浅谈隧道工程的暗挖法施工技术

2012-08-30 16:54:00 科学时代·下半月 2012年6期

张占敏

[摘 要] 近年来,随着我国公路交通建设速度的不断加快,各类隧道工程建设也出现了前所未有的新局面。在各类隧道施工方法中,暗挖法施工技术应用最为广泛。本文重点阐述了各类暗挖法施工技术的基本原理,对比了它们的优缺点,为进一步扩大它们的应用奠定了基础。

[关键词] 隧道工程暗挖法施工技术

1.引言

隧道及地下建筑工程施工时,须先开挖出相应的空间,然后在其中修筑衬砌。施工方法的选择,应以地质、地形及环境条件以及埋置深度为主要依据,其中对施工方法有决定性影响的是埋置深度。埋置较浅的工程,施工时先从地面挖基坑或堑壕,修筑衬砌之后再回填,这就是明挖法。当埋深超过一定限度后,明挖法不再适用,而要改用暗挖法,即不挖开地面,采用在地下挖洞的方式施工。目前,隧道工程的暗挖法已经成为隧道施工的主流技术,在各类公路、铁路以及城市地铁隧道中都有广泛的应用。

2.公路路基加固的主要方法

2.1 矿山法

矿山法是一种传统的施工力法,是人们在长期的施工实践中发展起来的。矿山法是指用开挖地下坑道的作业方式修建隧道的施工方法。矿山法的基本理论依据是,隧道开挖后受爆破影响,造成围岩体破裂形成松弛状态,随时都有可能坍落。鉴于这种松弛荷载理论依据,其施工方法是采取分割式按分部顺序一块一块的开挖,并妥求边挖边撑以策安全,所以支撑复杂,材料消耗多。由于这种施工方法,因其工作面小,不能使用大型的凿岩钻孔设备和装卸运输工具,故施工进度慢,建设周期长,机械化程度低,耗用劳力多。但矿山法投入小,造价低,但只适合土质较好的城市地区和山岭隧道。它是适合于城市地区松散土介质围岩条件下,隧道埋深小于或等于隧道直径,以很小的地表沉降修筑隧道的技术方法。它的突出优势在于不影响城市交通,无污染、无噪声,而且适合于各种尺寸与断面形式的隧道洞室。

2.2 新奥法

新奥法是新奥地利隧道施工方法的简称,在我国常把新奥法称为“锚喷构筑法”。新奥法是应用岩体力学理论,以维护和利用围岩的自承能力为基点,采用锚杆和喷射混凝土为主要支护手段,及时的进行支护,控制围岩的变形和松弛,使围岩成为支护体系的组成部分,并通过对围岩和支护的量测、监控来指导隧道施工和地下工程设计施工的方法和原则。新奥法是在利用围岩本身所具有的承载效能的前提下,采用毫秒爆破和光面爆破技术,进行全断面开挖施工,并以形成复合式内外两层衬砌来修建隧道的洞身,即以喷混凝土、锚杆、钢筋网、钢支撑等为外层支护形式,称为初次柔性支护。在洞身开挖之后必须立即进行的支护工作。因为蕴藏在山体中的地应力由于开挖成洞而产生再分配,隧道空间靠空洞效应而得以保持稳定,也就是说承载地应力的主要是围岩体本身。而采用初次喷锚柔性支护的作用,是使围岩体自身的承载能力得到最大限度的发挥,第二次衬砌主要是起安全储备和装饰美化作用。传统法认为巷道围岩是一种荷载,应用后壁混凝土进行支护。而新奥法将围岩作为巷道构件的承载部分,因此施工时应尽可能全截面掘进,以减少巷道周围围岩应力的扰动,并采用光面爆破,微差爆破等措施,减少对围岩的震动以保全其整体性。新奥法将锚杆、喷射混凝土适当进行组合,形成比较薄的衬砌层,即用锚杆和喷射混凝土来支护围岩,使喷射层与围岩紧密结合,形成围岩-支护系统,保持两者的共同变形,故而可以最大限度地利用围岩本身的承载力。

2.3 掘进机法

掘进机法是挖掘隧道、巷道及其它地下空间的一种方法。它是用特制的大型切削设备,将岩石剪切挤压破碎,然后通过配套的运输设备将碎石运出。掘进机法可分为全断面掘进机的开挖施工、独臂钻的开挖施工、天井钻的开挖施工、带盾构的掘进法等。

2.4 盾构法

盾构法是暗挖法施工中的一种全机械化施工方法,它是将盾构机械在地中推进,通过盾构外壳和管片支承四周围岩防止发生往隧道内的坍塌,同时在开挖面前方用切削装置进行土体开挖,通过出土机械运出洞外,靠千斤顶在后部加压顶进,并拼装预制混凝土管片,形成隧道结构的一种机械化施工方法。采用盾构法施工时首先要在置放盾构机的地方打一个垂直井,再用混泥土墙进行加固;然后将盾构机安装到井底,并装配相应的千斤顶;利用千斤顶之力驱动井底部的盾构机往水平方向前进,形成隧道;将开挖好的隧道边墙用事先制作好的混泥土衬砌加固,地压较高时可以采用浇铸的钢制衬砌加固来代替混泥土衬砌。

盾构法的主要优点包括除竖井施工外,施工作业均在地下进行,既不影响地面交通,又可减少对附近居民的噪声和振动影响;盾构推进、出土、拼装衬砌等主要工序循环进行,施T易于管理,施工人员也比较少;土方量少;穿越河道时不影响航运;施工不受风雨等气候条件的影响;在地质条件差、地下水位高的地方建设埋深较大的隧道,盾构法有较高的技术经济优越性。 不足之处在于:断面尺寸多变的区段适应能力差; 新型盾构购置费昂贵,对施工区段短的工程不太经济。

3.结语

近年来,随着我国经济的迅速发展,交通运输事业也进入了一个快速发展的阶段。随着公路建设规模的不断增加,在各类地区修建各种隧道的数量也越来越多。隧道施工工艺的选择要结合实际的施工条件、场地情况。在目前常见的施工工艺中,暗挖法是应用最为广泛的一种施工工艺。相信随着我国运输事业的不断发展,道路建设投资将不断加大,暗挖法的隧道施工工艺将会得到进一步的发展和完善。