隧道的開挖施工方法的技術(shù)特點(diǎn)對比分析
2008-11-12 00:00
關(guān)鍵詞：隧道；頂管法；盾構(gòu)法；淺埋暗挖法
1. 頂管法
頂管施工是一種非開挖敷設(shè)地下管道的施工方法，其借助于主頂油缸及管道間中繼間等的推力，把工具管或掘進(jìn)機(jī)從工作坑內(nèi)穿過土層一直推到接受坑內(nèi)吊起，與此同時，把緊隨工具管或掘進(jìn)機(jī)后的管道埋設(shè)在兩坑之間。它不需要開挖面，并且能夠穿越公路、鐵道、河川、地面建筑物、地下構(gòu)筑物以及各種地下管線等。
1.1 國外發(fā)展現(xiàn)狀
頂管施工最早始于1896年美國的北太平洋鐵路鋪設(shè)工程。20世紀(jì)60年代以后，隨著液壓技術(shù)的發(fā)展使得頂管施工法獲得了迅速推廣應(yīng)用。日本于1948開始使用頂管施工法，當(dāng)時主要是采用鑄鐵管和鋼套管，20世紀(jì)50年代后開始采用混凝土管。為了適應(yīng)不同的地層條件和滿足不同的施工要求，各國對頂管施工方法和施工設(shè)備進(jìn)行了改進(jìn)，以便頂進(jìn)距離更長、直徑更大的管道。德國是世界公認(rèn)的大口徑混凝土頂管技術(shù)先進(jìn)的國家。
1.2 國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀
我國上海和北京早在20世紀(jì)50年代末就有使用頂管方法穿越鐵路和堤壩的先例。此后，我國的頂管技術(shù)有了長足的進(jìn)步和發(fā)展，并在大直徑、長距離頂管技術(shù)方面處于國際領(lǐng)先地位。尤其是上海市引進(jìn)了日本的800mm Telemate頂管掘進(jìn)機(jī)（具有機(jī)械平衡土壓力和泥水平衡地下水壓力的雙重平衡和電視遙控功能）以后，隨之也引進(jìn)了一些頂管理論、施工技術(shù)和管理經(jīng)驗(yàn)。
1.3 頂管法的應(yīng)用范圍
頂管施工隨著城市建設(shè)的發(fā)展已越來越普及，應(yīng)用的領(lǐng)域也越來越寬。目前廣泛應(yīng)用到自來水管、煤氣管、動力電纜、通信電纜和發(fā)電廠循環(huán)水冷卻系統(tǒng)等管道的施工中。并在頂管的基礎(chǔ)上發(fā)展成一門非開挖施工技術(shù)，還成立了各種非開挖施工協(xié)會，創(chuàng)辦了有關(guān)的事業(yè)刊物。
2. 盾構(gòu)法
盾構(gòu)法是使用專門機(jī)具盾構(gòu)在軟巖和土體中開挖隧道的一種施工方法，施工時先在隧道某段的一端建造豎井或基坑，以供盾構(gòu)安裝就位，然后盾構(gòu)從豎井或基坑的墻壁開孔處出發(fā)，在地層中沿著設(shè)計軸線，向另一豎井或基坑的設(shè)計孔洞推進(jìn)。
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2.1 國外發(fā)展?fàn)顩r
盾構(gòu)施工技術(shù)最早由法國的工藝師布魯諾爾首創(chuàng)，自1834年英國倫敦的泰晤士河的水底隧道工程以來，已有170余年的歷史。1865年巴爾勞首次采用圓形盾構(gòu)，并用鑄鐵管片作為地下隧道襯砌。1830年口切蘭斯爵士發(fā)明了氣壓法。1874年，格雷塞德較完整地提出了氣壓盾構(gòu)法的施工工藝，并且首創(chuàng)了在盾尾后面的襯砌外圍環(huán)形空隙中壓漿的施工方法，為盾構(gòu)法發(fā)展起了重大的推動作用。二十世紀(jì)初，盾構(gòu)施工法已在美、英、德、蘇、法等國開始推廣。前蘇聯(lián)從20世紀(jì)40年代起開始使用盾構(gòu)修建地下鐵道的區(qū)間隧道及車站。從20世紀(jì)60年代起，盾構(gòu)法在日本得到迅速發(fā)展。1993年建成的連接英法兩國的英吉利海峽隧道全部采用盾構(gòu)法技術(shù)施工，該隧道的修建標(biāo)志著盾構(gòu)施工技術(shù)的進(jìn)入到了一個新的時代。
2.2 國內(nèi)發(fā)展?fàn)顩r
我國第一個五年計劃期間，在東北阜新煤礦曾用直徑2.6m盾構(gòu)及小型混凝土預(yù)制塊修建疏水巷道。1957年北京下水道工程中采用的為直徑2.0m及2.6m的盾構(gòu)。1963年上海開始進(jìn)行盾構(gòu)隧道工程試驗(yàn)。1967年至1969年，采用10m盾構(gòu)及單層鋼筋混凝士管片建成了上海第一條黃浦江越江道路隧道--打浦路隧道。1987年建成的延安東路隧道，外徑為11m。2004年11月28日，長江上第一條過江隧道--武漢過江隧道開工，其采用盾構(gòu)機(jī)直徑達(dá)11m，為國內(nèi)迄今為止水壓力最高、最長的盾構(gòu)法城市道路隧道、最長的盾構(gòu)法城市道路隧道。2005年3月，上海黃浦江越江公路隧道--翔殷路隧道全線貫通，翔殷路隧道采用直徑11.58m的超大型泥水平衡盾構(gòu)掘進(jìn)，是目前中國最大的盾構(gòu)法施工隧道。
2.3 盾構(gòu)法的應(yīng)用范圍
盾構(gòu)法施工建設(shè)對地面干擾小、施工速度快、安全、機(jī)械化和自動化程度高，可以跨越江、湖、海，進(jìn)行全方位作業(yè)。在城市建筑密集、地下管線密集的地方選用盾構(gòu)法施工相對其它隧道開挖方法對環(huán)境影響小。隨著隧道建設(shè)的需求，盾構(gòu)隧道的大深度地下利用、各種斷面形式盾構(gòu)機(jī)的研制和盾構(gòu)施工的安全性、經(jīng)濟(jì)性等成為盾構(gòu)施工今后的發(fā)展方向。
3. 淺埋暗挖法
淺埋暗挖法是王夢恕院士在借鑒外國成功經(jīng)驗(yàn)，以及我國山嶺隧道硬巖新奧法施工經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，結(jié)合中國國情和地質(zhì)與水文地質(zhì)情況，主持創(chuàng)造的小導(dǎo)管超前支護(hù)施工技術(shù)。在1987年8月北京市科委和鐵道部科技司組織的成果鑒定會上，正式定名為"淺埋暗挖法"。淺埋暗挖法沿用了新奧法的基本原理，創(chuàng)建了信息化量測反饋設(shè)計和施工的新理念。其采用先柔后剛復(fù)合式襯砌新型支護(hù)結(jié)構(gòu)體系，初期支護(hù)按承擔(dān)全部基本荷載設(shè)計，二次襯砌作為安全儲備；采用初期支護(hù)和二次襯砌共同承擔(dān)特殊荷載。
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3.1 國外發(fā)展?fàn)顩r
20世紀(jì)70年代初，國外開始將新奧法應(yīng)用于淺埋地層的研究，至70年代末80年代初已基本形成了一套完整的技術(shù)。德國是當(dāng)今地下工程應(yīng)用新奧法技術(shù)最多的國家，不僅在地鐵區(qū)間隧道建設(shè)中應(yīng)用，而且在多層多線路大斷面地鐵站中廣泛應(yīng)用，如慕尼黑、法蘭克福、波鴻、紐倫堡地鐵站等，其技術(shù)水平已經(jīng)發(fā)展到了較高水平。日本于1976年開始在城市地鐵建設(shè)中應(yīng)用新奧法，在學(xué)習(xí)我國小導(dǎo)管技術(shù)的基礎(chǔ)上，開始逐漸使用新奧法修建城市地下工程。
3.2 國內(nèi)發(fā)展?fàn)顩r
我國在20世紀(jì)70年代末80年代初開始將新奧法原理應(yīng)用于地下工程施工，80年代中期開始系統(tǒng)研究新奧法在淺埋較弱地層中的應(yīng)用。1984年，首先在大秦線軍都山鐵路隧道雙線進(jìn)口黃土試驗(yàn)段研究成功。1986年北京地鐵復(fù)興門折線工程的設(shè)計與施工中，應(yīng)用淺埋暗挖技術(shù)并獲得成功。隨后，又成功應(yīng)用于北京復(fù)興門至西單區(qū)間地鐵車站、原國家計委地下停車場、首鋼地下運(yùn)輸廊道、城市地下熱力與電力管道、長安街地下過街通道以及深圳地下過街通道等地下工程。
3.3 淺埋暗挖法的應(yīng)用范圍
淺埋暗挖法它主要適用于不宜明挖施工的土質(zhì)或軟弱無膠結(jié)的砂、卵石等地層，覆跨比大于0.2的淺埋地下洞室，尤其適用于結(jié)構(gòu)埋置淺、地面建筑物密集、交通運(yùn)輸繁忙、地下管線密布等對地面沉降要求嚴(yán)格的都市城區(qū)。開挖方法有正臺階法、單側(cè)壁導(dǎo)洞法、中隔墻法、雙側(cè)壁導(dǎo)洞法）等。該方法具有靈活多變、對地面道路和地下管網(wǎng)影響不大、拆遷占地少、不擾民、不干擾交通、不污染城市環(huán)境、簡單易行和無需專用設(shè)備等優(yōu)點(diǎn)。
參考文獻(xiàn)：
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[3] 黃忠明. 穿越密集建筑群的地下頂管施工對策[J]. 建筑施工, 1992,(02).
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[5] 王承德. 近十年來超長距離頂管發(fā)展?fàn)顩r[J]. 特種結(jié)構(gòu), 1997,(04).
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