地下工程中常用開挖方法

羅志堅

中鐵十六局集團有限公司北京軌道交通工程建設有限公司

地下工程中常用開挖方法

羅志堅

中鐵十六局集團有限公司北京軌道交通工程建設有限公司

隨著經濟的發展和社會的進步，城市化進程也在不斷加快，大量人口紛紛涌向城市，隨之而來的就是人口激增、交通擁堵，住房緊缺等一系列問題，為了有效緩解用地面積緊張以及人口壓力，地下工程在眾多基礎設施建設中以其開發并有效利用地下資源的優勢脫穎而出，并且進入了蓬勃發展的階段。在現代城市建設中，地鐵、市政給排水以及隧道施工項目逐漸增多，地下工程建設項目正如火如荼的展開。本文主要針對地下工程建設中的幾種常見開挖方法進行分析和探討，以供參考和借鑒。

地下工程；盾構法；新奧法

1 引言

現階段，隨著地下基礎設設施建設項目的逐漸增多，地下工程建設過程中所使用到的開挖方法也是多種多樣，那么在考慮多種影響因素的基礎上，如何能夠在在眾多的開挖方法中做出合理有效的選擇，就成為地下工程施工的重點，下面我們就針對地下工程建設中常見的集中開挖方法進行具體的研究

2 明挖法

明挖法主要是指將隧道處的巖土通過開挖來達到整體挖除的目的，接著在其開挖處修建地下結構，采用回填的方法使其恢復原貌。明挖法主要分為以下幾種基本類型：一、先墻后拱法；二、先拱后墻法；三、墻拱交替法。明挖法主要優點主要有：一、工序簡便快捷；二、經濟安全；三、施工作業面廣。相比于暗挖法，更加安全、高效，能夠確保施工質量。然而明挖法在具體操作過程中，對居民的生活以及周圍環境將會造成較大的影響，具有很強的破壞力，因此在實際使用時也或多或少受到一些限制，具有一定的局限性。明挖法多被用于山嶺隧道中的明洞、城市里地下鐵道隧道以及一些淺埋的地下建筑工程施工中，具有較大的可修建空間。現階段，明挖法在我國大面積深基坑降水以及邊坡支護等施工中都有了非常不錯的進步，在地下工程中的應用范圍也越來越廣泛。

3 盾構法

盾構法也被稱之為掩護筒法，是現階段一種新型的頂涵施工方法，在沿用了出臺的頂涵施工以及橋涵結構路測預制工藝的基礎上，徹底改革結構頂涵支護方法，采用暗挖盾構支護的方式，從而減少施工對行車所造成的不利因素。盾構法經過了多年的發展，其主要發展歷程：氣壓盾構一泥水加壓盾構一土壓平衡盾構。盾構法根據其不同方面劃分為多種類型，其常用的類型如圖1所示。盾構的結構主要有三部分:鋼殼、推進機系統、襯砌拼裝系統。

盾構法的主要優點分別為：一、施工效率高；二、精準性；三、噪音小；四、振動小，對區域內的建筑物產生的影響微乎其微。其主要缺點：成本高、適應性較差。現階段，盾構法的應用范圍非常之廣，幾乎適用于各類不同條件下的施工，廣泛應用于各大城市的不同地下基礎設施建設中，比如上海市政修建的隧道。

圖1 常用的類型

4 礦山法

礦山法是通過采用開挖地下坑道來修建隧道的的方法，是經過人們長期在施工中經驗的積累而產生的一種傳統的施工方法，屬于暗挖法的一類。該方法作業的主要原理為：在進行隧道開挖作業的過程中，由于巖體發生破裂變得較為松弛，隨時可能面臨坍塌的隱患，基于此，通過采用分步開挖的方式，來有效避免其對圍巖所造成的不利影響，同時邊挖邊撐來確保安全的狀態。在其施工的整個過程中將會耗費大量的木料，且支撐繁瑣，由于工作面的限制，只能使用一些小型的器械裝置，耗時耗力，大大影響了施工的效率，具有一定的局限性，在噴錨支護出現后，其經過一定的發展，逐漸衍生出新奧法。

礦山法根據襯砌施工順序分為兩大類：一、先拱后墻法；二、先墻后拱法。而先墻后拱法進一步細分為四類:一、斗棚架法；二、臺階法；三、全斷面法；四、上下導坑先墻后拱法。礦山法屬于暗挖法種一種基本的方法，通常被用于一些線路埋深大、地勢良好的項目。礦山法的主要優點是：一、施工工藝簡潔；二、應用靈活；三、造價合理等等，其主要缺點是：一、對周圍巖體的破壞性大；二、對地質情況的可預見性較低；三、對于地質勘查的要求較苛刻。礦山法也在很多隧道施工中有著較多的應用，比如北京地鐵、廣州地鐵一號線等。

5 頂管法

頂管法是將預先制造的管道根據設計要求分節運用液壓千斤頂來支撐在后座墩上，在工作基坑內使管道壓至土體中，接著在管內將工作面內泥土進行開挖、運輸所形成的暗挖式施工方法。

頂管法的主要特點是：一、對地面的影響小；二、設備簡單、工序少；三、工期短；四、成本低；五、效率高。頂管的開挖方式分別為：一、機械開挖頂進；二、擠壓頂進；三、水力機械開挖；四、人工開挖頂進。頂管法多適用于穿過建成建筑物的涵管、河流、湖泊等，我國浙江椒江工程就采用到這一施工方法。

6 沉管法沉管法屬于水底建筑隧道施工的一種主要方法，采用沉管法修建的隧道被稱之為沉管隧道。其施工過程為：首先在船臺上或是干塢上制作隧道管段，接著在制作成的管段的兩頭進行封墻密封，逐一進行移動、定位、沉放等操作，讓其浮在水里，然后將管段浮運至溝槽中，將其連接。

相比于盾構法施工，采用沉管法施工具有以下優點：一、有效提升隧道施工的質量水平；二、成本低、經濟；三、施工周期短；四、具有良好的操作條件、安全方便；五、水深范圍大，局限性小；六、斷面的大小以及形狀的要求不高，且可用空間大。同時其也具有一點弊端：沉管階段將會對區域內的船舶造成不利的影響，造成交通壓力。沉管法一般多用于水道河床穩定和水流較緩的情況。沉管法距今為止，其演變和發展已經有百年之久，并且在國內外很多大型的的建設項目中有著非常普遍的應用，比如2003年通車的外環隧道、荷蘭Drght隧道等。

7 新奧法

新奧法縮稱NATM，其基本原理是：基于巖體力學的理論基礎，借助圍巖本身的承載效能，運用錨桿和噴射混凝土的支護方式來對已開挖后的圍巖進行加固的目的，有效防止圍巖發生形變、塌陷，通過對圍巖和支護的測量以及監控來進行隧道的設計、施工。采用新奧法遵循的基本原則：一、保護圍巖，有效避免對圍巖造成的破壞；二、有效利用圍巖自身的承載效能；三、及時的將支護結構閉合；四、加大監測的力度，以監測數據為依據進行作業。

縱觀新奧法的發展歷程，早在20世紀60年代，我國便引入了這一方法，由于其高效、快捷、安全、經濟等優勢也得到越來越廣泛的研究和應用。新奧法和礦山法兩者具有一些相似之處，但又存在本質的區別，礦山法在地層中開挖勢必會引起巖石塌陷，坍塌的范圍隨著其斷面的增加而逐步擴大，而新奧法則是就巖體力學的基礎，有效利用圍巖本身的承載效能。因此，兩者有著明顯的區別。

8 結束語

總而言之，在地下工程施工建設中，由于地下的地質條件復雜，并且較為特殊，這也為地下工程施工帶來了一定的難度，因此，在地下實際施工過程中，必須綜合考慮各方面的因素，比如地質條件、器械設備、經濟成本以及對周圍環境的影響等，靈活調整和選擇最佳的施工方法，同時還要不斷學習和借鑒國內外一些先進的技術經驗，不斷引進新技術、新工藝，全面提升地下工程施工的質量，促進地下工程項目的可持續發展。

[1]喬麗蘋,劉杰,李術才,王者超,姜彥彥,王子豪.地下工程開挖面空間效應特征研究及應用[J].巖土力學,2014(S2):481～487.

[2]李洪濤.大型地下廠房施工程序及開挖方法研究[D].武漢大學,2004.

[3]郭力,王劍波,陳新勝.我國地下工程中常用的開挖方法[J].西部探礦工程,2006(9):152～154.