试析建筑施工新技术在城市地下工程中应用

论文导读：
摘 要：我国作为人口大国，人地矛盾特别尖锐，发展地下工程能够有效地缓解人地矛盾。地下工程施工新技术能够提高地下工程施工的安全系数，延长其结构使用寿命，尤其是建筑施工新技术的应用和发展，有效地推动了我国地下工程的发展。本文主要研究建筑施工新技术在城市地下工程中的应用，希望为相关施工人员提供参考和帮助。
关键词：建筑施工；新技术；地下工程
引 言
地下工程种类很多，施工工作条件特殊，施工环境复杂，因此对施工技术有着较高的要求，建筑施工新技术的发展能够为地下工程的建设提供技术保障，因此，要加大研究力度，对建筑施工新技术进行研究，保证地下工程施工的顺利进行。
1 地下岩土和岩土
地下工程作为一种结构物，与地面构筑物的一个重要区别在于它处在岩石或土这种地质环境之中。周围岩土介质的各种物理力学性质及其赋存条件，对地下工程的设计、施工乃至运营都有重要的影响。
岩石是经过地质作用形成的由一种或多种矿物组成的天然集合体。在地壳岩石形成过程中，地质构造作用以及其他漫长的大自然作用破坏了岩石的完整性和连续性，产生了许多裂隙、节理和断层。常常把节理、裂隙、断层和沉积岩与由沉积岩变质的变质岩在生成过程中形成的层理和层面统称为结构面。把由结构面切割出的完整块体称为岩块，因此岩体也就可以认为是由岩块和结构面组成的复杂地质体。
绝大部分土是地表岩石经过漫长地质历史年代的同化作用而生成的。经物理风化的土层矿物成分常与原生矿物一致，如石英、长石、云母等。原生矿物经化学风化形成新的次生矿物成分，主要有粘土矿物，如高岭土、伊利石和蒙脱石。这是土体中两种物理力学性质存在明显的区别。风化后的土体还会受到水、风、冰川等的动力作用，经冲刷、搬运后沉积在一起的土体成分，就变得相对复杂，并可能形成一定的沉积构造。
土体经长期的高压、脱水、固结后，又会形成岩石。因此，岩石和土的区别只是颗粒胶结的强弱。由于土的胶结力弱，因此土的成分对土体的物理力学性质影响更为严重，而岩石则相反，有时甚至两者难以区别。
2 隧道与巷道
对于洞道式地下工程，不同的行业有不同的称谓，公路及铁路部门称为隧道，在矿山称为巷道，水利水电部门称之为隧洞，而军事部门则称为坑道或地道，在市政工程中又叫通道或地道。
隧道（tunnel）通常是指修筑在地下或山体内部，两端有出入口，供车辆、行人等通过的通道。大部分隧道的设置以交通运输为主要目的，如交通运输方面的铁路、公路和人行隧道；城市地下铁道隧道、海底及水底隧道等。
巷道（heading、drift等）通常是指为采掘地下矿物而修建的地下空间结构体，包括各种巷道和硐室。矿山隧道一般埋藏比较深，可达数百米甚至几千米，故可称为深埋隧道；矿山巷道的断面一般比交通隧道的小，这些均导致了两种隧道的设计与施工有一定的区别。矿山巷道按作用分主要有运输巷道、通风巷道、人行巷道和硐室。运输巷道是矿车运转的主要通道，负责人员、矿藏、材料、设备的输运和通达。包括车场中的各种巷道、石门、运输巷、材料巷等。通风巷道用于输送新鲜空气，排除有害气体和废气，调节温度。人行巷道专供人员通行。硐室的长度一般比较小，断面相对较大，主要用于安装大型生产设备、存放材料，如机车库、库、变电所、水泵房等。
隧洞通常是指水利发电工程、城市市政方面的各种水工隧道或隧洞等。在水电工程中设置各类水工隧道可实现引水、排水、通风等目的；市政工程中，设置各类公共隧道可实现污水排放、管线铺设等目的。
坑道通常是指军事工程方面的各种国防坑道，是一项隐蔽在地下、水下或山体内部，作为作战、防御、储藏手段的重要结构物，是战争时期的重要场所。
地道或通道一般也称地下人行道。常在道路交叉口，为行人穿越道路而设。
不论何种洞道式工程，从地质条件上可将其分为两大类，即岩石洞道和土层洞道。根据其所处的环境不同可分为山岭隧道、城市隧道、水（海）底隧道、矿山隧道（巷道）等。根据其埋藏深度分为深埋式与浅埋式。对于深埋与浅埋的界限目前尚无明确的指标。
3 围岩与围岩压力
未经人为开挖扰动的岩（土）体称为原岩。当在原岩（土）体内进行地下工程开挖后，周围一定范围内岩（土）体原有的应力平衡状态遭到了破坏，导致应力重新分布，引起附近岩（土）体产生变形、位移、甚至破坏，直到出现新的应力平衡为止。将开挖后隧道周围发生应力重新分布的岩（土）体称为围岩，围岩既可以是岩体，也可以是土体。如果在出现新的应力平衡之前已对围岩进行了支护，则围岩的变形和破坏就会引起应力和位移的变化，甚至破坏支护结构。岩体力学中把由于开挖而引起的围岩或支护结构上的力学效应统称为广义的围岩压力。
围岩压力的大小，不仅与岩体的初始地应力状态、岩体的物理力学性质和岩体结构有关，同时还与工程性质、支护结构类型及支护时间等因素有关。显然，当围岩的二次应力不超过围岩的弹性极限时，围岩压力将全部由围岩自身来承担，隧道也就可以不加支护而在一定时期内保持稳定。当二次应力超过围岩的强度极限时，就必须采取支护措施，以保证隧道稳定，此时，围岩压力是由围岩和支护结构共同承担的，可见，作用在支护结构上的压力仅是围岩压力的一部分。因此，把作用在支护结构上的这部分围岩压力称为狭义的围岩压力。通常所说的围岩压力多指狭义围岩压力。
对围岩的理论研究表明，围岩本身具有一定的自承载能力，充分发挥围岩的自承载能力，会大大降低隧道支护成本。隧道开挖后，适当制约围岩的变形，对隧道的维护具有重要作用。
围岩压力就其表现形式可分为松动压力、变形压力、冲击压力和膨胀压力等。由于开挖而引起围岩松动或坍塌的岩体以重力形式作用在支护结构上的压力称为松动压力，亦称散体压力。开挖必定引起围岩变形，支护结构为抵抗围岩变形而承受的压力称为变形压力。冲击压力是围岩中积蓄的大量弹性变形能受开挖的扰动而突然释放所产生的压力，包括岩爆、岩震和突出等。膨胀压力是岩体遇水后体积发生膨胀而产生的压力，其大小取决于岩体的性质和地下水的活动特征。4 矿山法与新奥法
所谓矿山法，一般是指采用传统的钻眼爆破法或悬臂式掘论文导读：
进机开挖的策略，是一种传统的采用暗挖法施工地下工程的策略。所谓新奥法是20世纪60年代奥地利专家L.V.Rabcewicz总结前人积累的经验后提出来的一套隧道设计、施工的新技术，即新奥地利隧道施工法（New Austrian Tunnelling Method，NATM），简称“新奥法”。指在采用矿山法施工地下工程时，对挖掘和支护、尤其是对支护进行科学设计和组织的一种思想、理念和策略。它强调的是在岩体被开挖之后，要进行有关变形和力学参数监测，以合理确定一次支护与二次支护的时机，确定初次支护、二次支护的结构形式与尺寸，即信息化施工。它是一套地下工程设计、掘进、衬砌、测试相结合的完整新概念。新奥法在公路与铁路隧道、矿山巷道、地下交通隧道等工程中得到了广泛推广和应用。
因此，矿山法和新奥法是两个完全不同的概念，新奥法涵盖于矿山法之中，二者不具有同体性和可比性。新奥法的基本思想和策略不仅适用于隧道工程，而且同样适用断面相对较小的各类巷道工程。但目前在某些部门还存在混淆，例如某隧道采用钻研爆破法施工，有的人则声称“采用的是新奥法而不是矿山法”、“新奥法比矿山法优越”等，这是完全的概念性错误。

4.1 新奥法在地下工程应用的工程案例分析

我司承建施工的某公路隧道最大埋深约130m，设计净高5.0m，净宽14.0m，隧道长940m。隧道区域内主要为微风化黑云母+长花岗岩，局部有微风化煌班岩脉穿插。围岩以Ⅳ-Ⅴ类为主，进口段为Ⅱ-Ⅲ类围岩，岩体裂隙不甚发育，稳定性较好。隧道区域内地表水系不发育，区域内以基岩裂隙水为主，浅部残坡积层赋存松散岩类孔隙水，洞口围岩变化段水系较发达。采用新奥法施工。

4.2 新奥法的实际发展与未来展望

实际发展：经20多年的实践和推广，新奥法已在欧洲一些国家如奥地利、联邦德国、瑞典、瑞士、法国等的山岭隧道中普遍使用（占70～80%），并已用于地下铁道，且取得沉降量特别小的显著成果。日本从1976年以来，已有近100座隧道采用了新奥法。中国从60年代初开始推广喷锚支护新技术，到1981年底，采用喷锚支护的地下工程和井巷的总长度已接近7500公里。近年来，又在普济、下坑、大瑶山等铁路隧道采用新奥法进行施工。
新奥法的适用性很广，中国已在亚粘土和黄土隧道施工中取得成功。但在下列情况下，一般都应采取适当的辅助措施才能施工：①涌水量大的地层；②因涌水产生流沙现象的地层；③围岩破碎使锚杆钻孔和插入都极为困难场合；④开挖面不能自稳的围岩。
未来展望：新奥法的发展是和喷锚支护的材料、策略和机具等的发展密切相关的。要进一步研制初期和长期强度都高、回弹少、粉尘低、生产率高的喷射混凝土系统，并和高效能的集尘器、自动喷射装置、周期短的材料供应系统配套。研究能缩短喷敷时间，又无公害的新喷敷策略。研究不需用临时堆放场地、易于运输的喷射材料和新的施工工艺，如钢纤维加强喷射混凝土、SEC喷射混凝土、光面爆破和深孔爆破技术、液压凿岩台车（兼作安装锚杆用）、喷射车组（包括机械手）、各种混凝土喷射机、液体速凝剂、粉尘防止剂、树脂锚杆等。
5 结 语
随着经济的发展和社会的不断进步，建筑工程得到了快速的发展，尤其是地下工程如雨后春笋般涌现，地下建筑工程的出现和发展为城市节约了大量的土地资源，有效地缓解了我国的人地矛盾。地下工程的继续发展对施工技术提出了更高的要求，一定要不断地优化施工技术，提高施工水平，推动城市地下工程的发展。
参考文献
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作者简介：黎德军（1975-）男，本科，工程师，主要从事建筑工程项目管理工作。