国外许多国家陆续制订了指导基坑开挖与支护设计和施工的法规。除了明挖法、暗挖法、盖挖法、盾构法、沉管法、冻结法及注浆法等开挖技术外新进展有:
(1) 全过程机械化。从护坡、土方开挖、结构施工,包括暗挖法施工的拱架安装、喷射混凝土、泥浆配制和处理等工序的机械化,同时采用计算机技术进行监控,从而保证了施工安全、快速施工和优良的工程质量。
(2) 盾构法得到较大发展。近 30 年内英、美、法、日等国大量采用盾构施工技术,日本已生产盾构近万台,用于地铁、铁路、公路,水工及管网施工,已出现双联、三联、四联盾构,能完成三跨地铁车站,开挖宽度达17m。日本正设想设计直径 80m 的盾构,在地下建造人造太阳和住宅区。
(3) 微型盾构和非开挖技术已广泛应用。主要用于建造各种直径的雨、污水、自来水管道和电缆管道。微型盾构就是直径 2m以下的盾构。刀盘掘进,遥控和卫星定位控制方向和坡度,然后安装管片。非开挖技术就是采用微型钻机,通过切割轮成孔,退回钻杆后安装管线或电缆。
(4) 预砌块法施工技术。拱圈是在土方开挖后采用拼装机安装,管片上留有注浆孔,衬砌拼装完成后,由注浆孔向壁后注浆,堵塞空隙,增强围岩与衬砌的共同作用。法国用此法施工的最大单拱跨度达 24.48m。
(5) 预切槽法施工技术。意、法等国制造了一种地层预切槽机,采用链条沿拱圈将地层切割出一条宽 15cm,长 4~5m 的槽缝,然后向槽缝内喷射混凝土,并在其保护下开挖土方,做防水层及二次衬砌,形成隧道。
(6) 顶管大管棚法。修建地铁车站时,在顶管内灌混凝土,形成大管棚,再在其保护下进行暗挖施工。
(7) 微气压暗挖法。就是在具有 1 个大气压以下的压缩空气环境下,按照“新奥法”原理进行施工。优点是可以排出地下水,保证工作面干燥;由于气压存在,可减少地面沉降;还可降低衬砌成本。
(8)数字化掘进,又称计算机化掘进,应用于硬岩工程的开挖。在数字化掘进时,钻杆的推进是程序化的,从一个洞到另一个洞也是自动的。掘进机手可以同时管理 3 套钻杆,其作用是监督钻杆的运动,必要时予以调整。孔位、孔深和掘进序列预先已在掘进机的计算机软件中安排,掘进方向由激光束控制,实现了孔的严格定位,从而可以实现掘进工艺的最优化以及曲线隧道的掘进。数字化掘进的优点是:控制隧道掘进的超挖;实现掘进方案的优化;消除了工作面上的人工测量。
未来基坑围护发展趋势:
(1) 基坑向着大深度、大面积方向发展,周边环境更加复杂,深基坑开挖与支护的难度愈来愈大。因此,从工期和造价的角度看两墙合一的逆作法将是今后发展的主要方向。但逆作法施工受桩承载力的限制很大,采用逆作法时不能采用一柱一桩,而是一柱多桩,增加了成本和施工难度。如何提高单桩承载力,降低沉降,减少中柱桩(中间支承柱),达到一柱一桩,使上部结构施工速度可以放开限制,从而加快进度,缩短总工期,这将成为今后的研究方向。
(2) 土钉支护方案的大量实施,使得喷射混凝土技术得以充分运用和发展。为减少喷射混凝土的回弹量以及保护环境的需要,湿式喷射混凝土将逐步取代干式喷射混凝土。
(3) 目前,在有支护的深基坑工程中,基坑开挖大多以人工挖土为主,效率不高,今后必须大力研究开发小型、灵活、专用的地下挖土机械,以提高工效,加快施工进度,减少时间效应的影响。
(4) 为了减少基坑变形,通过施加预应力的方法控制变形将逐步被推广,另外采用深层搅拌或注浆技术对基坑底部或被动区土体进行加固,也将成为控制变形的有效手段被推广。
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