羅意華

（廣東省建筑科學(xué)研究院集團股份有限公司）

關(guān)于市政工程地下隧道施工的探索

羅意華

（廣東省建筑科學(xué)研究院集團股份有限公司）

本文就市政工程地下隧道施工過程中出現(xiàn)的問題以及解決問題的方法進行分析，對市政工程地下隧道施工進行探索。

市政工程；地下隧道；施工

1　引言

伴隨著國家社會的不斷進步和經(jīng)濟水平的不斷提高，城市的發(fā)展也處于飛速發(fā)展之中，當(dāng)今社會的快速發(fā)展，致使人們對于生活條件的要求也來越高，為應(yīng)人們的要求，當(dāng)下對城市的地下空間的擴展的需求也隨之增多，越來越多的地下隧道的出現(xiàn)，越來越多的地下人行隧道的出現(xiàn)，越來越多的地鐵的出現(xiàn)，更加有力的證明了這一點。這就需要我們不斷地對市政工程地下隧道施工進行探索。

2　案例分析

某地鐵位于最繁華的市中心，會有很多路的公交車從其經(jīng)過。該車站主體順著東四南大街，呈南北的走向，東四南大街的規(guī)劃道路的紅線寬為60m，路寬的現(xiàn)狀為20m，朝內(nèi)大街已經(jīng)改造完成，道路的紅線寬為50m，兩方向的客流量較為均衡，交通狀況十分的繁忙；并且遠期的六號線順著朝內(nèi)大街，呈東西的走向，在該車站換乘。該車站的兩端為明挖段，結(jié)構(gòu)形式是3層的三跨的框架結(jié)構(gòu)；中間路段為暗挖段，結(jié)構(gòu)形式是單層的三拱兩柱的結(jié)構(gòu)。車站的總長度為187m，暗挖段長為86.60m，明挖段長為100.40m。

3　市政工程施工技術(shù)的內(nèi)容以及類型

3.1市政工程施工技術(shù)的內(nèi)容

市政工程施工技術(shù)的內(nèi)容主要包括三個層面：①道路施工技術(shù)；②河流湖泊施工技術(shù)；③地下管線施工技術(shù)。道路施工技術(shù)主要是修建鐵路、公路、隧道、高架橋道路以及廣場，保證它們的交通能夠正常的使用。河流湖泊主要修建的是河渠、橋梁、大壩以及河床，修建它們的技術(shù)難度相對較高。三方面之中施工難度最大的就是地下管線施工技術(shù)，主要修建地下供電管線、地下排水管線、通信管線以及地下供熱管線等，在不影響各個管線的正常工作的條件下，保證其運行條件的優(yōu)越性。除以上介紹的施工技術(shù)之外，另外還有一些其他性質(zhì)的施工技術(shù)，如：桿路的市政工程以及小區(qū)綠化的市政工程；小區(qū)綠化的市政工程主要包括了草坪、公園、假山、噴泉以及樹木等具有修飾作用的群體的施工修建工程等。

3.2市政工程施工技術(shù)的類型

市政工程技術(shù)的類型主要劃分成了四層結(jié)構(gòu)，其中簡介的分析了道路管線、定線以及管道的施工技術(shù)。定線施工是審核圖紙中的一個過程，首先參加圖紙會審的人員主要包括監(jiān)理人員、審計人員、施工人員以及設(shè)計人員，然后對需要施工的工程的圖紙編制設(shè)計方案，設(shè)計定線方案需要對建筑工程定出基準(zhǔn)線，然后定位軸線，其后便是求取柱梁板線的長度，最終完成方案的審核。根據(jù)本文的實例進行分析，定線的方案需要各個部門共同的制定，如果按照原來的定線方案制定的話，那么就會超出原有的投資的成本。地下管線的施工技術(shù)需要確定對參數(shù)的選取，在施工的過程中，需要測量選取材料的剛度、管道的內(nèi)外壓的等級、承受的自重以及結(jié)構(gòu)的形變系數(shù)，在地下管道的施工技術(shù)方案中，如果管道下放到地面以下16.2m的位置處，管道內(nèi)外壓力的等級必須要在PN6～PN12（0.5～0.8MPa）的范圍之內(nèi)，其材料的選用最好是剛度為10000N/m2的玻璃鋼管，玻璃管道的剛度達到了發(fā)電站中玻璃鋼夾沙管道材質(zhì)的條件，以保證其施工的安全性。

4　市政工程地下隧道施工的問題

（1）管道內(nèi)部覆土壓力、安裝應(yīng)力、工作壓力、動靜荷載、環(huán)境因素以及先期地層運動等因素共同控制著地下管線的初始應(yīng)力。當(dāng)前，盡管對單一的荷載的研究已經(jīng)相對的完善，但是地下管線的初始應(yīng)力是上述各力的綜合作用的結(jié)果，如果僅靠簡單的疊加并不能完全準(zhǔn)確的反映地下管線的初始應(yīng)力的狀態(tài)。目前大部分的對初始應(yīng)力的估計仍是靠經(jīng)驗來確定，當(dāng)條件發(fā)生改變時，就不能依照原來的經(jīng)驗進行估計了，因此，建立有效的管線的初始應(yīng)力的計算理論是非常有必要的，同時為管線的變形允許值的確定提供了理論基礎(chǔ)。

（2）目前對于研究管與土相互作用上，仍然有大部分的學(xué)者假設(shè)管與土緊密的接觸，不會發(fā)生相對位移。對于小管徑的管線并且埋置土層工程性質(zhì)好的情況下，這種假設(shè)是適用的，但是對于中為土體的移動，大管徑的管線會產(chǎn)生明顯的抵抗作用，這時這種假設(shè)就不再適用。

（3）地下管線的允許變形值的確定應(yīng)該綜合考慮管徑、接頭類型、管線功能、隧道施工方法、運營時間、管材、管線與隧道的相對位置等各種因素。然而目前地鐵的規(guī)范基本是給出一個地表的最大允許的沉降值（一般為3cm以內(nèi)）而已，這樣做雖然有一定的可靠性，但是并沒有依據(jù)實際的具體情況來確定允許值，不僅不能充分的發(fā)揮地下管線的自承能力，而且使隧道的施工進度減緩，使工程投資增加。

（4）現(xiàn)階段，對于地下管線的應(yīng)力變形的計算大多是根據(jù)Attewell等在1986年提出的根據(jù)Winker彈性的地基梁理論分析得出的結(jié)果，而絕大部分的數(shù)值模擬也同樣是把管線簡化成地基梁來進行計算。這樣的結(jié)論在某些情況下是并不適宜的；對于大部分的地下管線的接頭轉(zhuǎn)角的計算是根據(jù)彈性地基梁的計算結(jié)果通過反向分析所得出來的，這種方法是否適合各種情況，還有待商榷（如圖1）。

圖1　施工風(fēng)險控制體系圖

5　地下隧道的施工方法

5.1明挖法

明挖法，一般適用于區(qū)間隧道和地鐵管線的施工，明挖法對于交通環(huán)境有較大的要求，明挖法先從地面以上開挖，然后挖掘至設(shè)計標(biāo)高，再從基底開始實行逆向挖掘。當(dāng)結(jié)束隧道的主體結(jié)構(gòu)工程以后，然后才進行回填和恢復(fù)地面。明挖法的主要優(yōu)點就是成本低、技術(shù)難度不高、速度快；缺點是震動和噪音容易擾民，對交通環(huán)境的影響也相對較大。明挖法一般適用于深基坑工程，施工時容易對工程附近的建筑物的地基產(chǎn)生影響，因此需要加強對基坑四周環(huán)境的保護，避免發(fā)生沉降現(xiàn)象。

5.2蓋挖法

蓋挖法，從地面自上向下挖到設(shè)計要求的深度之后就開始封閉頂蓋，然后余下的施工工作就在在封閉空間內(nèi)進行。蓋挖法主要適用于地下隧道的施工，減少對道路的占用和避免阻礙交通。

5.3暗挖法

暗挖法，隧道全部施工過程都在地下進行，和地面挖掘的方法完全不同。

（1）淺埋暗挖法

淺埋暗挖法顧名思義主要適用于埋置深度淺、巖層不堅固、土層松軟的地區(qū)。淺埋暗挖法主要就是，通過隧道內(nèi)巖石的自承能力和隧道空間的約束作用，通過混凝土和錨桿對空間進行加固和支撐，目的是避免圍巖松弛變形。用淺埋暗挖法施工時，需要對圍巖進行剛性支護，對地層進行改良，圍巖變形對地表產(chǎn)生影響，所以在施工前最好先進行階段性試驗，保證安全。

（2）盾構(gòu)法。

修建地鐵隧道，盾構(gòu)法施工就是用盾構(gòu)這種施工機械，在地面以下暗挖隧道的一種施工方法。盾構(gòu)是一個活動鋼筒結(jié)構(gòu)，它既可以在地層中推進又可以支承地層壓力。鋼筒可分為三部分，分別是前端、中段、和尾部。鋼筒的前端主要是支撐和開挖土體的裝置，鋼筒的中段安裝有千斤頂，鋼筒的尾部可以拼裝預(yù)制。盾構(gòu)的推進距離與盾尾支護相關(guān)聯(lián)，以防止地面和隧道下沉。襯砌環(huán)承擔(dān)盾構(gòu)推進的反力。應(yīng)先修建一個豎井在盾構(gòu)施工之前，然后安裝盾構(gòu)在豎井內(nèi)，由豎井通道將盾構(gòu)開挖出的土體送出地面。

5.4沉管法

沉管法，分段預(yù)制隧道管段，在分段的兩端臨時設(shè)置止水頭部，然后運送至隧道軸線處，放置在地槽內(nèi)，地槽要預(yù)先挖好，使管段間順利的完成水下連接，然后把止水頭部臨時移去，保護沉管前回填基槽，最后是進行隧道內(nèi)部設(shè)施的鋪設(shè)，最終形成一個完整的水下通道。對于沉管隧道來說，他對地基的要求比較低，主要適用于河床或海岸較淺、軟土地基或者是易于水上疏浚設(shè)施進行基槽開外的工程特點。由于沉管法埋深相對較小，包括連接段在內(nèi)的隧道線路總長，與暗挖法和盾構(gòu)法修建的隧道相比，明顯縮短。沉管斷面形狀可多變，可方可圓，選擇相對比較靈活。管段預(yù)制、內(nèi)部鋪裝、基槽開挖、浮運沉放等這些工序為平行作業(yè)，相對干擾較少，并且管段預(yù)制的質(zhì)量容易得到控制。從以上這些優(yōu)點來看，在大江、大河等寬闊水域下構(gòu)筑隧道都適用沉管法，所以說沉管法可以作為最經(jīng)濟的水下穿越方案。按照管身材料將沉管隧道分類，可分為鋼筋混凝土沉管隧道和鋼殼沉管隧道，鋼殼沉管隧道又可分為單層鋼殼隧道和雙層鋼殼隧道。在北美一般采用鋼殼沉管隧道的較多，而在歐亞則比較多的采用鋼筋混凝土沉管隧道。

5.5混合法

對于混合法來說，要結(jié)合地下隧道所處的實際環(huán)境，做到具體問題具體分析，在施工時要多種方法相結(jié)合同時使用。

6　結(jié)束語

對市政工程地下隧道的建設(shè)的探索需要更多建筑工程師的智慧以及更多施工人員、設(shè)計人員等的辛苦的汗水共同結(jié)合，解決了許許多多的問題，在解決問題的過程中，雖然人們很努力，但是仍然有很多的問題難以解決，因此，這就需要我們對施工技術(shù)不斷的研究，并不斷地提高施工技術(shù)水平，進而不斷的探索市政工程地下隧道施工的技術(shù)。

[1]賈軍.對軟土地基中市政工程箱式隧道施工技術(shù)的分析[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報，2010（14）：231～232.

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[3]李德章.對復(fù)雜環(huán)境下的超淺埋地下通道施工技術(shù)的研究[J].安徽建筑工業(yè)學(xué)院學(xué)報（自然科學(xué)版），2009（03）：176～177.

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