其中與地下防水工程有關(guān)的專(zhuān)項(xiàng)規(guī)范 20項(xiàng)。 地下工程防水的主要方法有 ： 結(jié)構(gòu)防水、注漿防水、排水、滲漏水防治等。其中結(jié)構(gòu)防水為主要的防水措施，其又包括混凝土結(jié)構(gòu)的主體防水、混凝土細(xì)部構(gòu)造防水以及采用特殊施工技術(shù)結(jié)構(gòu)防水。而特殊施工技術(shù)結(jié)構(gòu)防水包括盾構(gòu)法隧道、 TBM 法隧道、蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 新奧法隧道、淺埋暗挖法地下工程、沉管、沉箱、沉井頂管、 CL 法隧道、蓋挖法、明挖法、巖土加固技術(shù)防水等。 地下工程防水技術(shù)的整體質(zhì)量要求是要作到 ： 不滲不漏，保證排水暢通，確保工程結(jié)構(gòu)良好的防水和使用功能。因此，必 須從四個(gè)環(huán)節(jié)作到精益求精，即優(yōu)質(zhì)的材料、科學(xué)的設(shè)計(jì)、精心的施工和規(guī)范的管理。特別是要重視結(jié)構(gòu)自防水技術(shù)，由專(zhuān)業(yè)隊(duì)伍來(lái)完成防水工程施工。同時(shí)應(yīng)淡化附加防水層作用，重視自防水混凝土的開(kāi)發(fā)和利用。依靠技術(shù)進(jìn)步，不斷研究與開(kāi)發(fā)新技術(shù)、新材料、新工藝，完善防水技術(shù)的規(guī)程與規(guī)范網(wǎng)，努力提高城市地下工程防水技術(shù)水平和質(zhì)量。 信息技術(shù) 與地面建筑相比，地下構(gòu)筑物處于巖土介質(zhì)之中，其最大的特點(diǎn)就是地質(zhì)環(huán)境復(fù)雜，影響因素眾多，基礎(chǔ)信息匾乏，是涉及巖土力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)、基礎(chǔ)工程、原位測(cè)試和施工技術(shù)等多學(xué)科的復(fù)雜系統(tǒng)工程 。這使得地下建筑在變形特性、結(jié)構(gòu)特征、初始應(yīng)力場(chǎng)分布、溫度和地下水作用效應(yīng)等眾多方面都表現(xiàn)出明顯的非均質(zhì)性、非連續(xù)性、離散性和非線性等特點(diǎn)，致使地下建筑物在施工、運(yùn)營(yíng)階段表現(xiàn)出相當(dāng)獨(dú)特和復(fù)雜的力學(xué)特征，其變形規(guī)律和受力特點(diǎn)無(wú)論是理論分析、數(shù)值模擬或室內(nèi)外試驗(yàn)，均難以準(zhǔn)確把握。因此，通過(guò)將理論成果與試驗(yàn)、實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)照校驗(yàn)，采用相應(yīng)的方法進(jìn)行模擬、評(píng)價(jià)和預(yù)測(cè)，并修改和完善設(shè)計(jì)施工參數(shù)，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)施工和管理，已成為一種合理可行的方法， “ 信息化施工技術(shù) ” 應(yīng)運(yùn)而生。 目前在地下工程中最常見(jiàn)的提法和概念莫過(guò)于 “ 信息化 施工技術(shù) ” ，在許多文獻(xiàn)中都有敘述。按有些學(xué)者的定義，所謂信息化施工，即在施工過(guò)程中，以質(zhì)量控制為目標(biāo)，通過(guò)對(duì)大量施工及監(jiān)測(cè)信息的采集、分解、分類(lèi)以及處理，提取施工參數(shù)中影響施工質(zhì)量的控制變量及其對(duì)應(yīng)的信息因子，通過(guò)漸進(jìn)逼近的方法將控制變量進(jìn)行全過(guò)程調(diào)整和優(yōu)化，指導(dǎo)整個(gè)施工過(guò)程，同時(shí)依據(jù)前步施工監(jiān)測(cè)信息及施工參數(shù)的變化規(guī)律，推斷下一步施工工況及其對(duì)策，施工影響與控制貫穿于整個(gè)施工過(guò)程始終，它是一個(gè)動(dòng)態(tài)跟蹤的過(guò)程。以施工監(jiān)測(cè)和信息反饋為顯著特征的信息化設(shè)計(jì)，是將監(jiān)測(cè)技術(shù)、力學(xué)計(jì)算及經(jīng)驗(yàn)評(píng)估等結(jié)合成一體的地下工程 設(shè)計(jì)方法。據(jù)此，凡是與信息采集、信息處理和信息反饋這三個(gè)環(huán)節(jié)有關(guān)的所有技術(shù)和方法，如地下工程位移和應(yīng)力的量測(cè)、地下水觀測(cè)、地表位移和沉降觀測(cè)、隨機(jī)介質(zhì)理論、時(shí)空效應(yīng)原理等，都應(yīng)從屬于信息化施工技術(shù)。 但是仔細(xì)分析 ” 信息化施工技術(shù) ” 的概念不難看出，起源于新奧法的信息化施工技蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 術(shù)只是借助于現(xiàn)代量測(cè)技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等方法和手段，對(duì)地下工程施工這一復(fù)雜的力學(xué)過(guò)程中所蘊(yùn)涵的信息進(jìn)行綜合甄別、分析、處理，從而優(yōu)化施工參數(shù)和進(jìn)程，它是保證工程順利施工和安全運(yùn)營(yíng)的一種輔助技術(shù)。同其他輔助技