地下工程中常用开挖方法

罗志坚

中铁十六局集团有限公司北京轨道交通工程建设有限公司

地下工程中常用开挖方法

罗志坚

中铁十六局集团有限公司北京轨道交通工程建设有限公司

随着经济的发展和社会的进步，城市化进程也在不断加快，大量人口纷纷涌向城市，随之而来的就是人口激增、交通拥堵，住房紧缺等一系列问题，为了有效缓解用地面积紧张以及人口压力，地下工程在众多基础设施建设中以其开发并有效利用地下资源的优势脱颖而出，并且进入了蓬勃发展的阶段。在现代城市建设中，地铁、市政给排水以及隧道施工项目逐渐增多，地下工程建设项目正如火如荼的展开。本文主要针对地下工程建设中的几种常见开挖方法进行分析和探讨，以供参考和借鉴。

地下工程；盾构法；新奥法

1 引言

现阶段，随着地下基础设设施建设项目的逐渐增多，地下工程建设过程中所使用到的开挖方法也是多种多样，那么在考虑多种影响因素的基础上，如何能够在在众多的开挖方法中做出合理有效的选择，就成为地下工程施工的重点，下面我们就针对地下工程建设中常见的集中开挖方法进行具体的研究

2 明挖法

明挖法主要是指将隧道处的岩土通过开挖来达到整体挖除的目的，接着在其开挖处修建地下结构，采用回填的方法使其恢复原貌。明挖法主要分为以下几种基本类型：一、先墙后拱法；二、先拱后墙法；三、墙拱交替法。明挖法主要优点主要有：一、工序简便快捷；二、经济安全；三、施工作业面广。相比于暗挖法，更加安全、高效，能够确保施工质量。然而明挖法在具体操作过程中，对居民的生活以及周围环境将会造成较大的影响，具有很强的破坏力，因此在实际使用时也或多或少受到一些限制，具有一定的局限性。明挖法多被用于山岭隧道中的明洞、城市里地下铁道隧道以及一些浅埋的地下建筑工程施工中，具有较大的可修建空间。现阶段，明挖法在我国大面积深基坑降水以及边坡支护等施工中都有了非常不错的进步，在地下工程中的应用范围也越来越广泛。

3 盾构法

盾构法也被称之为掩护筒法，是现阶段一种新型的顶涵施工方法，在沿用了出台的顶涵施工以及桥涵结构路测预制工艺的基础上，彻底改革结构顶涵支护方法，采用暗挖盾构支护的方式，从而减少施工对行车所造成的不利因素。盾构法经过了多年的发展，其主要发展历程：气压盾构一泥水加压盾构一土压平衡盾构。盾构法根据其不同方面划分为多种类型，其常用的类型如图1所示。盾构的结构主要有三部分:钢壳、推进机系统、衬砌拼装系统。

盾构法的主要优点分别为：一、施工效率高；二、精准性；三、噪音小；四、振动小，对区域内的建筑物产生的影响微乎其微。其主要缺点：成本高、适应性较差。现阶段，盾构法的应用范围非常之广，几乎适用于各类不同条件下的施工，广泛应用于各大城市的不同地下基础设施建设中，比如上海市政修建的隧道。

图1 常用的类型

4 矿山法

矿山法是通过采用开挖地下坑道来修建隧道的的方法，是经过人们长期在施工中经验的积累而产生的一种传统的施工方法，属于暗挖法的一类。该方法作业的主要原理为：在进行隧道开挖作业的过程中，由于岩体发生破裂变得较为松弛，随时可能面临坍塌的隐患，基于此，通过采用分步开挖的方式，来有效避免其对围岩所造成的不利影响，同时边挖边撑来确保安全的状态。在其施工的整个过程中将会耗费大量的木料，且支撑繁琐，由于工作面的限制，只能使用一些小型的器械装置，耗时耗力，大大影响了施工的效率，具有一定的局限性，在喷锚支护出现后，其经过一定的发展，逐渐衍生出新奥法。

矿山法根据衬砌施工顺序分为两大类：一、先拱后墙法；二、先墙后拱法。而先墙后拱法进一步细分为四类:一、斗棚架法；二、台阶法；三、全断面法；四、上下导坑先墙后拱法。矿山法属于暗挖法种一种基本的方法，通常被用于一些线路埋深大、地势良好的项目。矿山法的主要优点是：一、施工工艺简洁；二、应用灵活；三、造价合理等等，其主要缺点是：一、对周围岩体的破坏性大；二、对地质情况的可预见性较低；三、对于地质勘查的要求较苛刻。矿山法也在很多隧道施工中有着较多的应用，比如北京地铁、广州地铁一号线等。

5 顶管法

顶管法是将预先制造的管道根据设计要求分节运用液压千斤顶来支撑在后座墩上，在工作基坑内使管道压至土体中，接着在管内将工作面内泥土进行开挖、运输所形成的暗挖式施工方法。

顶管法的主要特点是：一、对地面的影响小；二、设备简单、工序少；三、工期短；四、成本低；五、效率高。顶管的开挖方式分别为：一、机械开挖顶进；二、挤压顶进；三、水力机械开挖；四、人工开挖顶进。顶管法多适用于穿过建成建筑物的涵管、河流、湖泊等，我国浙江椒江工程就采用到这一施工方法。

6 沉管法沉管法属于水底建筑隧道施工的一种主要方法，采用沉管法修建的隧道被称之为沉管隧道。其施工过程为：首先在船台上或是干坞上制作隧道管段，接着在制作成的管段的两头进行封墙密封，逐一进行移动、定位、沉放等操作，让其浮在水里，然后将管段浮运至沟槽中，将其连接。

相比于盾构法施工，采用沉管法施工具有以下优点：一、有效提升隧道施工的质量水平；二、成本低、经济；三、施工周期短；四、具有良好的操作条件、安全方便；五、水深范围大，局限性小；六、断面的大小以及形状的要求不高，且可用空间大。同时其也具有一点弊端：沉管阶段将会对区域内的船舶造成不利的影响，造成交通压力。沉管法一般多用于水道河床稳定和水流较缓的情况。沉管法距今为止，其演变和发展已经有百年之久，并且在国内外很多大型的的建设项目中有着非常普遍的应用，比如2003年通车的外环隧道、荷兰Drght隧道等。

7 新奥法

新奥法缩称NATM，其基本原理是：基于岩体力学的理论基础，借助围岩本身的承载效能，运用锚杆和喷射混凝土的支护方式来对已开挖后的围岩进行加固的目的，有效防止围岩发生形变、塌陷，通过对围岩和支护的测量以及监控来进行隧道的设计、施工。采用新奥法遵循的基本原则：一、保护围岩，有效避免对围岩造成的破坏；二、有效利用围岩自身的承载效能；三、及时的将支护结构闭合；四、加大监测的力度，以监测数据为依据进行作业。

纵观新奥法的发展历程，早在20世纪60年代，我国便引入了这一方法，由于其高效、快捷、安全、经济等优势也得到越来越广泛的研究和应用。新奥法和矿山法两者具有一些相似之处，但又存在本质的区别，矿山法在地层中开挖势必会引起岩石塌陷，坍塌的范围随着其断面的增加而逐步扩大，而新奥法则是就岩体力学的基础，有效利用围岩本身的承载效能。因此，两者有着明显的区别。

8 结束语

总而言之，在地下工程施工建设中，由于地下的地质条件复杂，并且较为特殊，这也为地下工程施工带来了一定的难度，因此，在地下实际施工过程中，必须综合考虑各方面的因素，比如地质条件、器械设备、经济成本以及对周围环境的影响等，灵活调整和选择最佳的施工方法，同时还要不断学习和借鉴国内外一些先进的技术经验，不断引进新技术、新工艺，全面提升地下工程施工的质量，促进地下工程项目的可持续发展。

[1]乔丽苹,刘杰,李术才,王者超,姜彦彦,王子豪.地下工程开挖面空间效应特征研究及应用[J].岩土力学,2014(S2):481～487.

[2]李洪涛.大型地下厂房施工程序及开挖方法研究[D].武汉大学,2004.

[3]郭力,王剑波,陈新胜.我国地下工程中常用的开挖方法[J].西部探矿工程,2006(9):152～154.