隧道的開挖施工方法的技術特點對比分析
2008-11-12 00:00
關鍵詞：隧道；頂管法；盾構法；淺埋暗挖法
1. 頂管法
頂管施工是一種非開挖敷設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，把工具管或掘進機從工作坑內穿過土層一直推到接受坑內吊起，與此同時，把緊隨工具管或掘進機后的管道埋設在兩坑之間。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工程。20世紀60年代以后，隨著液壓技術的發(fā)展使得頂管施工法獲得了迅速推廣應用。日本于1948開始使用頂管施工法，當時主要是采用鑄鐵管和鋼套管，20世紀50年代后開始采用混凝土管。為了適應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備進行了改進，以便頂進距離更長、直徑更大的管道。德國是世界公認的大口徑混凝土頂管技術先進的國家。
1.2 國內發(fā)展現(xiàn)狀
我國上海和北京早在20世紀50年代末就有使用頂管方法穿越鐵路和堤壩的先例。此后，我國的頂管技術有了長足的進步和發(fā)展，并在大直徑、長距離頂管技術方面處于國際領先地位。尤其是上海市引進了日本的800mm Telemate頂管掘進機（具有機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，隨之也引進了一些頂管理論、施工技術和管理經(jīng)驗。
1.3 頂管法的應用范圍
頂管施工隨著城市建設的發(fā)展已越來越普及，應用的領域也越來越寬。目前廣泛應用到自來水管、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。并在頂管的基礎上發(fā)展成一門非開挖施工技術，還成立了各種非開挖施工協(xié)會，創(chuàng)辦了有關的事業(yè)刊物。
2. 盾構法
盾構法是使用專門機具盾構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，以供盾構安裝就位，然后盾構從豎井或基坑的墻壁開孔處出發(fā)，在地層中沿著設計軸線，向另一豎井或基坑的設計孔洞推進。
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2.1 國外發(fā)展狀況
盾構施工技術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，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，為盾構法發(fā)展起了重大的推動作用。二十世紀初，盾構施工法已在美、英、德、蘇、法等國開始推廣。前蘇聯(lián)從20世紀40年代起開始使用盾構修建地下鐵道的區(qū)間隧道及車站。從20世紀60年代起，盾構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法技術施工，該隧道的修建標志著盾構施工技術的進入到了一個新的時代。
2.2 國內發(fā)展狀況
我國第一個五年計劃期間，在東北阜新煤礦曾用直徑2.6m盾構及小型混凝土預制塊修建疏水巷道。1957年北京下水道工程中采用的為直徑2.0m及2.6m的盾構。1963年上海開始進行盾構隧道工程試驗。1967年至1969年，采用10m盾構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，其采用盾構機直徑達11m，為國內迄今為止水壓力最高、最長的盾構法城市道路隧道、最長的盾構法城市道路隧道。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掘進，是目前中國最大的盾構法施工隧道。
2.3 盾構法的應用范圍
盾構法施工建設對地面干擾小、施工速度快、安全、機械化和自動化程度高，可以跨越江、湖、海，進行全方位作業(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。隨著隧道建設的需求，盾構隧道的大深度地下利用、各種斷面形式盾構機的研制和盾構施工的安全性、經(jīng)濟性等成為盾構施工今后的發(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，以及我國山嶺隧道硬巖新奧法施工經(jīng)驗的基礎上，結合中國國情和地質與水文地質情況，主持創(chuàng)造的小導管超前支護施工技術。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計和施工的新理念。其采用先柔后剛復合式襯砌新型支護結構體系，初期支護按承擔全部基本荷載設計，二次襯砌作為安全儲備；采用初期支護和二次襯砌共同承擔特殊荷載。
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3.1 國外發(fā)展狀況
20世紀70年代初，國外開始將新奧法應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。德國是當今地下工程應用新奧法技術最多的國家，不僅在地鐵區(qū)間隧道建設中應用，而且在多層多線路大斷面地鐵站中廣泛應用，如慕尼黑、法蘭克福、波鴻、紐倫堡地鐵站等，其技術水平已經(jīng)發(fā)展到了較高水平。日本于1976年開始在城市地鐵建設中應用新奧法，在學習我國小導管技術的基礎上，開始逐漸使用新奧法修建城市地下工程。
3.2 國內發(fā)展狀況
我國在20世紀70年代末80年代初開始將新奧法原理應用于地下工程施工，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用。1984年，首先在大秦線軍都山鐵路隧道雙線進口黃土試驗段研究成功。1986年北京地鐵復興門折線工程的設計與施工中，應用淺埋暗挖技術并獲得成功。隨后，又成功應用于北京復興門至西單區(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 淺埋暗挖法的應用范圍
淺埋暗挖法它主要適用于不宜明挖施工的土質或軟弱無膠結的砂、卵石等地層，覆跨比大于0.2的淺埋地下洞室，尤其適用于結構埋置淺、地面建筑物密集、交通運輸繁忙、地下管線密布等對地面沉降要求嚴格的都市城區(qū)。開挖方法有正臺階法、單側壁導洞法、中隔墻法、雙側壁導洞法）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備等優(yōu)點。
參考文獻：
[1] 徐永福, 孫鈞. 隧道盾構掘進施工對周圍土體的影響[J]. 地下工程與隧道, 1999, (02).
[2] 方從啟, 王承德. 頂管施工中的地面沉降及其估算[J]. 江蘇理工大學學報, 1998,(04).
[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).
[4] 王承德. 薄覆蓋層下頂管防止地面沉降的措施[J]. 特種結構, 1994,(02).
[5] 王承德. 近十年來超長距離頂管發(fā)展狀況[J]. 特種結構, 1997,(04).
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