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为建筑业打call!《建筑业10项新技术(2017版)》文章精彩上线

发布时间编辑日期:2018-03-21 00:00:00发布时间作者:sosenweb

《建筑业10项新技术(2017版)》

地基基础和地下空间工程技术综述

作者:王曙光,高文生,李耀良,王理想

1  编制背景

为推进建筑业技术进步,提高行业整体技术水平,原建设部于1994年首次颁布了《建筑业10项新技术》,并在1998年、2005年、2010年分别对其进行了3次修订,使其内容得到了持续的提升和扩展。《建筑业10项新技术(2010)》在2005版的基础上进行了修订,其中有些技术已处于世界领先水平,很多应用10项新技术的高、大、精、尖工程成为世界级的标志性工程,新技术的推广应用对行业的技术进步起到了有力的推动作用。

近年来,我国经济的持续快速增长及城市化进程的加快,给岩土工程带来了新的需求,同时也带来了新问题。例如:由于城市建设中建设用地紧张的矛盾日益突出,高层建筑越来越多,对地基(包括桩基)承载力及变形控制的要求越来越高;随着地下空间的开发利用导致基础面积越来越大,基础埋置深度越来越深,周边环境越来越复杂,基坑开挖对周边环境的影响日渐突出;建筑物对资源的消耗越来越大,资源的不可再生,与可持续发展和建设节约型社会的矛盾日益突出;传统的岩土工程施工工艺对环境的污染,以及施工对周边环境造成的损害,与建设环境友好型社会的矛盾日益凸显。要满足城市发展需求,解决上述这些问题都需要技术创新。经过近几年的发展,已纳入《建筑业10项新技术(2010)》的相关技术,有些在应用过程中不断得到改进和创新,其技术内涵也已经发生变化,技术指标得到一定提高,使用范围也得到扩展,亟需改版升级;有些技术已充分普及或应用不多,另外还涌现出其他一些先进的技术。因此亟需对《建筑业10项新技术(2010)》进行修订。

2  本次修订的主要变化

本次修订,在《建筑业10项新技术(2010)》的基础上,贯彻“四节一环保”的理念,根据行业的技术发展,着眼于目前城市建设中地基基础及地下空间领域亟待解决的新问题,对地基基础与地下空间工程技术部分做了大量的调整(表1)。




(1)保留调整了9项技术,分别是:灌注桩后注浆技术、长螺旋钻孔压灌桩技术、混凝土桩复合地基技术(对原水泥粉煤灰碎石桩(CFG桩)复合地基技术进行了调整)、真空预压法组合加固软基技术、装配式支护结构施工技术(对原工具式组合内支撑技术进行扩充)、型钢水泥土复合搅拌桩支护结构技术、逆作法施工技术、复杂盾构法施工技术和非开挖埋管施工技术(大断面矩形地下通道掘进施工技术并入到非开挖埋管技术)。

(2)新增了4项技术,分别是:水泥土复合桩技术、地下连续墙施工技术、超浅埋暗挖施工技术和综合管廊施工技术。

(3)删减了2010版中的6项技术,分别是:土工合成材料应用技术、复合土钉墙支护技术、爆破挤淤法技术、高边坡防护技术、智能化气压沉箱施工技术和双聚能预裂与光面爆破综合技术。

3  主要技术内容

3.1  灌注桩后注浆技术

灌注桩后注浆技术是指在灌注桩成桩后一定时间,通过预设在桩身内的注浆导管及与之相连的桩端、桩侧处的注浆阀以压力注入水泥浆的一种施工工艺。注浆目的一是通过桩底和桩侧后注浆加固桩底沉渣(虚土)和桩身泥皮;二是对桩底及桩侧一定范围的土体通过渗入(粗颗粒土)、劈裂(细粒土)和压密(非饱和松散土)注浆起到加固作用,从而增大桩侧阻力和桩端阻力,提高单桩承载力,减少桩基沉降。由此可见,采用该技术不但能提高建筑物的安全度,还能有效地减少工程桩的混凝土及钢筋用量,起到节材节能的作用,符合建设节约型社会的产业政策。

灌注桩后注浆技术适用于除沉管灌注桩外的各类泥浆护壁和干作业的钻、挖、冲孔灌注桩。在优化注浆工艺参数的前提下,可使单桩竖向承载力提高40%以上,通常情况下粗粒土增幅高于细粒土,桩侧桩底复式注浆高于桩底注浆;桩基沉降减小30%左右。

目前,灌注桩后注浆技术在国内一些地区得到广泛应用,尤其是近年来的一些超高层建筑,如上海中心大厦、天津117大厦等,均采用了灌注桩后注浆技术,并取得了很好的社会效益和经济效益。随着我国中西部经济的发展,高层和超高层建筑越来越多,采用钻孔灌注桩基础的建筑也越来越多,灌注桩后注浆技术还有广阔的应用前景。但灌注桩后注浆技术的具体工艺方法上还有较大差异,施工及验收标准也不统一,该技术的应用有待进一步规范化管理。

3.2  长螺旋钻孔压灌桩技术

长螺旋钻孔压灌桩技术是采用长螺旋钻机钻孔至设计标高,利用混凝土泵将超流态细石混凝土从钻头底压出,边压灌混凝土边提升钻头直至成桩,混凝土灌注至设计标高后,再借助钢筋笼自重或利用专门振动装置将钢筋笼一次插入混凝土桩体至设计标高,形成钢筋混凝土灌注桩,后插入钢筋笼的工序应在压灌混凝土工序后连续进行。与普通水下灌注桩施工工艺相比,长螺旋钻孔压灌桩施工不需要泥浆护壁,无泥皮,无沉渣,无泥浆污染,施工速度快,造价较低。该工法施工的单桩承载力高于普通的泥浆护壁钻孔灌注桩,成桩质量稳定,与泥浆护壁钻孔灌注桩相比,工效成倍提高。由此可见,该项技术有利于保护环境,还可节材节能,而且可提高工效、节约工期,因此该技术有很好的经济效益和社会效益。

长螺旋钻孔压灌桩技术适用于长螺旋钻孔机可以钻进的粘性土、粉土、砂土、卵石、素填土等地基,特别是地下水位较高、易塌孔的地层;可在一定程度上替代泥浆护壁钻孔灌注桩,应用前景广阔。该技术在应用的过程中应注意其适用范围和质量控制。

3.3  水泥土复合桩技术

水泥土复合桩是由PHC管桩、钢管桩等在水泥土初凝前压入水泥土桩中复合而成的桩基础,也可将其用作复合地基。水泥土复合桩由芯桩和水泥土组成,芯桩与桩周土之间为水泥土。水泥搅拌桩的施工及芯桩的压入改善了桩周和桩端土体的物理力学性质及应力场分布,有效地改善了桩的荷载传递途径;桩顶荷载由芯桩传递到水泥土桩再传递到侧壁和桩端的水泥土体,有效地提高了桩的侧阻力和端阻力,从而有效地提高了复合桩的承载力,减小桩的沉降。目前常用的施工工艺有植桩法等。

水泥土复合桩技术的适用范围比较广泛,可针对不同地质条件采用不同施工工艺。水泥土复合桩技术的施工适用性主要取决于水泥土桩的施工工艺的适用性,对于水泥土搅拌桩,适用于软弱粘土地基。在沿江、沿海地区,广泛分布着含水率较高,强度低,压缩性较高,垂直渗透系数较低,层厚变化较大的软粘土,地表下浅层存在承载力较高的土层。采用传统单一的地基处理方式或常规钻孔灌注桩,往往很难取得理想的经济技术效果。水泥土复合桩技术是适用于这种地层的有效方法之一。对于高压旋喷桩,适用于粉土和砂土地层。高压旋喷桩在砂土地层得到的桩身强度较高,采用刚性桩作为芯桩的水泥土复合桩,可有效提高单桩承载力,节省工程造价。

目前,各种水泥土复合桩的专利很多,水泥土复合桩的形式多种多样,适用的场地条件也各不相同,由于其单桩承载力高,施工污染小,可节约工程造价,应用前景广阔。但各种水泥土复合桩的具体工艺方法上差异较大,施工及验收标准也不统一,尤其是水泥土桩的施工质量对水泥土复合桩承载力的影响较大,应加强质量控制。

3.4  混凝土桩复合地基技术

混凝土桩复合地基是以水泥粉煤灰碎石桩复合地基为代表的高粘结强度桩复合地基。水泥粉煤灰碎石桩复合地基技术是将碎石桩地基处理技术加以改造形成的。水泥粉煤灰碎石桩(简称CFG桩)是在碎石桩桩体中掺加适量石屑、粉煤灰、水泥和砂,加水拌和,形成一种高粘结强度的桩体。通过在建筑物基础和桩顶之间设置一定厚度的褥垫层,保证桩、桩间土共同承担荷载,使桩、桩间土和褥垫层一起构成复合地基。通过十几年的工程实践,水泥粉煤灰碎石桩复合地基技术从最初应用于多层建筑发展到广泛应用于高层和超高层建筑地基基础。近年来除水泥粉煤灰碎石桩复合地基外,混凝土灌注桩、预制桩等作为复合地基增强体的工程也越来越多,其工作性状与水泥粉煤灰碎石桩复合地基接近,因此本次修订将原水泥粉煤灰碎石桩复合地基技术的内容进行了拓展,将该技术的名称修改为混凝土桩复合地基技术。

混凝土桩复合地基技术适用于处理粘性土、粉土、砂土和已自重固结的素填土等地基。对淤泥质土应按当地经验或通过现场试验确定其适用性。就基础形式而言,既可用于条形基础、独立基础,又可用于箱形基础、筏形基础。采取适当技术措施后亦可用于刚度较弱的基础及柔性基础。目前水泥粉煤灰碎石桩复合地基也应用于路桥等柔性基础,但由于水泥粉煤灰碎石桩复合地基承载性能受基础刚度影响很大,柔性基础下承载性能及桩土荷载分担比例宜通过试验确定。

混凝土桩复合地基技术不仅可发挥桩体材料的潜力,充分利用天然地基承载力,且能因地制宜地利用当地材料,可有效节约桩基混凝土用量,由于桩身不配置钢筋,因此节材效果明显,且该技术施工工效高,节约工期,具有良好的经济效益和社会效益。目前,混凝土桩复合地基技术在国内一些地区得到广泛应用,随着我国中西部经济的发展,该技术在中西部将会有广阔的应用前景。该技术在应用的过程中应注意其适应范围和质量控制。

3.5  真空预压法组合加固软基技术

在我国广泛存在着海相、湖相及河相沉积的软弱粘土层及吹填土,这种土的特点是含水量大,压缩性高,强度低,透水性差等。该类地基在建筑物荷载作用下会产生相当大的变形或变形差。对于该类地基,尤其需大面积处理时,预压法是处理这类软弱粘土地基的较有效方法之一。预压法分为堆载预压法、真空预压法和真空堆载联合预压法3类。

堆载预压法由于荷载需分级施加,工期相对较长,土体会产生部分侧向变形,且需要堆载土源,因此目前单纯采用堆载预压的工程相对较少。

真空预压法是在需加固的软粘土地基内设置砂井或塑料排水板,然后在地面铺设砂垫层,其上覆盖不透气的密封膜使软土与大气隔绝,通过埋设于砂垫层中的滤水管,用真空装置进行抽气,将膜内空气排出,因而在膜内外产生一个气压差,这部分气压差即变成作用于地基上的荷载,地基随等向应力的增加而固结。由于抽真空产生负压,增加的是球向应力,土体向内收缩变形。其优点是抽真空可一次到位,无需分级施加,地基不会出现稳定性问题;缺点是技术要求复杂,受到抽真空效果影响,土体沉降速率不稳定,且最大真空度仅能达到80kPa,处理深度一般不大于8m。

当设计地基预压荷载大于80kPa,且进行真空预压处理地基不能满足设计要求时,可采用真空堆载联合预压地基处理。真空堆载联合预压法是在真空预压的基础上,在膜下真空度达到设计要求并稳定后,进行分级堆载,并根据地基变形和孔隙水压力的变化控制堆载速率,与单纯的堆载预压相比,加载的速率相对较快。在堆载结束后,进入联合预压阶段,直到地基变形的速率满足设计要求,停止抽真空,结束真空联合堆载预压。

随着真空预压法施工技术和工艺的成熟及人们对加固机理认识的加深,其应用范围也越来越大,成为目前加固软土地基的一个行之有效且常规实用的方法。真空预压法及真空堆载联合预压法广泛应用于港口、机场和工业与民用建筑等工程的地基加固中,在吹填土软基处理方面更是得到了大量应用。

3.6  装配式支护结构施工技术

装配式支护结构是以成型的预制构件为主体,通过各种技术手段在现场装配成为支护结构。与常规支护手段相比,该支护技术具有造价低、工期短、质量易于控制等特点,大幅降低了能耗,减少了建筑垃圾,有较高的社会、经济效益及环保作用。《建筑业10项新技术(2010)》仅列入了工具式组合内支撑技术。目前市场上较为成熟的装配式支护结构有:预制桩、预制地下连续墙结构、预应力鱼腹梁支撑结构和工具式组合内支撑等,其施工技术的内容有了较大幅度的扩展。

预制桩作为基坑支护结构使用时,主要采用常规的预制桩施工方法,如静压或锤击法施工,还可采用插入水泥土搅拌桩,TRD搅拌墙或CSM双轮铣搅拌墙内形成连续的水泥土复合支护结构。

预制地下连续墙技术即按常规施工方法成槽后,在泥浆中先插入预制墙段、预制桩、型钢或钢管等预制构件,然后以自凝泥浆置换成槽用的护壁泥浆,或直接以自凝泥浆护壁成槽插入预制构件,以自凝泥浆的凝固体填塞墙后空隙和防止构件间接缝渗水,形成地下连续墙。采用预制地下连续墙技术施工的地下墙面光洁,墙体质量好,强度高,并可避免在现场制作钢筋笼、浇筑混凝土及处理废浆。近年来,在常规预制地下连续墙技术的基础上,又出现了一种新型预制连续墙,即不采用昂贵的自凝泥浆而仍用常规的泥浆护壁成槽,成槽后插入预制构件并在构件间采用现浇混凝土将其连成一个完整的墙体。该工艺是一种相对经济又兼具现浇地下墙和预制地下墙优点的新技术。

预应力鱼腹梁支撑技术,由高强度低松弛的钢绞线作为上弦构件,H型钢作为受力梁,与长短不一的H型钢撑梁等组成的鱼腹梁与对撑、角撑、立柱、横梁、拉杆、三角形节点、预压顶紧装置等标准部件组合并施加预应力,形成平面预应力支撑系统与立体结构体系,支撑体系的整体刚度高,稳定性强。本技术能提供开阔的施工空间,使挖土、运土及地下结构施工便捷,不仅显著改善地下工程的施工作业条件,且大幅减少支护结构的安装、拆除、土方开挖及主体结构施工的工期和造价。

工具式组合内支撑技术是在混凝土内支撑技术的基础上发展起来的一种内支撑结构体系,主要利用组合式钢结构构件本身截面灵活可变,加工方便,适用性广的特点,可在各种地质情况和复杂周边环境下使用。该技术具有施工速度快,支撑形式多样,计算理论成熟,可拆卸重复利用,节省投资等优点。

装配式支护结构施工技术可实现构件的工厂化生产,提高了构件的质量,节约工期,支撑结构可拆卸、可重复利用,符合节能环保的产业政策。

3.7  型钢水泥土复合搅拌桩支护结构技术

型钢水泥土复合搅拌桩支护结构技术是指通过特制的多轴深层搅拌机,自上而下将施工场地原位土体切碎,同时从搅拌头处将水泥浆等固化剂注入土体并与土体搅拌均匀,通过连续的重叠搭接施工形成水泥土地下连续墙;在水泥土初凝前将型钢(预制混凝土构件)插入墙中,形成型钢(预制混凝土构件)与水泥土的复合墙体。型钢水泥土复合搅拌桩支护结构同时具有抵抗侧向土水压力和阻止地下水渗漏的功能。

《建筑业10项新技术(2010)》中的型钢水泥土复合搅拌桩支护结构技术还仅限于三轴水泥土搅拌桩中插入H型钢技术(SMW工法),近几年水泥土搅拌桩施工工艺在传统的工法基础上有了很大的发展,渠式切割水泥土连续墙技术(TRD工法)、双轮铣深层搅拌工法(CSM工法)、五轴水泥土搅拌桩、六轴水泥土搅拌桩等施工工艺的出现,使型钢水泥土复合搅拌桩支护结构的使用范围更加广泛,施工效率也大幅增加。

渠式切割水泥土连续墙技术(TRD工法)是将满足设计深度的附有切割链条及刀头的切割箱插入地下,在进行纵向切割横向推进成槽的同时,向地基内部注入水泥浆以达到与原状地基的充分混合搅拌,在地下形成等厚度水泥土连续墙的一种施工工艺。该工法具有适应地层广,墙体连续无接头,墙体渗透系数低等优点。

双轮铣深层搅拌工法(CSM工法)是使用两组铣轮以水平轴向旋转搅拌方式,形成矩形槽段的改良土体的一种施工工艺。该工法的性能特点有:(1)具有高削掘性能,地层适应性强;(2)高搅拌性能;(3)高削掘精度;(4)可完成较大深度的施工;(5)设备高稳定性;(6)低噪声和振动;(7)可任意设定插入劲性材料的间距;(8)可靠的施工过程数据和高效的施工管理系统;(9)机械均采用履带式主机,占地面积小,移动灵活。

型钢水泥土复合搅拌桩支护结构技术主要用于深基坑支护,可在粘性土、粉土、砂砾土等岩土层中使用,该技术止水效果好,型钢可回收重复利用,符合节能环保的产业政策,应用前景广阔。

3.8  地下连续墙施工技术

地下连续墙施工技术是在地面上先构筑导墙,采用专门的成槽设备,沿着支护或深开挖工程的周边,在特制泥浆护壁条件下,每次开挖一定长度的沟槽至指定深度;清槽后,向槽内吊放钢筋笼,然后用导管法浇筑水下混凝土,混凝土自下而上充满槽内并把泥浆从槽内置换出来,筑成一个单元槽段,并依此逐段进行,使这些相互邻接的槽段在地下筑成一道连续的钢筋混凝土墙体。地下连续墙主要作承重、挡土或截水防渗结构之用。

地下连续墙具有如下优点:(1)施工低噪声,低震动,对环境的影响小;(2)连续墙刚度大,整体性好,基坑开挖过程中安全性高,支护结构变形较小;(3)墙身具有良好的抗渗能力,坑内降水时对坑外的影响较小;(4)可作为地下室结构的外墙,可配合逆作法施工,缩短工期,降低造价。

随着城市土地资源日趋紧张,高层和超高层建筑的日益崛起,基坑深度也突破初期的十几米朝更深的几十米发展,随之带来的是地下连续墙向着超深、超厚发展。目前建筑领域地下连续墙已经超越了110m,随着技术的进步和城市发展的需求,地下连续墙将会向更深的深度发展。如软土地区的超深地下连续墙施工就是利用成槽机、铣槽机在粘土和砂土环境下各自的优点,以抓铣结合的方法进行成槽,并合理选用泥浆配比,控制槽壁变形,优势明显。

由于地下连续墙是由若干个单元槽段分别施工后再通过接头连成整体,各槽段之间的接头有多种形式,目前最常用的接头形式有圆弧形接头、橡胶带接头、工字形钢接头、十字钢板接头、套铣接头等。其中橡胶带接头是一种相对较新的地下连续墙接头工艺,通过横向连续转折曲线和纵向橡胶防水带延长了可能出现的地下水渗流路线,接头的止水效果较以前的各种接头工艺有大幅改观。目前超深的地下连续墙多采用套铣接头,利用铣槽机可直接切削硬岩的能力直接切削已成槽段的混凝土,在不采用锁口管和接头箱的情况下形成止水良好,致密的地下连续墙接头。套铣接头具有施工设备简单,接头水密性良好等优点。

一般情况下地下连续墙适用于如下条件的基坑工程:(1)深度较大的基坑工程;(2)邻近存在保护要求较高的建(构)筑物,对基坑本身的变形和防水要求较高的工程;(3)基坑内空间有限,地下室外墙与红线距离极近,采用其他围护形式无法满足留设施工操作空间要求的工程;(4)围护结构亦作为主体结构的一部分,且对防水、抗渗有较严格要求的工程;(5)采用逆作法施工,地上地下同步施工时,一般采用地下连续墙作为围护墙。地下连续墙集承重、挡土或截水防渗作用于一体,可有效地保护周边环境,配合逆作法施工,可缩短工期,降低造价。目前城市核心区的基础埋置深度越来越大,周边环境越来越复杂,基坑开挖对周边环境的保护问题越来越突出,地下连续墙解决此类问题的优势明显,应用也越来越广泛。

3.9  逆作法施工技术

逆作法一般是先沿建筑物地下室外墙轴线施工地下连续墙,或沿基坑的周围施工其他临时围护墙,同时在建筑物内部的有关位置浇筑或打下中间支承桩和柱,作为施工期间于底板封底前承受上部结构自重和施工荷载的支承;然后施工逆作层的梁板结构,作为地下连续墙或其他围护墙的水平支撑,随后逐层向下开挖土方和浇筑各层地下结构,直至底板封底;同时,由于逆作层的楼面结构先施工完成,为上部结构的施工创造了条件,因此可同时向上逐层进行地上结构的施工;如此地面上、下同时进行施工,直至工程结束。

目前逆作法的新技术如下。

(1)框架逆作法。利用地下各层钢筋混凝土肋形楼板中先期浇筑的交叉格形肋梁,对围护结构形成框格式水平支撑,待土方开挖完成后再二次浇筑肋形楼板。

(2)跃层逆作法。在适当的地质环境条件下,根据设计计算结果,通过局部楼板加强及适当的施工措施,在确保安全的前提下实现跃层超挖,即跳过地下一层或两层结构梁板的施工,实现土方施工的大空间化,提高施工效率。

(3)踏步式逆作法。该法是将周边若干跨楼板采用逆作法踏步式从上至下施工,余下的中心区域待地下室底板施工完成后逐层向上顺作,并与周边逆作结构衔接完成整个地下室结构。

(4)一柱一桩调垂技术。在逆作施工中,竖向支承桩柱的垂直精度要求是确保逆作工程质量和安全的核心要素,决定着逆作技术的深度和高度。目前,钢立柱的调垂方法主要有气囊法、校正架法、调垂盘法、液压调垂盘法、孔下调垂机构法、孔下液压调垂法和HDC高精度液压调垂系统等。

逆作法适用于如下基坑:大面积的地下工程;大深度的地下工程;基坑形状复杂的地下工程;周边状况苛刻,对环境要求很高的地下工程;上部结构工期要求紧迫及地下作业空间较小的地下工程。逆作法基坑开挖对周边环境的影响较小,有利于对周边环境的保护,而且先期施工的地下结构顶板可以作为材料堆场,解决了施工工作面紧张的问题,对于城市核心区周边环境复杂、施工用地紧张、上部结构工期要求紧的工程比较适用,是一种节能、省地的施工技术。

3.10  超浅埋暗挖施工技术

在下穿城市道路的地下通道施工时,地下通道的覆盖土厚度与通道跨度之比通常较小,属于超浅埋通道。为了保障城市道路、地下管线及周边建(构)筑物正常运用,需采用严格控制土体变形的超浅埋暗挖施工技术。一般采用长大管棚超前支护加固地下通道周围土体,将整个地下通道断面分为若干个小断面进行顺序错位短距开挖,及时强力支护并封闭成环,形成平顶直墙交替支护结构条件,进行地下通道或空间主体施工的支护技术方法。施工过程中应加强对施工影响范围内的城市道路、管线及建(构)筑物的变形监测,及时反馈信息,调整支护参数。该技术主要利用钢管刚度强度大,水平钻定位精准,型钢拱架连接加工方便、撑架及时和适用性广等特点,可以在不阻断交通,不损伤路面,不改移管线和不影响居民等城市复杂环境下使用,因此具有安全、可靠、快速、环保、节资等优点。

超浅埋暗挖施工技术,是我国近十年来在面临城市交通拥堵无法断路,地下管线众多难以改移,铁路、机场跑道不可停用,雾霾严重不宜明挖等严峻现实条件下,随着精确制导管棚施工技术的出现,与浅埋暗挖技术有机结合,形成大断面矩形地下通道的开挖技术,并应用于城市地下通道下穿繁忙道路、铁路、机场跑道、水渠或地下停车场修建等领域的一种新型地下工程暗挖施工技术。该技术有利于环境保护,节省施工占地,适用于下穿城市道路的超浅埋地下通道工程。

3.11  复杂盾构法施工技术

盾构法是一种全机械化的隧道施工方法,通过盾构外壳和管片支承四周围岩防止发生坍塌;同时在开挖面前方用切削装置进行土体开挖,通过出土机械外运出洞,靠千斤顶在后部加压顶进,并拼装预制混凝土管片,形成隧道结构的一种机械化施工方法。由于盾构施工技术对环境影响很小而被广泛采用,得到了迅速的发展。近年来针对复杂地层、复杂地面环境条件下的盾构法施工技术,或大断面圆形(洞径大于10m)、矩形或双圆等异形断面形式的盾构法施工技术的应用也越来越多,统称为复杂盾构法施工技术。

选择盾构形式时,除考虑施工区段的围岩条件、地面情况、断面尺寸、隧道长度、隧道线路、工期等各种条件外,还应考虑开挖和衬砌等施工问题,必须选择安全且经济的盾构形式。盾构施工在遇到复杂地层、复杂环境或者盾构截面异形或盾构截面大时,可通过分析地层和环境等情况合理配置刀盘,采用合适的掘进模式和掘进技术参数、盾构姿态控制及纠偏技术、采用合适的注浆方式等各种技术要求来解决以上的复杂问题。盾构法施工是一个系统性很强的工程,其设计和施工技术方案的确定应从各个方面综合权衡与比选,最终确定合理可行的实施方案。

盾构机主要是用来开挖土、砂、围岩的隧道机械,由切口环、支撑环及盾尾3部分组成,就断面形状可分为单圆形、复圆形及非圆形盾构。矩形盾构是横断面为矩形的盾构机,相比圆形盾构,其作业面小,主要用于距地面较近的工程作业。矩形盾构机的研制难度超过圆形盾构机。目前,我国使用的矩形盾构机主要有2个、4个或6个刀盘联合工作。

盾构法施工技术,尤其是复杂盾构法施工技术,有利于环境保护,从目前来看,我国的盾构施工技术已经取得较为显著的进步,对盾构施工的应用起到了推动作用,带来了良好的经济和社会效益。

3.12  非开挖埋管施工技术

传统的管道埋设通常采用明挖方式,对周边环境影响较大,在很多情况下考虑对周边环境的影响不允许采用明挖的方式,需要采用非开挖埋管施工技术。《建筑业10项新技术(2010)》列入了顶管法和定向钻进穿越技术,将大断面矩形地下通道掘进施工技术单独列为一项技术,本次修订时考虑到大断面矩形地下通道掘进施工技术的原理和施工方法与非开挖埋管技术类似,可将其列为非开挖埋管施工技术。

顶管法是在松软土层或富水松软地层中敷设管道的一种施工方法。目前,顶管法广泛应用于城区水污染治理的截污管施工及动力电缆、宽频网、光纤网等电缆的管道施工及城市市政地下工程中穿越公路、铁路、建筑物下的综合通道及地铁人行通道施工中。

定向钻进穿越技术是根据入土点和出土点设计出穿越曲线,然后按照穿越曲线利用穿越钻机先钻出导向孔、再进行扩孔处理,回拖管线之后利用泥浆的护壁及润滑作用将已预制试压合格的管段进行回拖,完成管线的敷设施工。在不开挖地表面条件下,可广泛应用于供水、煤气、电力、电讯、天然气、石油等管线敷设施工。

大断面矩形地下通道掘进施工技术是利用矩形隧道掘进机在前方掘进,而后将分节预制好的混凝土结构在土层中顶进、拼装形成地下通道结构的非开挖法施工技术。大断面矩形地下通道掘进施工技术施工机械化程度高,掘进速度快,矩形断面利用率高,非开挖施工地下通道结构对地面运营设施影响小,能满足多种截面尺寸的地下通道施工需求。

顶管法、定向钻进穿越技术、大断面矩形地下通道掘进施工技术很好地解决城市中地下管线及地下通道施工问题,有利于保护环境,有很好的经济效益、社会效益和应用前景。

3.13  综合管廊施工技术

综合管廊可称之为“共同沟”,是指城市地下管道综合走廊,是为实施统一规划、设计、施工和维护,建于城市地下用于敷设市政公用管线的市政公用设施。采取综合管廊可实现各种管线以集约化方式敷设,可使城市的地下空间资源得以综合利用。综合管廊的施工方法主要分为明挖施工和暗挖施工。

明挖施工法主要有:放坡开挖施工、水泥土搅拌桩围护结构、板桩墙围护结构及SMW工法等。明挖管廊的施工可采用现浇施工法与预制拼装施工法。现浇施工法可大面积作业,将整个工程分割为多个施工标段,加快施工进度。预制拼装施工法要求有较大规模的预制厂和大吨位的运输及起吊设备,施工技术要求高,对接缝处施工处理有严格要求。

暗挖施工法主要有盾构法和顶管法等。盾构法和顶管法均是采用专用机械构筑隧道的暗挖施工方法,在隧道某段的一端建造竖井或基坑,以供机械安装就位。机械从竖井或基坑壁开孔处出发,沿设计轴线向另一竖井或基坑的设计孔洞推进、构筑隧道,并有效地控制地面隆降。盾构法和顶管法施工具有自动化程度高,对环境影响小,施工安全,质量可靠,施工进度快等特点。

综合管廊主要用于城市统一规划、设计、施工及维护的市政公用设施工程,建于城市地下,用于敷设市政公用管线。综合管廊不仅解决了反复开挖对城市交通等的干扰,有效地利用地下空间,美化了城市环境,还极大地方便了城市市政设施的维护和检修,且能起到一定的防震减灾作用,符合国家节能减排、绿色环保的产业政策,应用前景广阔。

4  结束语

《建筑业10项新技术(2010)》的推广应用对行业的技术进步起到了有力的推动作用。近年来其中有些技术在应用过程中不断改进创新,技术指标得到一定提高,使用范围也得到扩展,亟需改版升级,而有些技术已充分普及或应用已不多,另外还涌现出其他先进技术。

本次修订,在《建筑业10项新技术(2010)》的基础上,根据行业的技术发展,对地基基础与地下空间工程技术部分做了大量的调整,删减了7项技术,保留了9项技术,新增了4项技术。本次地基基础与地下空间新技术的修订,着眼于目前城市建设中地基基础及地下空间领域亟待解决的新问题,贯彻了四节一环保的理念,符合节能减排、绿色环保的产业政策,更好地为行业服务,并进一步推动行业的技术进步。


参考文献


[1]中华人民共和国住房和城乡建设部.住房城乡建设部关于印发建筑业发展“十三五”规划的通知[EB/OL].(2017–04–26).http://www.mohurd.gov.cn/wjfb/201705/t20170503_231715.html.

[2]中华人民共和国住房和城乡建设部.关于做好《建筑业10项新技术(2017版)》推广应用的通知[EB/OL].(2017–10–25).http://www.mohurd.gov.cn/wjfb/201711/t20171113_233938.html.

[3]中华人民共和国住房和城乡建设部.关于做好《建筑业10项新技术(2010)》推广应用的通知[EB/OL].(2010–10–24).http://www.mohurd.gov.cn/wjfb/201101/t20110111_201960.html.

本文第一作者王曙光系中国建筑科学研究院有限公司地基基础研究所研究员。



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