地下空間特點與施工技術的探討

馬建華

1.中國建筑東北設計研究院有限公司，遼寧 沈陽 110000；2.遼寧省巖土與地下空間工程技術研究中心，遼寧 沈陽 110000

1 城市地下空間工程及施工特點

城市地下工程極為復雜，往往涉及諸多學科理論和技術的交叉應用。城市地下工程特點在于需要地下工程理論廣泛應用與軟弱底層以及高度復雜環(huán)境，所以體現(xiàn)了地下工程經驗性的特征，另外，還會受到軟土層施工影響和制約。同時，城市地下工程的地質環(huán)境較為惡劣，存在諸多不確定性以及復雜性因素，而地面和地下建筑物分布較密集，導致整個地下空間施工的風險系數(shù)較大。以勘察階段為例，伴隨勘察規(guī)模以及基坑深度的增加，水位埋藏淺以及多個透水層共同形成的水文地質條件會影響整個基坑開挖進度，一旦進入基坑開挖環(huán)節(jié)，還容易引發(fā)周邊環(huán)境的變化，使得地基土體形成形態(tài)變化，對地下管線以及建筑物造成負面影響，從而給整個地下空間施工帶來安全風險。需要注意的是，施工工藝和施工組織是否科學、合理，都會支護體系的穩(wěn)定性產生重大影響。如果施工并未既定標準或者規(guī)程開展，容易引發(fā)鉆探結構變位以及變形的情況，嚴重時還會導致整個支護體系失穩(wěn)導致更加嚴重的后果。所以在基坑工程深度以及面積增加的背景下，需要深基坑開挖設計理論以及施工體系作為支撐，這樣才能進一步提升地下空間施工技術和水平。

2 地下工程主要施工技術

經多年發(fā)展，地下工程施工技術取得了長足進步，逐漸形成了諸多施工技術以及方法體系，例如明（暗）挖法、盾構法以及沉管法等。

2.1 明挖法

明挖法又被稱為基坑開挖技術，其優(yōu)勢在于施工流程簡單、安全，同時還具有經濟、高效的特點，而其劣勢在于給周圍環(huán)境會帶來明顯影響。當工程地面開闊或者地下地址條件較好，宜采用明挖法的施工技術，此外，明挖法還通常被用于深基坑工程，由此還建立了多種類的基坑圍護開挖技術體系。

2.2 逆作法

逆作法主要指的是將地下結構本身視為擋墻和支撐體系，由上往下逐步開挖進而建立地下結構體系的施工策略。由此可見，這一方式與傳統(tǒng)先支檔后開挖的流程具有明顯區(qū)別，因此在工程上將這種反向作業(yè)流程稱為逆作法。具體而言，逆作法的基本原理在于將結構本體視為支撐。由于剛度強，防止支護結構出現(xiàn)整體形變，這是逆作法的突出優(yōu)勢。另外，由于逆作法會預先建立臨時立柱和立柱樁，所以需要增加相應的費用，同時還注重混凝土的澆灌順序，這在一定程度上造成施工不便。

2.3 暗挖法

暗挖法主要應用于地表下面，其突出優(yōu)勢在于減少了施工對周圍居民生活的影響，然而這一施工技術造價較高，這是其最大劣勢，具體而言，暗挖法主要包括三種工法，分別為新奧法、淺埋暗挖法以及管幕法等。

2.4 沉井法

沉井法又可稱為沉箱鑿井法，作為一類特殊的施工技術，該方法主要應用在豎井建筑中，這是因為這一施工環(huán)境具有含水底層極不穩(wěn)定，所以在實際施工過程中，需要在井筒位置提前修建部分井筒，其底部有刃腳，利用井筒自重以及外力使其不斷下沉，隨機將其內部的巖石挖出。

2.5 盾構法

盾構隧道施工法需要借助盾構機，能夠實現(xiàn)在控制開挖面和圍巖的同時，避免出現(xiàn)坍塌破壞穩(wěn)定性的情形，此外還能有效推進隧道掘進工作，利用此法掘進隧道的過程中，通過機內拼裝管片達到壁后注漿的目的，由此可見，盾構隧道施工法最大程度維持圍巖的原有形態(tài)。盾構在適用范圍上具有明顯優(yōu)勢，在隧道掘進時能夠在縱長的地下結構中開展施工，有助于覆蓋淺層，同時防止含地下水的地層出現(xiàn)斷裂甚至沉陷情形。

2.6 頂管法

頂管法指的是借助液壓千斤頂?shù)仍O備具有牽引功能的機械或者設備，將頂管工作井視為承壓壁，在對地層土體進行開挖的同時，沿著預設完成的隧道根據(jù)設計路徑逐段前進的施工技術，這類施工技術主要應用于在道路施工或者鐵道施工時出現(xiàn)障礙物的情形，其本質也是暗挖式施工方法

2.7 沉管法

沉管法又被稱為預制管段沉放法，指的是在船塢內部搭建鋼筋混凝土結構，隨后將其置于水中浮運，沉埋到既定位置，形成水下工程，這種施工技術具有明顯優(yōu)勢，例如增強了整個隧道施工的質量，并且工程造價偏低，所用的工期較短保證了各個施工環(huán)節(jié)的安全性，同時這類方法還能最大程度利用斷面空間，其顯著缺點在于對施工技術具有極高要求。

3 巖土工程師面臨的機遇與挑戰(zhàn)

當前我國正處于程式化發(fā)展的重要時期，在土地資源萎縮以及環(huán)境問題嚴峻的大背景下，充分利用城市地下空間對于提升城市整體形象以及緩解交通具有重要意義，借助地下空間的挖掘和利用還能進一步提升地面環(huán)境質量，因此對巖土工程師而言，該領域發(fā)展前景極為廣闊［1］。需要注意的是，地下空間工程具有高度的復雜性特征，涉及諸多規(guī)劃以及管理等領域，作為土木建筑工程的重要分支，針對地下工程的規(guī)劃以及施工，需要充分利用諸多學科知識和理論，例如工程力學、建筑材料以及工程機械等，同時還對從業(yè)人員的計算機應用能力提出更高要求.另外，施工環(huán)境容易受到地質環(huán)境以及水文條件的影響，其工程難度較大，并且施工工期較長，這給巖土工程師的綜合素養(yǎng)提出更大挑戰(zhàn)。地下空間工程具有一定的特殊性以及復雜性，會給巖土工程師的實際工作造成較大挑戰(zhàn)。