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拉森钢板桩对城市地下管廊工程与隧道工程的作用及施工技术

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拉森钢板桩对城市地下管廊工程与隧道工程的作用及施工技术

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  摘要:随着城市化进程的加快,城市建设快速发展,城市规模不断扩大,城市人口急剧膨胀,许多城市都不同程度地出现了建筑用地紧张、生存空间拥挤、交通阻塞、基础设施落后、生态失衡、环境恶化等城市病,给人们居住生活带来很大影响,也制约城市经济与社会的进一步发展,成为我国现代城市可持续发展的障碍。在这样的背景下,我国城市地下空间发展由九十年代前的人防工程建设转变到九十年代以“城市可持续发展”为目标的地下空间开发利用的发展战略上来。这时,城市地下管廊工程的建设显得尤为重要,本文通过对城市地下管廊工程的钢板桩施工技术方法的简要论述,揭示了未来我国的城市地下管廊工程的发展前景,以及钢板桩施工工艺。

  引言

  在我国随着我国城市化进程的不断发展、进步,人民的物质生活水平的不断提高,城市出现了用房拥挤的情况,开发城市地下管廊工程已成为城市发展壮大的必然,也是一个城市发展的亮点。苔罗阿尼先生认为:所谓地下工程是指在开挖深度不到6m时,单凭经验施工也不会遭到失败,即使地基土质略差,用一般方法也能安全施工。在设计中过分保守是不经济的。另外,如果深度大于6m,需要涉及到土力学方面的一些问题。根据一些专家的建议,开挖时用钢板桩挡土墙周围地基的稳定问题。

  1城市地下管廊工程的关键技术

  我国在地下空间开发过程中,发展了非常成熟的城市地下管廊工程技术,其中具有代表性的是下列三项技术。

  明挖技术(基坑技术)随着我国地下空间的发展,城市地下管廊工程建设项目的数量和规模也迅速增大,产生了大量的深基坑工程,并形成了种类齐全的多种钢板桩基坑围护开挖技术。从钢板桩支撑技术上形成并发展了重力式、支撑式、土锚式、土钉式等多种技术,从钢板桩围护工法上形成并发展了简易围护墙法、木板桩法、钢板桩法、钢管桩法、灌注桩法、钢板桩地下连续墙法、逆作法(又叫盖挖法)等多种工法。钢板桩基坑工程的设计理论、计算方法也得到不断改进,基坑工程的设计规范也有一定的发展。

  九十年代以来,基坑工程规模不断加大,深度不断加深,与建筑物等已有设施距离越来越近,推动了深基坑工程的设计向更高水平迈进,使我国基坑工程的设计施工进入环境设计阶段,促进了时空效应基坑工法的生产与应用,并达到国际领先水平。

  该方法考虑时空效应,科学地利用土体自身的控制地层位移的潜力,以解决软土深基坑稳定和变形问题。这种方法的主要特点是设计与施工密切结合。在设计中,设计参数(如被动区水平抗力系数K)的取值从现场反应来确定;施工中,开挖与支撑的施工工序基本是按分块、分层、分步、对称、平衡的原则制定,并以科学的施工工艺,有效地控制基坑的变形。

  暗挖技术(以隧道设计施工技术为代表)在我国,大量的线形地下空间均是以暗挖法形成的。其中两项关键技术,适于软土(岩)地区的盾构法与适于硬土(岩)地区的新奥法(及矿山法)在我国均有较大的应用与发展。

  盾构法我国自六十年代研究开发盾构技术以来,已成功地采用盾构施工技术修建了几十条车行和水工隧道,盾构机械装备从早先的机械式盾构、网格挤压式盾构,在引进和消化国外技术的基础上,发展到今天的上压平衡盾构(EPB)、泥水加压式平衡盾构。隧道衬砌设计及计算机理论大致经历了起步阶段(主要是借鉴国外的设计原理进行刚性衬砌设计)、柔性衬砌阶段和目前正在进行的以地层移动理论研究为主的阶段,其集中在对隧道的纵向变形及隧道纵横向内力、变形的影响问题、衬砌厚度偏大问题、管片宽度偏小问题、纵向拼装错缝问题等方面的研究和开发。    从矿山法到新奥法我国在硬岩中开发地下空间取得举世瞩目的成就,拥有世界上最多的山岭隧道。在近几年的成昆铁路、京九铁路及秦岭隧道建设与开发中,通过对国内外各种设计施工的招投标及研发,使得我国的硬岩地下空间开发技术达到世界先进水平,形成设计理论先进、施工技术完备的硬岩中地下空间开发技术。从设计方法上,从岩体松散压力控制设计的矿山法发展到岩体变形压力控制设计的新奥法,并且利用各种计算机数值法,对岩体中的变形受力机理能够进行比较准确的计算与预测。在施工技术上,由钻孔爆破法发展到TBM机法,施工机械化程度越来越高,喷锚与混凝土支护技术得到极大进步,开挖断面灵活多样,同时其他辅助技术,如岩爆预测技术、开挖面前方岩性与地下水探测技术等都有巨大进步。

  托换技术 我国城市的密集与空间的紧张,在地下空间开发利用中,遇到大量的设施冲突、空间交叉及文物和环境等需要保护的情况,由此促进了托换技术的发展。托换技术是解决对原有建筑的地基需要处理和基础要加固的问题,和解决在原有建筑基础下需要修建地下工程以及邻近需要建造新工程而影响到原有建筑物的安全等问题的技术总称。

  在我国大量的地下工程实践中,发展了基础扩大托换、坑式托换、预试桩托换、压入桩托换、打入桩或灌注桩托换、树根桩托换、锚杆静压桩托换、基础加压纠偏法托换、基础减压和加强刚度法托换、化学加固法托换、地下铁道穿越托换和结构物的迁移等门类齐全的多种托换技术,在城市建设和地下空间开发中发挥着不可替代的重大作用。

  2城市地下管廊空间开发利用展望

  随着我国经济、科学技术水平发展、城市化水平的提高及城市可持续发展战略的贯彻,开发利用城市地下管廊空间越来越表现出巨大效益和潜力,我国城市地下管廊空间开发利用必将向现代化、国际化、科学化的方向发展。具体说来,我国城市地下管廊空间开发利用事业将出现下述几个发展趋势:

  综合开发利用的趋势。城市地下管廊空间开发利用将不再是满足某一单项功能,将立足于城市的整体建设与功能要求,是多项城市功能的整合共容,如满足交通、商业、供给与环境等的大型综合体。同时,也不再是一种空间形态的孤立,而是由点、线、面、体等多种形态的空间灵活组合贯通的有机的、丰富的空间整体。

  规划与设计理论的发展。建立在城市可持续发展与城市三维立体发展的战略思路上,将城市地下管廊作为城市三维发展的一个维度,地下空间规划与设计理论将会逐步充实完善,其将指导城市科学地向地下延伸。

  开发技术的发展。我国目前的城市地下管廊开发的土木技术已接近或处于世界先进水平,但涉及到一些关键辅助设备等技术,如机具技术、计算机与电气控制技术、自动化技术等等,与世界先进水平还有大的差距,会影响到地下空间开发的规模与成本,将来随着对引进技术的消化吸收和加大研制开发的投入,将会逐步缩小这些差距。

  法规与管理维护越来越完善。不仅有完备的法规、政策及管理措施和先进的维护技术水平,还将形成一整套推动地下空间综合开发利用的实体和管理部门。

  环境要求与环境控制将被更加重视,相应技术工艺日益成熟。无人的城市地下空间设施会更加安全、高效,有人的城市地下空间设施会更加舒适、美观,地下空间内环境中的造景、幻境及地面环境模拟等技术会大大发展。同时,将更多地从环境保护、城市景观保护和历史文物保护的角度开发利用城市地下空间。

  新工艺与新材料不断涌现。为了降低城市地下空间开发的成本与难度,并适应多种形态的地下空间的组合,满足多种设施功能的交叉与共容,高效、经济的施工工艺将会不断产生,尤其是机械挖掘技术与施工自动化技术会有较大进步。同时,新的建筑装饰材料尤其是地下防水与环境改善的材料也会不断涌现。

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