[科普中國]-暗挖法

概述

隧道及地下建筑工程施工時，須先開挖出相應(yīng)的空間，然后在其中修筑襯砌。施工方法的選擇，應(yīng)以地質(zhì)、地形及環(huán)境條件以及埋置深度為主要依據(jù)，其中對施工方法有決定性影響的是埋置深度。埋置較淺的工程，施工時先從地面挖基坑或塹壕，修筑襯砌之后再回填，這就是明挖法。當(dāng)埋深超過一定限度后，明挖法不再適用，而要改用暗挖法1

特點隧道及地下工程施工時有下列特點：①受工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件的影響較大；②工作條件差、工作面少而狹窄、工作環(huán)境差;③暗挖法施工對地面影響較小,但埋置較淺時可能導(dǎo)致地面沉陷；④有大量廢土、碎石須妥善處理。

隧道及地下工程的施工方法最初是采用礦山開拓巷道的方法，故稱為礦山法，此法應(yīng)用范圍很廣。

19世紀(jì)，為修筑水底隧道，創(chuàng)制了盾構(gòu),經(jīng)100多年的改進，盾構(gòu)法成為在松軟地層中常用的方法之一。

為避免在水下施工，19世紀(jì)末又出現(xiàn)了沉管法，此法主要工序在地面上進行，優(yōu)點顯著，應(yīng)用日益廣泛。

在敷設(shè)管道或設(shè)置地道時，為了不影響地面房屋和其他工程設(shè)施，用千斤頂將預(yù)制的管段或箱涵配合挖土向前頂進，這就是頂管法。用這種方法穿過街道、路堤等障礙物是很有效的。

用沉井法（見地下工程沉井法施工）修筑地下建筑，具有占地面積小、挖土量少、施工方便、對周圍設(shè)施影響較小等優(yōu)點。已發(fā)展成一種在軟土地層中修筑地下工業(yè)建筑物的方法。

城市中用明挖法施工，打設(shè)板樁時會產(chǎn)生很大噪聲和振動，因此發(fā)明了減輕公害的地下連續(xù)墻法。它用專門機械開挖深槽，應(yīng)用觸變泥漿護壁，然后在槽中灌筑水下混凝土，以形成地下連續(xù)墻來擋土，或作為地下結(jié)構(gòu)的一部分。此法的優(yōu)點是產(chǎn)生的噪聲和振動都很小。

地下工程的開挖工作很繁重，施工機械化要求特別迫切。隨著機械制造及冶煉技術(shù)的進步，20世紀(jì)50年代制造出用硬合金刀具直接破巖的隧洞掘進機，實現(xiàn)了開挖工作的綜合機械化，因此獲得一定程度的推廣。

隨著巖體力學(xué)的發(fā)展,在結(jié)合現(xiàn)場經(jīng)驗的基礎(chǔ)上,20世紀(jì)中葉創(chuàng)造了新奧法。此法的主旨是盡量利用圍巖的自承能力,用噴錨支護控制圍巖的變形及應(yīng)力重分布,使達到新的平衡。這樣就把支護和圍巖組成一整體結(jié)構(gòu)，而其中的主要承載部分是圍巖。此法是在軟弱圍巖中施工的有效方法。

施工方法的發(fā)展，除了科技人員對于地下工程受周圍介質(zhì)的復(fù)雜影響逐漸加深認(rèn)識以外，還有賴于系列化、自動化施工機械的研制和新材料的創(chuàng)造，使在開挖、運輸和襯砌等作業(yè)中能綜合運用,并形成新的施工方法,以縮短施工期限和保證工程質(zhì)量。

施工方法（一）全斷面開挖法

1．全斷面開挖法適用于土質(zhì)穩(wěn)定、斷面較小的隧道施工，適宜人工開挖或小型機械作業(yè)。

2．全斷面開挖法采取自上而下一次開挖成形，沿著輪廓開挖，按施工方案一次進尺并及時進行初期支護。

3．全斷面開挖法的優(yōu)點是可以減少開挖對圍巖的擾動次數(shù)，有利于圍巖天然承載拱的形成，工序簡便；缺點是對地質(zhì)條件要求嚴(yán)格，圍巖必須有足夠的自穩(wěn)能力。

（二）臺階開挖法

1．臺階開挖法適用于土質(zhì)較好的隧道施工，軟弱圍巖、第四紀(jì)沉積地層隧道。

2．臺階開挖法將結(jié)構(gòu)斷面分成兩個以上部分，即分成上下兩個工作面或幾個工作面，分步開挖。根據(jù)地層條件和機械配套情況，臺階法又可分為正臺階法和中隔壁臺階法等。正臺階法能較早使支護閉合，有利于控制其結(jié)構(gòu)變形及由此引起的地面沉降。

3．臺階開挖法優(yōu)點是具有足夠的作業(yè)空間和較快的施工速度，靈活多變，適用性強。

（三）環(huán)形開挖預(yù)留核心土法

1．環(huán)形開挖預(yù)留核心土法適用于一般土質(zhì)或易坍塌的軟弱圍巖、斷面較大的隧道施工。

2．一般情況下，將斷面分成環(huán)形拱部、上部核心土、下部臺階等三部分。根據(jù)斷面的大小，環(huán)形拱部又可分成幾塊交替開挖。環(huán)形開挖進尺為0.5～1,Om．不宜過長。臺階長度一般以控制在1D內(nèi)（D-般指隧道跨度）為宣。

3．施工作業(yè)流程：用人工或單臂掘進機開挖環(huán)形拱部一架立鋼支撐，噴混凝土。在拱部初次支護保護下，為加快進度，宜采用挖掘機或單臂掘進機開挖核心土和下臺階，隨時接長鋼支撐和噴混凝土、封底。視初次支護的變形情況或施工步序，安排施工二次襯砌作業(yè)。

（四）單側(cè)壁導(dǎo)坑法

l_單側(cè)壁導(dǎo)坑法適用于斷面跨度大，地表沉陷難于控制的軟弱松散圍巖中隧道施工。

2．單側(cè)壁導(dǎo)坑法是將斷面橫向分成3塊或4塊：側(cè)壁導(dǎo)坑(1)、上臺階(2)、下臺階(3)，側(cè)壁導(dǎo)坑尺寸應(yīng)本著充分利用臺階的支撐作用，并考慮機械設(shè)備和施工條件而定。

3．一般情況下側(cè)壁導(dǎo)坑寬度不宜超過0.5倍洞寬，高度以到起拱線為宜，這樣導(dǎo)坑可分二次開挖和支護，不需要架設(shè)工作平臺，人工架立鋼支撐也較方便。

（五）雙側(cè)壁導(dǎo)坑法

1．雙側(cè)壁導(dǎo)坑法又稱眼鏡工法。當(dāng)隧道跨度很大，地表沉陷要求嚴(yán)格，圍巖條件特別差，單側(cè)壁導(dǎo)坑法難以控制圍巖變形時，可采用雙側(cè)壁導(dǎo)坑法。

2．雙側(cè)壁導(dǎo)坑法一般是將斷面分成四塊：左、右側(cè)壁導(dǎo)坑、上部核心土(2)、下臺階(3)。導(dǎo)坑尺寸擬定的原則同前，但寬度不宜超過斷面最大跨度的三分之一。左、右側(cè)導(dǎo)坑錯開的距離，應(yīng)根據(jù)開挖一側(cè)導(dǎo)坑所引起的圍巖應(yīng)力重分布的影響不致波及另一側(cè)已成導(dǎo)坑的原則確定。

3．施工順序：開挖一側(cè)導(dǎo)坑，并及時地將其初次支護閉合。相隔適當(dāng)距離后開挖另一側(cè)導(dǎo)坑，并建造初次支護。開挖上部核心土，建造拱部初次支護，拱腳支承在兩側(cè)壁導(dǎo)坑的初次支護上。開挖下臺階，建造底部的初次支護，使初次支護全斷面閉合。拆除導(dǎo)坑臨空部分的初次支護。施作內(nèi)層襯砌。

（六）中隔壁法和交叉中隔壁法

1．中隔壁法也稱CD工法，主要適用于地層較差和不穩(wěn)定巖體、且地面沉降要求嚴(yán)格的地下工程施工。

2．當(dāng)CD工法不能滿足要求時，可在CD工法基礎(chǔ)上加設(shè)臨時仰拱，即所謂的交叉中隔壁法(CRD工法)。

3．CD工法和CRD工法在大跨度隧道中應(yīng)用普遍，在施工中應(yīng)嚴(yán)格遵守正臺階法的施工要點，尤其要考慮時空效應(yīng)，每一步開挖必須快速，必須及時步步成環(huán)，工作面留核心土或用噴混凝土封閉，消除由于工作面應(yīng)力松弛而增大沉降值的現(xiàn)象。

（七）中洞法、側(cè)洞法、柱洞法、洞樁法

當(dāng)?shù)貙訔l件差、斷面特大時，一般設(shè)計成多跨結(jié)構(gòu)，跨與跨之間有梁、柱連接，一般采用中洞法、側(cè)洞法、柱洞法及洞樁法等施工，其核心思想是變大斷面為中小斷面，提高施工安全度。

1．中洞法施工就是先開挖中間部分（中洞），在中洞內(nèi)施作梁、柱結(jié)構(gòu)，然后再開挖兩側(cè)部分（側(cè)洞），并逐漸將側(cè)洞頂部荷載通過中洞初期支護轉(zhuǎn)移到梁、柱結(jié)構(gòu)上。由于中洞的跨度較大，施工中一般采用CD、CRD或雙側(cè)壁導(dǎo)航法進行施工。中洞法施工工序復(fù)雜，但兩側(cè)洞對稱施工，比較容易解決側(cè)壓力從中洞初期支護轉(zhuǎn)移到梁柱上時的不平衡側(cè)壓力問題，施工引起的地面沉降較易控制。中洞法的特點是初期支護自上而下，每一步封閉成環(huán)，環(huán)環(huán)相扣，二次襯砌自下而上施工，施工質(zhì)量容易得到保證。

2．側(cè)洞法施工就是先開挖兩側(cè)部分（側(cè)洞），在側(cè)洞內(nèi)做梁、柱結(jié)構(gòu)，然后再開挖中間部分（中洞），并逐漸將中洞頂部荷載通過初期支護轉(zhuǎn)移到梁、柱上，這種施工方法在處理中洞頂部荷載轉(zhuǎn)移時，相對于中洞法要困難一些。兩側(cè)洞施工時，中洞上方土體經(jīng)受多次擾動，形成危及中洞的上小下大的梯形、三角形或楔形土體，該土體直接壓在中洞上，中洞施工若不夠謹(jǐn)慎就可能發(fā)生坍塌。2