试析地下工程的施工技术及发展

摘要：随着我国城市化进程的加快，我国城市人口密度不断增加，加之地下工程施工技术的发展，我国地下工程建设规模不断扩大。施工技术作为地下工程建设的关键因素，其直接关乎到地下工程建设的质量及安全。本文简要阐释了我国地下工程主要施工技术的发展现状，并对其发展进行了说明。

关键字：地下工程 施工技术 现状分析 信息化设计

中图分类号：TU74文献标识码：A 文章编号：

自21世纪以来，我国地下工程建设项目数量不断增多，建设规模不断扩大。此外，地下工程建设不仅包括民间个人行为，也包括政府行为，例如南水北调工程、青藏铁路工程等，这些工程中隧道工程占据的比例相当大。与此同时，城市高层或超高层建筑的发展，其地下部分多配备有停车场或商场等。以上所谓的个人行为或政府行为均涉及到地下工程问题，且其施工质量及施工安全均牵绊着每一个社会人的心。本文就地下工程施工技术的现状及发展予以讨论。

一、地下工程施工技术的发展现状分析

经过多年的研究与努力，我国地下工程施工技术或方法的发展令人欣慰。目前，地下工程主要施工技术包括盾构法（泥水平衡盾构/气压平衡盾构/土压平衡盾构）、新奥法、TBM法、浅埋暗挖法、非开挖施工、顶管法、沉管/沉井/沉箱法、ECL法、明挖法/盖挖法等。本章节就沉井法施工技术、顶管法施工技术、盾构法施工技术及新奥法设计新技术展开讨论，以探明我国地下工程施工技术的发展现状。

（一）沉井法施工技术

沉井法施工技术在我国地下工程建设中的应用时间较长，但就现代地下工程建设中，沉井法施工技术的应用范围依然较广。沉井法施工技术的优点包括：技术简单、占地面积小、挖土量少、造价低等。此外，沉井结构可用作地下构筑物的围护结构，这样一来，沉井结构的内部空间亦可被利用。钻吸法沉井新工艺是传统沉井法施工技术的创新，其由上海隧道工程公司首创。中心岛式槽挖法也是基于传统沉井法发展而来，其亦是由上海隧道工程公司首创。实践证明，钻吸法沉井新工艺及中心岛式槽挖法在地下工程的应用具有可行性。

（二）顶管法施工技术

水下长距离顶管施工方法是在地下水位以下直接长距离顶进管道，该施工技术的优点包括：无需在水下开挖土方或挖槽、无需任何降低水位的辅助措施、造价低、施工速度快、降低特殊环境中的施工难度系数等。现阶段，水下长距离顶管施工技术在国外多个国家亦得到了广泛的应用。随着地下工程施工规模的扩大及施工要求的提高，我国钢质管道长距离顶进施工方法取得了新的突破，并在实际的工程施工中取得了成功。

（三）盾构法施工技术

盾构法施工技术多用于隧道掘进施工中，尽管其起步较晚，但其发展速度较快，则其发展前景一片光明。就盾构法施工技术掘进隧道而言，占据世界前两位位的国家包括：日本、德国，该两国的盾构法施工技术的发展水平相当高。盾构掘进隧道对施工环境的适应能力加强，特别是施工难度系数较大的纵长地下结构，亦可正常施工，且其覆盖层浅，尽管在含地下水的底层或稳定性较差的底层施工，其均不会引发大面积沉陷或地表断裂。根据盾构法施工技术的施工特点，其亦可用于高压强地层或松散土质的底层（例如：流动地层或软塑性地层等）。此外，盾构法施工技术在暂时稳定的地层亦可正常施工作业，但此时的盾构仅发挥顶部保护作用。总而言之，盾构法施工技术的应用前景一片光明。就盾构法施工技术的优点及缺点进行归纳总结，如下表所示：

（四）新奥法设计新技术-典型类比分析法

新奥法设计新技术-典型类比分析法源自于对工程实践的总结，其首创者为中国学者李世辉。实践证明，新奥法设计新技术-典型类比分析法适应中国国情，且其应用效果较佳。典型类比分析法属于一项初步的综合集成技术，其是用于预测与控制一种具有开放性的复杂巨系统在特定时刻的行为。此类开放的复杂巨系统的特点包括：信息不完全、不一致且不确定，数据匮乏、机理不清，不支持从整体角度使用理论分析方法进行描述、预测或控制；系统整体行为，允许通过量测个别宏观参数来实现有效控制等。

典型类比分析法组成成分包括典型分类与类比、个体测试数据、理论分析等子系统，且三者间存在相互渗透的关系。典型类比分析法在获取、表达或处理信息时主要借助计算机技术的特点知识，其亦是一种人机结合的智能化系统。

二、地下工程信息化设计施工技术

地下工程的稳定性与岩土体材料的物理力学特性、地下水作用、围岩构造等因素有关。现有设计方法多以事先确定的影响因素为基础创建数学及物理模型，并以各数值方法及解析方法等为手段对工程的稳定性予以判断，从而得到最优开挖方案。实践证明，该设计方法受到岩土体、地应力的分布及岩土应力与渗流间的耦合关系制约。通过对现有地下工程施工技术设计方法存在的局限性的分析，地下工程信息化设计应用而生。

研究结果表明，若把地下工程信息化施工技术结合原有计算方法及计算模型使用，有助于把各自的优点充分发挥出来。地下工程信息化设计融合了力学计算、监测技术及经验评估等，其是一种以施工监测、监测信息为显著特征的地下工程设计方法。该设计方法可对围岩开挖过程的稳定性及支护过程的施工状态予以全程监控，并将获取到的信息准确记录下来。这样一来，工作人员仅需对相关信息予以分析研究，便可准确掌握支护的作用及围岩的稳定性，并获取支护参数及围岩参数，从而为设计决策技术施工决策提供参考依据。此外，在地下工程信息化施工阶段，量测信息可对围岩的物理力学参数予以反演计算，从而对地质信息的正确性予以检验，再通过反演分析法获取围岩力学参数，并利用有限元等数值方法计算分析围岩的稳定性，以此对工程后续施工发挥指导性作用。地下工程信息化设计技术包括信息采集-施工监测、信息处理-反演分析、信息反馈-稳定分析等三个环节。

三、结束语

综上所述，我国地下工程施工技术或方法多样，且经过多年的研究及努力，我国在部分施工技术方面已经取得了较大的突破，特别是盾构法等应用前景较广的施工技术，对其的研究及创新应该进一步加强。此外，就地下工程施工技术设计方法而言，地下工程信息化施工技术在确保地下工程施工安全及施工质量方面具有重要的作用，值得我国地下工程施工企业深入研究及广泛应用。在研究及发展地下工程施工技术时，应该始终坚持“安全可靠、技术可行、环境良好、经济合理”的原则及理念，对各种可能技术手段予以灵活搭配、综合运用，以适应我国地下工程综合化、大型化、复杂化、深层化的发展趋势。

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