【文章內(nèi)容簡介】 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，上海地鐵一號線采用了新奧法的施工施法。 地鐵一號線全長 km， 沿線共設七座泵站，其中思南路、寧海西路 (上、下行線 )、長沙路和南蘇州河路四座泵站由我單位負責施工。這四座泵站地面環(huán)境極為復雜，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度極低，且受地下水的影響，自穩(wěn)性很差，幾乎無自立能力為了充分利用土層自身的力學特性，最大限度地減少泵站施工對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，對其所處地層視具體情況分別進行了三重管旋噴、凍結(jié)和注漿等加固。 新奧法施工具有靈活多變的優(yōu)點，特別是在淤泥質(zhì)地層中施工遇突發(fā)事故 (涌水、冒砂 )時，便于及時處理，可大大減少地層的變形。本論文重點研究新奧法的施工技術(shù)。 施工機械方面的發(fā)展趨勢方面，在隧洞快速開挖中 ， 優(yōu)先采用隧道掘 進機已成為國際發(fā)展趨勢。近代掘進機的最大特點是廣泛使用電子、信息技術(shù)對全部作業(yè)進行制導和監(jiān)控 ， 使掘進過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 ， 最佳日進尺可達 150 m。除速度快以外 ， 還有優(yōu)質(zhì)、安全、經(jīng)濟 ， 有利于環(huán)境保護和勞動力保護的優(yōu)點。但不足在于對地質(zhì)條件的適應程度不如鉆爆法，而且造價高，對人員素質(zhì)要求高。應根據(jù)不同的水文地質(zhì)、工程地質(zhì)、巖體力學條件來研制、使用不同類型的掘進機。隧道掘進機是利用回轉(zhuǎn)刀具開挖，同時破碎洞內(nèi)圍巖及掘進，形成整個隧道斷面的一種新型、先進的隧道施工機械。 蘭州交通大學畢業(yè)設計（論文） 4 隧道掘 進機包含盾構(gòu)和 TBM。一般來說，在歐洲，盾構(gòu)也稱為 TBM；但在日本和我國，習慣上將用于軟土地層的隧道掘進機稱為盾構(gòu)，將用于巖石地層的隧道掘進機稱為TBM。其實， TBM 就是隧道掘進機的英文 ” Tunnel Boring Machine” 的縮寫，但通常定義中的 TBM 是指全斷面巖石隧道掘進機，是以巖石地層為掘進對象，它與盾構(gòu)的主要區(qū)別就是不具備泥水壓、土壓等維護掌子面穩(wěn)定的功能。 中國產(chǎn)品多為滾壓式全斷面掘進機，適于中硬巖至硬巖。銑切式掘進機適用于煤層及軟巖中。在推進油缸的軸向壓力作用下，電動機驅(qū)動滾刀盤旋轉(zhuǎn)，將巖 石切壓破碎，其周圍有勺斗，隨轉(zhuǎn)動而卸到運輸帶上。硬巖不需支護，軟巖支護時可噴射、澆灌混凝土或裝配預制塊。該機在巖性均勻、巷道超過一定長度時使用，經(jīng)濟合理。在施工機械方面的發(fā)展趨，本論文將在后面重點介紹隧道掘進機。 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 計算分析技術(shù)，如理論分析、數(shù)值分析和數(shù)理統(tǒng)計等； ② 試驗監(jiān)測技術(shù)，包括地表移動和變形監(jiān)測、地下水水質(zhì)分析、水位和水壓力監(jiān)測、現(xiàn)場和室內(nèi)試驗等； 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)、降低噪聲和震動的控制爆破技術(shù)叫等。前兩者是環(huán)保技 術(shù)的基礎，后者是其具體體現(xiàn)和最終目的。上述的技術(shù)分類是相輔相成和辨證統(tǒng)一的，共同的目的只有一個，那就是在規(guī)章制度的保證和科學規(guī)范的管理下，使城市地下工程安全、可靠、經(jīng)濟、 “ 綠色 ” 地順利完成。 目前我國的城市地下工程主要是以解決地面交通擁擠為主要目的，這就決定了工程場址選擇和線路展布方向是以地面交通和土地利用狀況來決定的，地鐵車站和區(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，一方面，工程所在區(qū)域往往是人口密度大、建筑設施集中，對擬建或改建工程可能帶來的擾動和影響有嚴格的要求和控制 ； 另一 方面，工程場址附近的地質(zhì)條件和施工條件，諸如巖土體類型及其工程性質(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雜。因此，地鐵與普通城市地下工程相比，對降低或消除工程建設對環(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)濟發(fā)達的大中城市里，顯得尤為重要。 總之，本論文重點明確，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機等機械多方面來說明了城市地下工程施工新技術(shù)的發(fā)展及其工程應用。 蘭州交通大學畢業(yè)設計（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 在對這個問題 進行論述前，首先應明晰有關(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)實踐經(jīng)驗和自然科學原理而發(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，還包括相應的生產(chǎn)工具和其它物質(zhì)設備，以及生產(chǎn)的工藝過程或作業(yè)程序、方法等匯川。從這個意義上講，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，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、設備、工藝等。因此， 一套完整的地下工程施工技術(shù)應包括上述兩個方面的所有要素和內(nèi)容。 城市地下工程施工方法現(xiàn)狀 地鐵修建過程中，主要涉及三種類型的土建工程 ： ① 深基坑工程，主要用于車站，地下停車場和地下倉庫； 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，其設計和施工受到工程地質(zhì)條件和周圍環(huán)境條件等因素的控制，施工難度大，需要考慮但卻不可預見的因素眾多，而其中的關(guān)鍵問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)模和運營后的社會、經(jīng)濟和環(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、施工中動力和原材料供應情況等； 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。 我國城市的地質(zhì)條件按其地質(zhì)特性可分為四大類 ： 一是軟土為主，如上海市，隧道和地下車站修筑在軟土層中；二是軟弱地層與巖層 (風化巖層 )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，隧道施工方法的選擇是蘭州交通大學畢業(yè)設計（論文） 6 一項 “ 模糊 ” 的決策過程，它依賴于有關(guān)人員的學識、經(jīng)驗、毅力和創(chuàng)新精神。對上述影響因素進行分析可以看出，地下工程施工及施工技術(shù)的選擇應當牢固樹立和堅持技術(shù)可行、安全可靠、經(jīng)濟合理、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，處于國內(nèi)領(lǐng)先、國際先進的水平，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、非開挖技術(shù)、蓋挖法和明挖法等。從地下工程相對于地面工程的特點出發(fā)，可將其施工方法和技術(shù)總結(jié)為 “ 一個中心，兩個基本點 ” 。一個中心就是巖土體和工程結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定與和諧，兩個基本點就是開挖和支護，這三者之間聯(lián)系密切，復雜相關(guān)。因此，無論是何種特定的施工方法，除了必須包括最基本的開挖技術(shù)和支護技術(shù)外，還必須具有相應的輔助技術(shù)。如 ： 管棚支護技術(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 目前我國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，除了開挖技術(shù)和支護技術(shù)外，至少還包括下述幾個方面的輔助技術(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，用人工凍土帷幕來抵抗水土壓力，以保證開挖順利進行的施工方法。作為一種成熟的施工方法，凍結(jié)法在國際上已有 100 多年的歷史，我國采用此法已有 40 多年的歷史。確切地說，凍結(jié)法不是一種開挖方法，而是面向含水地層的一種加固技術(shù)，常作為輔助技術(shù)，配合著其他開挖方法使用。 SMW 技術(shù) ： 是采用特殊多軸攪拌鉆機在原地層中切碎土體，同時由鉆機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芯材的一種地下施工技術(shù)。同其他圍護結(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 擋墻對周圍地層影響小、施工噪音小、無振動、工期短；廢土量少，基本無泥漿污染 ； 施工占地少；圍護結(jié) 構(gòu)剛度大；經(jīng)濟性好。 蘭州交通大學畢業(yè)設計（論文） 7 圖 11 導溝開挖確定是否有障礙物及嫩泥水溝 圖 12 罷放導軌 圖 13 設定施工標志 圖 14 SMW鉆拌鉆掘攪拌程序 圖 15 罷放應力補強材 圖 16 固定應力補強材 蘭州交通大學畢業(yè)設計（論文） 8 圖 17 施工完成 SMW 圖 18 廢土運出 圖 19 型鋼頂端連續(xù)梁施工澆筑鋼筋混凝土 SMW 技術(shù)起源于美國而成熟于日本。 此外，還有許多其它的地層加固和預支護技術(shù)，如 ： 管棚支護技術(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、運營狀況、使用功能及使用壽命等，而且與人類生存的大環(huán)境也息息相關(guān)。國民經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略對環(huán)境保護特別是水資源保護提出了更高的要求，因此，我國已制定了許多相關(guān)的防水工程技術(shù)規(guī)范和標準。據(jù)不完全統(tǒng)計，防水工 程有關(guān)規(guī)范及技術(shù)標準共計 105 項，其中與地下防水工程有關(guān)的專項規(guī)范 20項。 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、蘭州交通大學畢業(yè)設計（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 須從四個環(huán)節(jié)作到精益求精，即優(yōu)質(zhì)的材料、科學的設計、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)，由專業(yè)隊伍來完成防水工程施工。同時應淡化附加防水層作用，重視自防水混凝土的開發(fā)和利用。依靠技術(shù)進步，不斷研究與開發(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，其最大的特點就是地質(zhì)環(huán)境復雜，影響因素眾多，基礎信息匾乏，是涉及巖土力學、結(jié)構(gòu)力學、基礎工程、原位測試和施工技術(shù)等多學科的復雜系統(tǒng)工程 。這使得地下建筑在變形特性、結(jié)構(gòu)特征、初始應力場分布、溫度和地下水作用效應等眾多方面都表現(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，致使地下建筑物在施工、運營階段表現(xiàn)出相當獨特和復雜的力學特征，其變形規(guī)律和受力特點無論是理論分析、數(shù)值模擬或室內(nèi)外試驗，均難以準確把握。因此，通過將理論成果與試驗、實測數(shù)據(jù)進行對照校驗，采用相應的方法進行模擬、評價和預測，并修改和完善設計施工參數(shù)，實現(xiàn)動態(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) ” 應運而生。 目前在地下工程中最常見的提法和概念莫過于 “ 信息化 施工技術(shù) ” ，在許多文獻中都有敘述。按有些學者的定義，所謂信息化施工，即在施工過程中，以質(zhì)量控制為目標，通過對大量施工及監(jiān)測信息的采集、分解、分類以及處理，提取施工參數(shù)中影響施工質(zhì)量的控制變量及其對應的信息因子，通過漸進逼近的方法將控制變量進行全過程調(diào)整和優(yōu)化，指導整個施工過程，同時依據(jù)前步施工監(jiān)測信息及施工參數(shù)的變化規(guī)律，推斷下一步施工工況及其對策，施工影響與控制貫穿于整個施工過程始終，它是一個動態(tài)跟蹤的過程。以施工監(jiān)測和信息反饋為顯著特征的信息化設計，是將監(jiān)測技術(shù)、力學計算及經(jīng)驗評估等結(jié)合成一體的地下工程 設計方法。據(jù)此，凡是與信息采集、信息處理和信息反饋這三個環(huán)節(jié)有關(guān)的所有技術(shù)和方法，如地下工程位移和應力的量測、地下水觀測、地表位移和沉降觀測、隨機介質(zhì)理論、時空效應原理等，都應從屬于信息化施工技術(shù)。 但是仔細分析 ” 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畢業(yè)設計（論文） 10 術(shù)只是借助于現(xiàn)代量測技術(shù)、計算機技術(shù)、網(wǎng)絡技術(shù)等方法和手段，對地下工程施工這一復雜的力學過程中所蘊涵的信息進行綜合甄別、分析、處理，從而優(yōu)化施工參數(shù)和進程，它是保證工程順利施工和安全運營的一種輔助技術(shù)。同其他輔助技