摘 要：我國(guó)作為人口大國(guó)，人地矛盾特別尖銳，發(fā)展地下工程能夠有效地緩解人地矛盾。地下工程施工新技術(shù)能夠提高地下工程施工的安全系數(shù)，延長(zhǎng)其結(jié)構(gòu)使用壽命，尤其是建筑施工新技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展，有效地推動(dòng)了我國(guó)地下工程的發(fā)展。本文主要研究建筑施工新技術(shù)在城市地下工程中的應(yīng)用，希望為相關(guān)施工人員提供參考和幫助。

關(guān)鍵詞：建筑施工；新技術(shù)；地下工程

引 言

地下工程種類(lèi)很多，施工工作條件特殊，施工環(huán)境復(fù)雜，因此對(duì)施工技術(shù)有著較高的要求，建筑施工新技術(shù)的發(fā)展能夠?yàn)榈叵鹿こ痰慕ㄔO(shè)提供技術(shù)保障，因此，要加大研究力度，對(duì)建筑施工新技術(shù)進(jìn)行研究，保證地下工程施工的順利進(jìn)行。

1 地下巖土和巖土

地下工程作為一種結(jié)構(gòu)物，與地面構(gòu)筑物的一個(gè)重要區(qū)別在于它處在巖石或土這種地質(zhì)環(huán)境之中。周?chē)鷰r土介質(zhì)的各種物理力學(xué)性質(zhì)及其賦存條件，對(duì)地下工程的設(shè)計(jì)、施工乃至運(yùn)營(yíng)都有重要的影響。

巖石是經(jīng)過(guò)地質(zhì)作用形成的由一種或多種礦物組成的天然集合體。在地殼巖石形成過(guò)程中，地質(zhì)構(gòu)造作用以及其他漫長(zhǎng)的大自然作用破壞了巖石的完整性和連續(xù)性，產(chǎn)生了許多裂隙、節(jié)理和斷層。常常把節(jié)理、裂隙、斷層和沉積巖與由沉積巖變質(zhì)的變質(zhì)巖在生成過(guò)程中形成的層理和層面統(tǒng)稱(chēng)為結(jié)構(gòu)面。把由結(jié)構(gòu)面切割出的完整塊體稱(chēng)為巖塊，因此巖體也就可以認(rèn)為是由巖塊和結(jié)構(gòu)面組成的復(fù)雜地質(zhì)體。

絕大部分土是地表巖石經(jīng)過(guò)漫長(zhǎng)地質(zhì)歷史年代的同化作用而生成的。經(jīng)物理風(fēng)化的土層礦物成分常與原生礦物一致，如石英、長(zhǎng)石、云母等。原生礦物經(jīng)化學(xué)風(fēng)化形成新的次生礦物成分，主要有粘土礦物，如高嶺土、伊利石和蒙脫石。這是土體中兩種物理力學(xué)性質(zhì)存在明顯的區(qū)別。風(fēng)化后的土體還會(huì)受到水、風(fēng)、冰川等的動(dòng)力作用，經(jīng)沖刷、搬運(yùn)后沉積在一起的土體成分，就變得相對(duì)復(fù)雜，并可能形成一定的沉積構(gòu)造。

土體經(jīng)長(zhǎng)期的高壓、脫水、固結(jié)后，又會(huì)形成巖石。因此，巖石和土的區(qū)別只是顆粒膠結(jié)的強(qiáng)弱。由于土的膠結(jié)力弱，因此土的成分對(duì)土體的物理力學(xué)性質(zhì)影響更為嚴(yán)重，而巖石則相反，有時(shí)甚至兩者難以區(qū)別。

2 隧道與巷道

對(duì)于洞道式地下工程，不同的行業(yè)有不同的稱(chēng)謂，公路及鐵路部門(mén)稱(chēng)為隧道，在礦山稱(chēng)為巷道，水利水電部門(mén)稱(chēng)之為隧洞，而軍事部門(mén)則稱(chēng)為坑道或地道，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體內(nèi)部，兩端有出入口，供車(chē)輛、行人等通過(guò)的通道。大部分隧道的設(shè)置以交通運(yùn)輸為主要目的，如交通運(yùn)輸方面的鐵路、公路和人行隧道；城市地下鐵道隧道、海底及水底隧道等。

巷道（heading、drift等）通常是指為采掘地下礦物而修建的地下空間結(jié)構(gòu)體，包括各種巷道和硐室。礦山隧道一般埋藏比較深，可達(dá)數(shù)百米甚至幾千米，故可稱(chēng)為深埋隧道；礦山巷道的斷面一般比交通隧道的小，這些均導(dǎo)致了兩種隧道的設(shè)計(jì)與施工有一定的區(qū)別。礦山巷道按作用分主要有運(yùn)輸巷道、通風(fēng)巷道、人行巷道和硐室。運(yùn)輸巷道是礦車(chē)運(yùn)行的主要通道，負(fù)責(zé)人員、礦藏、材料、設(shè)備的輸運(yùn)和通達(dá)。包括車(chē)場(chǎng)中的各種巷道、石門(mén)、運(yùn)輸巷、材料巷等。通風(fēng)巷道用于輸送新鮮空氣，排除有害氣體和廢氣，調(diào)節(jié)溫度。人行巷道專(zhuān)供人員通行。硐室的長(zhǎng)度一般比較小，斷面相對(duì)較大，主要用于安裝大型生產(chǎn)設(shè)備、存放材料，如機(jī)車(chē)庫(kù)、炸藥庫(kù)、變電所、水泵房等。

隧洞通常是指水利發(fā)電工程、城市市政方面的各種水工隧道或隧洞等。在水電工程中設(shè)置各類(lèi)水工隧道可實(shí)現(xiàn)引水、排水、通風(fēng)等目的；市政工程中，設(shè)置各類(lèi)公共隧道可實(shí)現(xiàn)污水排放、管線(xiàn)鋪設(shè)等目的。

坑道通常是指軍事工程方面的各種國(guó)防坑道，是一項(xiàng)隱蔽在地下、水下或山體內(nèi)部，作為作戰(zhàn)、防御、儲(chǔ)藏手段的重要結(jié)構(gòu)物，是戰(zhàn)爭(zhēng)時(shí)期的重要場(chǎng)所。

地道或通道一般也稱(chēng)地下人行道。常在道路交叉口，為行人穿越道路而設(shè)。

不論何種洞道式工程，從地質(zhì)條件上可將其分為兩大類(lèi)，即巖石洞道和土層洞道。根據(jù)其所處的環(huán)境不同可分為山嶺隧道、城市隧道、水（海）底隧道、礦山隧道（巷道）等。根據(jù)其埋藏深度分為深埋式與淺埋式。對(duì)于深埋與淺埋的界限目前尚無(wú)明確的指標(biāo)。

3 圍巖與圍巖壓力

未經(jīng)人為開(kāi)挖擾動(dòng)的巖（土）體稱(chēng)為原巖。當(dāng)在原巖（土）體內(nèi)進(jìn)行地下工程開(kāi)挖后，周?chē)欢ǚ秶鷥?nèi)巖（土）體原有的應(yīng)力平衡狀態(tài)遭到了破壞，導(dǎo)致應(yīng)力重新分布，引起附近巖（土）體產(chǎn)生變形、位移、甚至破壞，直到出現(xiàn)新的應(yīng)力平衡為止。將開(kāi)挖后隧道周?chē)l(fā)生應(yīng)力重新分布的巖（土）體稱(chēng)為圍巖，圍巖既可以是巖體，也可以是土體。如果在出現(xiàn)新的應(yīng)力平衡之前已對(duì)圍巖進(jìn)行了支護(hù)，則圍巖的變形和破壞就會(huì)引起應(yīng)力和位移的變化，甚至破壞支護(hù)結(jié)構(gòu)。巖體力學(xué)中把由于開(kāi)挖而引起的圍巖或支護(hù)結(jié)構(gòu)上的力學(xué)效應(yīng)統(tǒng)稱(chēng)為廣義的圍巖壓力。

圍巖壓力的大小，不僅與巖體的初始地應(yīng)力狀態(tài)、巖體的物理力學(xué)性質(zhì)和巖體結(jié)構(gòu)有關(guān)，同時(shí)還與工程性質(zhì)、支護(hù)結(jié)構(gòu)類(lèi)型及支護(hù)時(shí)間等因素有關(guān)。顯然，當(dāng)圍巖的二次應(yīng)力不超過(guò)圍巖的彈性極限時(shí)，圍巖壓力將全部由圍巖自身來(lái)承擔(dān)，隧道也就可以不加支護(hù)而在一定時(shí)期內(nèi)保持穩(wěn)定。當(dāng)二次應(yīng)力超過(guò)圍巖的強(qiáng)度極限時(shí)，就必須采取支護(hù)措施，以保證隧道穩(wěn)定，此時(shí)，圍巖壓力是由圍巖和支護(hù)結(jié)構(gòu)共同承擔(dān)的，可見(jiàn)，作用在支護(hù)結(jié)構(gòu)上的壓力僅是圍巖壓力的一部分。因此，把作用在支護(hù)結(jié)構(gòu)上的這部分圍巖壓力稱(chēng)為狹義的圍巖壓力。通常所說(shuō)的圍巖壓力多指狹義圍巖壓力。

對(duì)圍巖的理論研究表明，圍巖本身具有一定的自承載能力，充分發(fā)揮圍巖的自承載能力，會(huì)大大降低隧道支護(hù)成本。隧道開(kāi)挖后，適當(dāng)控制圍巖的變形，對(duì)隧道的維護(hù)具有重要意義。

圍巖壓力就其表現(xiàn)形式可分為松動(dòng)壓力、變形壓力、沖擊壓力和膨脹壓力等。由于開(kāi)挖而引起圍巖松動(dòng)或坍塌的巖體以重力形式作用在支護(hù)結(jié)構(gòu)上的壓力稱(chēng)為松動(dòng)壓力，亦稱(chēng)散體壓力。開(kāi)挖必然引起圍巖變形，支護(hù)結(jié)構(gòu)為抵抗圍巖變形而承受的壓力稱(chēng)為變形壓力。沖擊壓力是圍巖中積蓄的大量彈性變形能受開(kāi)挖的擾動(dòng)而突然釋放所產(chǎn)生的壓力，包括巖爆、巖震和突出等。膨脹壓力是巖體遇水后體積發(fā)生膨脹而產(chǎn)生的壓力，其大小取決于巖體的性質(zhì)和地下水的活動(dòng)特征。

4 礦山法與新奧法

所謂礦山法，一般是指采用傳統(tǒng)的鉆眼爆破法或懸臂式掘進(jìn)機(jī)開(kāi)挖的方法，是一種傳統(tǒng)的采用暗挖法施工地下工程的方法。所謂新奧法是20世紀(jì)60年代奧地利專(zhuān)家L.V.Rabcewicz總結(jié)前人積累的經(jīng)驗(yàn)后提出來(lái)的一套隧道設(shè)計(jì)、施工的新技術(shù)，即新奧地利隧道施工法（New Austrian Tunnelling Method，NATM），簡(jiǎn)稱(chēng)“新奧法”。指在采用礦山法施工地下工程時(shí)，對(duì)挖掘和支護(hù)、尤其是對(duì)支護(hù)進(jìn)行科學(xué)設(shè)計(jì)和組織的一種思想、理念和方法。它強(qiáng)調(diào)的是在巖體被開(kāi)挖之后，要進(jìn)行有關(guān)變形和力學(xué)參數(shù)監(jiān)測(cè)，以合理確定一次支護(hù)與二次支護(hù)的時(shí)機(jī)，確定初次支護(hù)、二次支護(hù)的結(jié)構(gòu)形式與尺寸，即信息化施工。它是一套地下工程設(shè)計(jì)、掘進(jìn)、襯砌、測(cè)試相結(jié)合的完整新概念。新奧法在公路與鐵路隧道、礦山巷道、地下交通隧道等工程中得到了廣泛推廣和應(yīng)用。

因此，礦山法和新奧法是兩個(gè)完全不同的概念，新奧法涵蓋于礦山法之中，二者不具有同體性和可比性。新奧法的基本思想和方法不僅適用于隧道工程，而且同樣適用斷面相對(duì)較小的各類(lèi)巷道工程。但目前在某些部門(mén)還存在混淆，例如某隧道采用鉆研爆破法施工，有的人則聲稱(chēng)“采用的是新奧法而不是礦山法”、“新奧法比礦山法優(yōu)越”等，這是完全的概念性錯(cuò)誤。

4.1 新奧法在地下工程應(yīng)用的工程案例分析

我司承建施工的某公路隧道最大埋深約130m，設(shè)計(jì)凈高5.0m，凈寬14.0m，隧道長(zhǎng)940m。隧道區(qū)域內(nèi)主要為微風(fēng)化黑云母+長(zhǎng)花崗巖，局部有微風(fēng)化煌班巖脈穿插。圍巖以Ⅳ-Ⅴ類(lèi)為主，進(jìn)口段為Ⅱ-Ⅲ類(lèi)圍巖，巖體裂隙不甚發(fā)育，穩(wěn)定性較好。隧道區(qū)域內(nèi)地表水系不發(fā)育，區(qū)域內(nèi)以基巖裂隙水為主，淺部殘坡積層賦存松散巖類(lèi)孔隙水，洞口圍巖變化段水系較發(fā)達(dá)。采用新奧法施工。

4.2 新奧法的實(shí)際發(fā)展與未來(lái)展望

實(shí)際發(fā)展：經(jīng)20多年的實(shí)踐和推廣，新奧法已在歐洲一些國(guó)家如奧地利、聯(lián)邦德國(guó)、瑞典、瑞士、法國(guó)等的山嶺隧道中普遍使用（占70～80%），并已用于地下鐵道，且取得沉降量特別小的顯著成果。日本從1976年以來(lái)，已有近100座隧道采用了新奧法。中國(guó)從60年代初開(kāi)始推廣噴錨支護(hù)新技術(shù)，到1981年底，采用噴錨支護(hù)的地下工程和井巷的總長(zhǎng)度已接近7500公里。近年來(lái)，又在普濟(jì)、下坑、大瑤山等鐵路隧道采用新奧法進(jìn)行施工。

新奧法的適用性很廣，中國(guó)已在亞粘土和黃土隧道施工中取得成功。但在下列情況下，一般都應(yīng)采取適當(dāng)?shù)妮o助措施才能施工：①涌水量大的地層；②因涌水產(chǎn)生流沙現(xiàn)象的地層；③圍巖破碎使錨桿鉆孔和插入都極為困難場(chǎng)合；④開(kāi)挖面不能自穩(wěn)的圍巖。

未來(lái)展望：新奧法的發(fā)展是和噴錨支護(hù)的材料、方法和機(jī)具等的發(fā)展密切相關(guān)的。要進(jìn)一步研制初期和長(zhǎng)期強(qiáng)度都高、回彈少、粉塵低、生產(chǎn)率高的噴射混凝土系統(tǒng)，并和高效能的集塵器、自動(dòng)噴射裝置、周期短的材料供應(yīng)系統(tǒng)配套。研究能縮短噴敷時(shí)間，又無(wú)公害的新噴敷方法。研究不需用臨時(shí)堆放場(chǎng)地、易于運(yùn)輸?shù)膰娚洳牧虾托碌氖┕すに?，如鋼纖維加強(qiáng)噴射混凝土、SEC噴射混凝土、光面爆破和深孔爆破技術(shù)、液壓鑿巖臺(tái)車(chē)（兼作安裝錨桿用）、噴射車(chē)組（包括機(jī)械手）、各種混凝土噴射機(jī)、液體速凝劑、粉塵防止劑、樹(shù)脂錨桿等。

5 結(jié) 語(yǔ)

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和社會(huì)的不斷進(jìn)步，建筑工程得到了快速的發(fā)展，尤其是地下工程如雨后春筍般涌現(xiàn)，地下建筑工程的出現(xiàn)和發(fā)展為城市節(jié)約了大量的土地資源，有效地緩解了我國(guó)的人地矛盾。地下工程的繼續(xù)發(fā)展對(duì)施工技術(shù)提出了更高的要求，一定要不斷地優(yōu)化施工技術(shù)，提高施工水平，推動(dòng)城市地下工程的發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

[1]程樺.城市地下工程人工地層凍結(jié)技術(shù)現(xiàn)狀及展望[J].淮南工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版）.2000（02）.

[2]劉珣，梁鵬.城市地下工程中人工凍結(jié)法的防凍脹優(yōu)化設(shè)計(jì)研究[J].武漢科技大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版）.2004（04）.

[3]馬林，高海風(fēng)，周莉蕊，朱輝.淺析多年凍土區(qū)建筑物的凍脹破壞及其環(huán)境條件改善方法[J].青海環(huán)境.2011（03）.

作者簡(jiǎn)介：黎德軍（1975-）男，本科，工程師，主要從事建筑工程項(xiàng)目管理工作。