歡迎光臨青島靜力工程股份有限公司官網!

青島靜力工程股份有限公司

城市雙向空間開發與利用的倡導者

地下工程擠入技術的創新人

全國咨詢熱線

+86-532-85832121

理論探討
首頁 > 新聞中心 > 理論探討

地下工程靜力擠入技術探討


歐陽牧虎,歐陽甘霖,崔浩

青島靜力工程股份有限公司

山東青島 266071

﹝摘要﹞地下工程淺埋暗挖技術是利用國外新奧法原理創造式發展起來的一種比較成熟的時空效應式施工法。但此方法對于臨海區域飽和軟土等復雜地質條件下的既有建筑地下空間開發而言,仍存在風險元素較多、工期趨長、造價偏貴的弊端。 采用適度錐形或梯形的大型幾何體(內空) 擠入土體時, 會對周邊一定范圍的土體產生一種與周邊土體松弛應力方向相反的擠壓應力。實驗證明, 一定條件下的擠壓應力與松弛應力基本相等,如果將擠壓應力引用抵抗或大部對沖松弛應力,將對減少土層位移導致的地面沉降具有非常積極的意義。

﹝關鍵詞﹞地下工程 淺埋暗挖法 新奧法 靜力擠入法 開發應用

1.國內外地下工程技術應用發展狀況

目前,地下工程施工方法主要有明挖法(蓋挖法) 和暗挖法兩大類。明挖法主要包括敞口明挖法和基坑支護開挖法(蓋挖逆作法)。暗挖法主要有盾構法和淺埋暗挖法﹝1﹞。 20世紀 70 年代, 國外新奧法開始應用于淺層地下工程中,至 70 年代末期 80 年代初,已基本形成完整的技術體系。德國是利用新奧法技術于地下工程最多的國家。美國、法國、意大利、韓國、香港等地都有新奧法成功應用案例。 1984 年,我國將新奧法原理應用于淺埋暗挖法并在大秦線軍都山鐵路隧道進口黃土段研究實驗獲得成功﹝2﹞。之后,又成功應用于在北京復興門地鐵站折返線以及西單車站、長安街地下通道等眾多地下工程中, 同時還配套發展一系列輔助工法如“注漿固結法”,“冷凍法”、“管棚超前支護法”、“錨噴法”等等配合實施之,形成了一套完整的綜合配套技術 。

近年來,國內開發出多種新的地下空間施工技術與設備, 由于沒有從根本上跳出傳統機理范圍,市場空間受到約束。 特別我國的臨海區域除個別城市外, 以第四紀地質結構為主的砂土層(軟土) 飽和水居多。 盡管前述施工技術,通過大量工程檢驗是比較成熟的。但對于臨海區域復雜地質條件下的既有建筑地下空間開發而言,仍存在風險元素較多、工期趨長、造價昂貴的弊端。 對于人均土地資源世界排名 110 位以后的我國現狀, 大力開發地下空間特別是既有建筑地下空間已是不可逆轉的建設發展方向。但如何克服高風險、高難度、高造價的“三高” 屬性。 化解制約臨海區域地下空間規模性和商業化開發的技術瓶頸,則需要深入的研究和進一步的創新。

1.1、 現有地下工程技術的復雜和費用高昂主要體現在必須被動支護方面: 需要先開挖出一定空間,,利用巖土自拱能力來設計支護方式和掌握時機(復雜地質加以輔助工法配合完成)。我們將此類施工方法統稱為時空效應式開(暗) 挖施工法。理論計算的巖土時空效應,正常情況下還是可靠的。但由于地質的復雜多變,資料的局限性,周邊突發事件的偶合性, 施工過程中的巖土指標變異性, 又成為地下工程事故的主要風險源。 同時,靠支護結構被動抵抗巖土復雜壓應力客觀上也存在諸多目前我們尚不能完全掌控的因素。于是, 現有地下工程施工技術“三高” 的弊端尚無法完全避免。

1.2、時空效應式地下工程施工法,使地面沉降始終貫穿整個施工過程。 其變化規律如下﹝3﹞:

1.2.1 微小變形階段。當掌子面開挖到與測點間距離 1~1.5 倍洞徑地方時,開挖使地面產生一定范圍的沉降。此段沉降量 S1 占總沉降量 S 的 15%~20%。

1.2.2 變形急劇增加階段。開挖面與測點間距離等于 1 倍洞涇,至開挖面越過測點,與測點距離等于 3 倍洞徑范圍內,地面變形速率增大,該段沉降量 S2 約占總沉降量 S 的 50%~60%。

1.2.3 變形緩慢階段.當開挖面越過測點與測點距離等于 3~5 倍洞涇時,變形速率變緩,該段沉降量 S3 約占總沉降量 S 的 15~20%。

1.2.4 變形基本穩定階段當開挖面越過測點與測點距離大于 5 倍洞徑后,沉降增長緩慢,沉降曲線趨于平緩,該段沉降量 S4 約占總沉降量 S 的 5-10%。軟土中隧道上方地面變形常常是較長期的,如果地層具有明顯的黏塑性,則該段時間 T4 會更長,通常該階段歷時達半年以上;但若處在飽和黏土中或地下水, T4 可長達一年以上, S4 也可能占到 20%。

2、地下工程靜力擠入技術

2.1、 靜力擠入技術原理。 原狀土屬于三維約束狀態。一旦打開任意一面,均會造成一定范圍內土體應力松弛,松弛的結果會產生物理量變——土體變形位移,這是地下工程施工過程中最不希望出現而又不得不面對的現象。如果這時能及時提供一種與松弛應力方向相對而力基本平衡的抵抗應力,會產生什么結果呢?經初步試驗表明, 有適度錐形或梯形的幾何體型擠入土體時, 對土體產生的擠壓應力與周邊土體松弛應力方向相反, 一定條件下擠壓應力與松弛應力基本相等。 將其引用于抵抗或大部對沖松弛應力,對減少因松弛應力造成的土體變形具有積極意義。根據小模型試驗得到, 同等軟土條件下減少總沉降量 S 約 70%, 見對比表 1。

靜力擠入法與傳統工法沉降對比表 

111.jpg

 

2.2、 靜力擠入方法。 簡單說就是利用一種專用液壓頂推裝置對需要埋入預定土層的構件施加一種水平頂推力(稱之為靜力), 這個力一般>20000KN, 可以將長×寬×厚=4000mm×8000mm×1500mm 的整體式預應力中空構件, 順利擠入預定土層目標。 這種施工方法有如下不可比擬的優勢:

1)除開挖進出豎井外,水平方向空間不需要開挖,靠頂推力將單元構件逐個擠入,并將單元構件之間采取防水套接方式連接成符合設計要求的預定空間。擠入過程中構件外圍基本不存在土體損失。

2)擠入應力與松弛應力基本平衡, 可有效削減地面變形的發生。

3)取消大部分主要用于安全防護的各種支撐(固結) 措施, 有利于節省大量施工輔助費用。

3、 靜力擠入技術若干問題的探討

3.1 擠入錐度或梯形。 如何更好地做到既減少阻力又能產生足夠法向應力籍以抵抗土體的松弛應力。

3.2 擠入構件與土體接觸面積大小、運動速度快慢、土體物理力學指標的各異、超孔隙水壓力等而產生不同的側摩阻力和前端阻力,稱為擠入總阻力 P。 P 值直接影響擠入距離L(包括面積) 的大小。 如何在條件許可范圍讓 P 值適宜, L 值最大?

3.3 擠入運行中,黏性土極易粘附構件外側壁、頂部并附隨行進而形成土體小量損失,這種損失同樣使構件側壁特別是頂部產生一定空隙, 此空隙將造成地面變形, 在覆蓋層較薄的洞口上方一定范圍內, 地面有可能產生較大沉降。必須有防止頂進過程中結構外側壁不粘附可以造成空隙的土體的技術。

3.4 擠入裝置的反力 Pi的設置也是影響 L 值得重要因素。任何土層,提供的 Pi值不可能無限大。而地下工程諸如地下共同管溝、地下汽車通道、大型建筑等都有大空間要求, 增加豎井又受到環境制約的前提下。這就需要擠入裝置有足夠大的頂推力 F 而且必須滿足如下條件: Pi≥F。但擠入裝置提高頂推力比較容易, Pi 值增加受到土體承載力的限制。 要使擠入的構件空間盡量大、 距離盡量長, 除增加推力和反力外,必須配套減少構件摩阻的有效技術。

3.5 在肉眼不能直接觀察的地下擠入構件,存在精確導向問題。 該制導裝置能施時有效地糾正偏離現象,防止累積偏差造成的矢準。

3.6 在飽和水中施工, 擠入技術不需要采用大面積降水, 但如何防止超孔隙水壓力對施工的影響和擾動后產生的固結引起地面沉降的后效應問題也是亟需解決的關鍵技術。

4、 靜力擠入技術應用前景

4.1 我國城市現有地下管道相互交叉影響、相互侵蝕,城市路面像拉鏈一樣今日被挖開明日被填補后天又被挖開…。資源的嚴重浪費,市容的人為破壞,安全隱患令人擔憂的現狀,迫使修建城市地下共同管溝已經提升到關乎民生的重要程度。

擠入技術可以在不開挖前提下, 應用于城市地下共同管溝的施工,即將符合設計要求尺寸的預應力混凝土單體構件逐個擠入,將構件段之間采用防水措施相互套接起來就形成具有足夠空間和長度的永久性共同管溝。 在預應力混凝土構件空間內壁設置有預埋件,不同管道可以方便安裝其上。 加之造價適宜,有將成為城市地下管溝施工的首選技術。

4.2 該技術用于城市地下汽車通道,可減少市區高架橋的設置,避免城市空間環境擁擠,緩解市區行車難問題。

4.3 用于城市地下商業的開發,可以擴大市區商業中心面積,促進市場繁榮和就業。

4.4 用于地下多層公墓群, 有效緩解死人與活人爭地的尷尬。

總之,由于完善后的靜力擠入技術可以在住戶不搬遷、安全有保障的前提下實施地下空間規模化開發,且造價相對低廉,對促使城市地下空間商業性開發具有非常積極的現實意義。

5、展望

靜力擠入技術原則上取消前期土體開挖以及管棚支護,掛網錨噴支護、小管超前支護、模筑支護等大量主要用于安全防范的支護措施, 有效防止因開(暗) 挖造成土體損失帶來的應力松弛或難以預測的潛在流砂、管涌以及周邊突發事件或無法精確掌控的施工變異問題而導致地面變形的風險發生;施工也將變得方便快捷。

靜力擠入技術彌補了其它地下工程施工方法在飽和軟土中的缺陷, 但該技術在堅硬砂土層中, 仍需配備切削鉆進裝置方可進行。

21 世紀,中國地產的最大市場是地下,如果沒有發現新的星球能接納人類的大遷移,在相當長的歷史時期內,恐怕沒有比這更好的出路.經測算, 全國范圍理論節省泊車位所需土地平面資源約 43 萬公頃; 國內開發產值約 250 萬億以上,其延續期至少 50 年, 全國年均產值 5 萬億元/年。

參考文獻:

﹝1﹞王夢恕,地下工程淺埋暗挖技術通論,安徽教育出版社 , 2004.12, CIP(2004)第 132199 號

﹝2﹞王夢恕,地下工程淺埋暗挖技術通論,安徽教育出版社 , 2004.12, CIP(2004)第 132199 號

﹝3﹞王夢恕,地下工程淺埋暗挖技術通論,安徽教育出版社 , 2004.12, CIP(2004)第 132199 號

上一篇:車漫漫,路在何方?下一篇:靜力擠入技術同類產品競爭分析新
此文關鍵詞:加固公司,山東加固公司,青島加固公司,濟南,煙臺,威海,臨沂,濟寧加固公司
温州麻将app 陕西快乐十分漏洞破解 163开奖网app 新时时几点开 天津时时彩开奖结果 qq游戏2人麻将外挂 天津快乐十分杀号什么意思 重庆时时开奖结果记录 四川时时视频 十二生肖开奖结果查询白小姐 重庆快乐十分爱彩乐