时间：2023-06-02 15:38:58
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【关键词】地下工程；施工方案；研究
一、地下工程的理论概述
地下工程，是指地面以下土层或岩体中修建各种类型的地下建筑物或结构的工程。它包括：交通运输方面的地下铁道、隧道、停车场、通道等；军事方面和野战军事的地下指挥所、通讯枢纽、掩蔽所、军火库等；工业与民用方面的地下车间、电站、库房、商店、人防与市政地下工程；文化、体育、娱乐与生活等方面的联合建筑体。
自古以来，人类的地下工程活动就一直存在，古人类的墓葬群，钻井，干旱地区居民的地窖，都是那时候地下工程的一部分，随着城市的出现，人类的地下排污泄洪管道工程开始作为最普遍的地下工程发展了几千年。地下工程的大发展始于工业革命，18~19世纪，科学技术的进步及交通的大发展使得人类探索地下世界的能力得到增强，而另一方面人口的急速增加及城市化的加速进行，土地成本上升，这使得城市建设者更多地将地下设施的建设纳入城市规划的范畴内。
城市地下综合体是指为建设沿三维空间发展的，地面地下连通的，结合交通、商业贮存、娱乐、市政等多用途的大型公共地下建筑。地下综合体特点是多重功能、空间重叠、设施综合。地下建筑物可以构筑成隧道形式，也可以和地面房屋相似，在平面布局上采用棋盘式和房间式的布置，并可建成多层多跨的框架结构。地下建筑物的横断面有各种不同形状。最常见的有圆形、矩形、拱顶直墙（包括厚拱薄墙）、拱顶曲墙、落地拱、穹顶直墙等。地下综合体的特点是第一可作为有效的防空、防炸设施，形成恒温恒湿防震防振的环境，并能节约地面建筑占地，但地质条件要求较高，施工困难、投资较高。第二是与岩（土）接触处必须有衬砌结构。衬砌结构的作用是承受岩（土）层和爆炸等静力和动力荷载，并防止地下水和潮气的侵入
二、地下工程的施工的特点
地下工程施工的内容非常丰富，包括施工组织设计，施工技术管理，施工工艺、方案及方法，施工监测和环境保护，所以，依我而见，地下工程的施工特点也是多种多样的。
与其他工程相比较，地下建筑产品更具有体积巨大、情况复杂、不易分割、难以变更等特性，所以地下建筑工程施工除了一般工程的特点外，还具有以下的特点：
第一、生产具有流动性。一方面，施工单位的生产地点具有移动性；二是，在整个施工过程中工人的设备因施工方位的不同会发生转移。
第二、产品形式多样性。因地下工程所处的自然环境和预期用途不同，整个工程的构造、外形和材料选择也会有不同，并且施工方式必将变化，很难实现按统一标准作业。
第三、采用技术难度大。地下工程经常需要依据建筑结构的特殊情况采取多种施工方式和施工材料，这种交叉施工对物资和设备的要求较大，因而在施工技术和施工组织方面必须具有高水平。
第四、机械化水平较低。目前我国地下建筑施工总体上机械化水平还很低，手工操作的情况普遍存在，
除以上情况以外，地下工程的施工组织设计、施工技术、施工还礼、施工方法等均有各自的特点：
施工组织设计的特点在于其能够保证重点，统筹安排，信守合同工期，并能科学合理地安排施工程序，经量多的采用新工艺，新材料，新设备和新技术、组织流水施工，合理地使用人力，物力和财力、恰当地安排施工项目，增加有效的施工作业日数，以保证施工的连续和均衡、提高施工技术方案的工业化，机械化水平、采用先进的施工技术和施工管理方法、减少施工临时设施的投入，合理布置施工总平面图，节约施工用地和费用。
三、地下工程施工方案的制定方法
如前所述，地下工程施工方案的制定是一个复杂而长期的过程，需要综合考虑施工风险、经济投入成本（包括环境生态因素等），还要注意工期、施工条件，成本控制等弹性因素，要因地制宜，合理度量各个因素的作用，所以一个合乎实际兼具经济环境效益的地下工程方案必须要经过一个严格的程序，而这个制定程序将是保证方案质量的最佳制定方法。
具体来说，这个程序要经过这样几个阶段：
第一、勘探地质条件及周边环境评测。这个阶段必须将施工对象的地质条件摸清楚，对固岩的稳定性要测量准确，合理预测到各项风险因素，并对工程对周边环境的社会影响做评估。
第二、计算投入成本。根据勘探及评估结果制定经济投入计划（成本），计划的拟定既要全面充分考虑人员、机械、材料等固定成本和工期等弹性成本，对环境生态成本和风险成本有一个预期，也要本着可持续的精神，节约资源，合理预测。
第三、权衡各个因素，决定取舍。有时难以兼顾工程的进程与成本投入等问题的冲突，和不同的方案的选择问题，这时必须明确本工程的价值目标，充分考量各个因素在工程中的作用，做出正确的判断。
依照原则制订地下工程施工方案，必须对施工部署和人员安排做出详细合理的安排，相信经过这样一个程序制定出来的地下工程施工方案会是一个合乎实际，兼具经济效益和社会效益的合理计划。
地下工程施工的前景十分广阔，而且由于当今世界人口、资源的压力，人们拓宽生存空间的思维逐渐从地上发展到地下，随着人类探索地下空间的实践不断深入，未来的建筑世界必定是一个“地下世界”，将来的地下工程施工也将会更加安全、经济和环保。
参考文献：
[1]徐明.城市地下空间设计[M].中国建筑工业出版社，2005.120-128
[2]常万春.国外地下空间开发利用的现状[M].上海社科院信息研究所.2007.56-63
[3]陆锡明.大都市一体化交通[M].上海.上海科学技术出版社，2003.49-53
关键词：地下工程；施工技术；发展及展望
中图分类号：TU74文献标识码： A
引言
随着地下空间建设的发展，我国地下工程的项目也在逐渐增加，而且都是大的工程项目。例如，西气东输、南水北调及青藏铁路等重大工程，其中，像隧道工程等在其中不计少数。我国西部属山区，所以建设中会出现冗长的隧道群。近年来，我国不但在地下隧道有研究，还对海底以及跨江通道等工程项目上也有很多的考察研究。不但如此，我国的空间开发网络体系大多建在地表以下30m的地方，可见，地下工程在经济迅速发展的社会将进入到蓬勃发展时期。
一、我国地下工程施工技术发展现状分析
1、顶管法施工技术
水下长距离顶管施工方法是在地下水位以下直接长距离顶进管道，该施工技术的优点包括：无需在水下开挖土方或挖槽、无需任何降低水位的辅助措施、造价低、施工速度快、降低特殊环境中的施工难度系数等。现阶段，水下长距离顶管施工技术在国外多个国家亦得到了广泛的应用。随着地下工程施工规模的扩大及施工要求的提高，我国钢质管道长距离顶进施工方法取得了新的突破，并在实际的工程施工中取得了成功。
2、沉井法施工技术
沉井法施工技术在我国地下工程建设中的应用时间较长，但就现代地下工程建设中，沉井法施工技术的应用范围依然较广。沉井法施工技术的优点包括：技术简单、占地面积小、挖土量少、造价低等。此外，沉井结构可用作地下构筑物的围护结构，这样一来，沉井结构的内部空间亦可被利用。钻吸法沉井新工艺是传统沉井法施工技术的创新，其由上海隧道工程公司首创。中心岛式槽挖法也是基于传统沉井法发展而来，其亦是由上海隧道工程公司首创。实践证明，钻吸法沉井新工艺及中心岛式槽挖法在地下工程的应用具有可行性。
3、明挖技术（基挖技术）
随着我国地下工程数量的增加和规模的扩大，产生了越来越多的深基工程，因而各种基坑维护及开挖技术也逐步被发展个完善起来。从支持技术方面来看，形成了重力式、土钉式、土锚式、支撑式等多种技术；从维护方法方面看形成了简易围护墙法、钢板桩法、木板桩法、钢管桩法、地下连续法、逆作法等多种方法。在此基础之上，基坑工程的施工方法、设计方法、计算方法在近年来得到了不断的创新和完善。近年来，基挖技术的发展呈现规模不断扩大、深度不断增加的趋势，而为了适应城市建设对于地下工程施工技术越来越高的要求，基挖技术的设计及施工水平也相应的向着更高的水平发展[1]。
4、暗挖技术
4.1 盾构法
盾构法在我国始于二十世纪六十年代，如今已经被多次成功地运用到地下工程的施工中，这些地下工程以水工隧道和车行隧道为主。从机械装备方面来看，盾构机械装备已经从最初的网格挤压式盾构、机械式盾构发展到今天的压平衡盾构以及泥水加压式平衡盾构法；从隧道衬的设计以及计算机设计的发展阶段来看，已经由最初的起步阶段，发展为今天的探索和发展阶段。
4.2 从矿山法到新奥法
在硬岩的开挖技术方面，我国已经取得了不小的成就，值得一提的是，我国已经拥有世界上最多的山岭隧道，这说明我国在硬岩开发地下空间这一领域已经达到了世界领先的水平。从设计方法来看，我国的硬岩开发设计方法已经从最初的矿山法发展到今天的新奥法，控制重点也已经从岩体疏散压力的控制转移到岩体变形压力的控制上来，而随着计算机数值法的运用，我们对岩体的受力形变机理的分析也变得越来越准确；从施工工艺上来说，已经由最初的钻孔爆破法发展为今天的TMB机施工法，随着新技术的应用和新设备的开发，硬岩开挖的施工呈现出机械化程度越来越高的发展趋势。
5、托换技术
在城市的地下空间开发过程中，我们难免遇到新旧设施冲突、空间交叉等问题，托换技术由此应运而生。托换技术的产生，不但有效解决了原有建筑设施与新施工的地下工程之间的矛盾，还实现了对原有建筑设施的地基或者其他需要处理的部分进行加固和修缮。经过多年的实践探索，我国的已经形成了种类齐全的托换技术，其中包括：基础扩大托换、预式桩托换、坑式托换、压入桩托换、树根桩托换、打入桩或灌注桩托换、错杆静压桩托换、基础减压和加强刚度托换、地下铁道穿越托换、化学加固法托换等等。根据地下工程的具体施工条件和施工要求，选择或组合不同的托换施工技术，能够实现对原有建筑设施的保护和对新的地下工程的科学施工[2]。
二、我国地下工程施工技术发展趋势探究
在我国这样一个经济、科技发展迅速的大国，城市地下工程技术是不会趋于落后趋势的。从我国现有实际情况出发，城市地下工程的主流趋势是：立足于城市的整体建设和需求，要加大TBM和盾构机的引进、应用和开发。并且站在城市可持续发展的思路上，开发的方向该是降低成本，提高质量，施工速度快，使用寿命长及没有污染等。除此之外，盾构技术还要在其它各个方面有所提高，像创新，如何省时省力，并且还要提高效率。还要对隧道掘进机和混合型盾构掘进机加大研制开发和利用。通过研发，发现新的功能，并把创新的功能很好地应用到地质条件差的地方去，还要使掘进机向着自动化，高科技的创新化和随着科技的进步对机器进行智能化的改造。异行断面盾构掘进机的开发研究，它是地下工程开挖的高科技设备，具有挖掘快、安全经济等特点，现今有一些双圆盾构、自由断面盾构、局部扩大盾构、MMSF盾构等施工技术。采用异形断面盾构技术能大大的减少开挖面积，减少切削土量等，从而提高了开挖效率和空间的利用率。不但如此，还要加大发展浅埋暗挖技术、沉管技术、沉井技术、非开挖技术，促进中小口径顶管掘进机的标准化、系列化和推广应用[3]。还要充分利用信息技术来提高施工技术的水平，对大量的施工信息进行采集分解和分类处理，通过信息技术对施工过程进行调整和优化。施工监测技术也对施工过程有很大的影响，像三“S”技术，对地下施工环境及地表和地下产生位移数据进行监测，然后开发自动监测分析系统；地下空间的仿真模拟实验，更好地诠释了地下工程施工技术，通过实验，积极探索施工时地质与生态环境的相互作用和影响，更好的为地下施工的安全提供依据。通过在这个过程中，对经验不断地积累和总结，及时作出相关规范和技术标准的修订。任何事情都要有一个规章制度，不能胡乱的进行，所以要制定城市地下工程规划、勘察、设计、施工技术和经济管理方面的规则，这样有一定的标准，就可以按照规则来进行；虽然我国的地下工程施工技术在国际上水平很高，仍然要虚心引进、吸收国外的先进管路技术和经验，对自身进行改造和自主创新。技术不能一蹴而就，要灵活运用，努力适应现在的城市地下工程的变化和发展趋势，按照牢固树立和坚持技术可行、安全可靠、经济合理、环境友好的理念和原则，开发新的、高效的技术，努力实现地下工程施工技术（新材料、新机械、新工艺）及规划勘察技术、设计计算技术、环境保护技术、安全防灾与管理技术等的配套化应用、系列化应用、规范化应用和国际化的应用。
结束语
综上所述，地下工程施工技术在不断更新不断发展的同时，还应该注意施工安全、经济应用合理和环境保护等问题，从而才能确保地下工程施工达到安全施工，有效利用地下空间逐渐体现出来的巨大经济效益和社会效益，此外，大自然是人类共同家园，故在施工时要因地质的不同来选择适宜的施工技术方法，达到不破坏环境的目的。并且，地下工程是一项重大工程，有着广阔的发展空间，人们要努力开发出新的技术来改变和美化这个世界。
参考文献：
[1]王梦恕，张成平.城市地下工程建设的事故分析及控制对策[J].建筑科学与工程学报，2008（12）：59．
关键词： 岩爆；安全；特征；处理措施
Abstract:：Rock burst is accumulated elastic deformation energy in rock mass in the underground engineering excavation suddenly released, the hard rock burst and eject or flaking off. The occurrence of rock burst is mainly composed of two factors determine geostress and lithology and rock lithology requirement with good storage performance of brittle rock mass, initial stress conditions of tunnel requirements to high stress levels, and the excavation of the underground space profile shapes, construction blasting method. Analyzed under tranship hub hydropower diversion hole engineering characteristics of rock burst phenomenon, the conditions, types and characteristics of rock burst, puts forward the practical measures of rock burst prevention and governance, make rock burst hazard is reduced to a minimum.
Key words: rock burst; Safety; Characteristic; Treatment measures
中图分类号：TD23 文献标识码：A 文章编号：
0 概 况
下坂地水利枢纽工程位于新疆塔里木河源流叶尔羌河主要支流之一的塔什库尔干河中下游。枢纽工程地处喀什地区塔什库尔干县班迪尔乡境内，距乌鲁木齐市1815km，距喀什市315km，距塔什库尔干县45km。
引水发电洞进水口为2级建筑物，引水隧洞为3级建筑物。引水发电洞全长4637m，由进水口、引水洞、调压室、三部分。0+000--1+400断面为圆形，洞径5.2m；洞室围岩属Ⅲ类岩体，采用全断面钢筋砼衬砌，衬砌厚度0.8m。1+400—4+637为马蹄形，边墙采用喷护C20砼衬砌，厚度如下：Ⅱ、Ⅲ类围岩段0.5m；断层破碎带为Ⅴ类围岩，衬砌厚度1.2m。引水发电洞设计最大流量89.69m3/s。
引水发电洞工程地质条件
洞身穿越角闪黑云二长片麻岩及华力西期片麻状黑云斜长花岗岩。花岗岩与片麻岩接合带接触紧密，蚀变不明显，局部有10~20cm的黑色蚀变物质，片麻岩进口段产状220°∠68°，拐点前后走向分别为310°及330°。洞室围岩以Ⅱ（占68.3%）、Ⅲ（占30.5%）类为主，断层及断层影响带为Ⅴ类（占1.2%）。从整个洞线的岩体来看，洞线方向与岩层走向及主要结构面的夹角为84°(前段)及60°（后段），对洞室稳定较有利，无大的不稳定岩体存在。受断层影响，部分断层及断层影响带属极不稳定的Ⅴ类岩体，在施工中应加强支护措施。洞室围岩最大厚度1400m，属深埋隧洞。
2 洞室水文地质条件
工程区地下水主要靠季节性融雪补给，地下水以浅循环为主， 0+000～1+240m段，地下水位低于开挖高程，仅局部沿断层带，在洞顶部有少量裂隙渗水，渗水量q＝0.1～0.5L/min，开挖初期渗水量较大，后期逐渐减少。1+240～2+585m段，地下水位高于洞顶，沿部分断层带及裂隙有渗、滴或流水现象，流量不一，相差较大。反映出基岩裂隙水受上部地表水源补给较近，水量较充分。2+585～4+550m段中的部分洞段地下水位高于开挖高程，沿断层带及裂隙渗水明显，在洞顶部有少量渗水，渗水量q＝0.1～2L/min，渗水量随时间推移，逐渐变小。
3 引水发电洞岩爆发生条件
岩爆的发生主要由地应力和岩性两个因素决定，岩性条件要求岩石具有良好储能性能的弹脆性岩体，隧洞初始应力条件要求达到高应力水平。下坂地引水发电洞主要发生岩性为角闪黑云二长片麻岩，岩层走向330°，倾向SW，倾角60°，洞线与岩层夹角60°，对洞室稳定有利，该段岩体坚硬完整，呈微风化，洞顶围岩厚度100~1380m，属深埋隧洞的混合片麻岩段，混合片麻岩属极硬岩，其弹性能量指数（Wet）和脆性指数（Kr）都高。围岩埋深大，岩体完整性好，受构造影响轻微，围岩的初始地应力及隧道开挖后形成的最大切向应力都较高，最大主应力大于30Mpa，属于高地应力水平，满足发生岩爆的条件。根据下坂地引水发电洞施工实际调查和实验室的研究成果，得出下坂地引水发电洞岩爆发生的临界条件为：
Rc≥16Rt ⑴
Wet≥2.3 ⑵
σθ≥0.28 Rc ⑶
Kv≥0.56⑷
其中：Rc—岩石的单轴抗压强度，在实验室实测。
Rt—岩石的单轴抗拉强度，在实验室实测。
σθ—隧道洞壁最大切向应力，σθ=(3σ1-σ3)。
Kv—岩体的完整性系数，由岩体和岩块的纵波速计算得到。
4下坂地引水发电洞岩爆的表现特征
根据现场地质编录，按岩爆的强烈程度可以把岩爆分为轻微、中等和强烈三级，轻微岩爆7段长（总长320为m）多呈零星分布，以破裂剥落为主，中等岩爆4段（总长为230m）呈较大规模连续分布，为弹射型和强烈剥落型，强烈岩爆2段（总长为53m）呈连续分布型，为强烈弹射型，并造成大面积开裂失稳坍塌。
从发生岩爆的岩性来看,14段岩爆中有4段，发生在黑云斜长花岗岩中，其余发生在角闪黑云二长片麻岩中，片麻岩片麻理构造发育。节理不发育至较发育，岩体多成巨块状整体结构或大块状结构，几乎所有岩爆段的岩体都呈干燥无水状态。
从岩爆的垂直埋深来看最大埋深大于1050m，最小埋深300m，在洞室开挖到桩号1+513.8～1+534段，洞顶埋深约300m，发生岩爆。岩爆发生于洞室右壁中下部，为片麻理成薄片状鼓起破裂后掉落，掉块厚度0.2～0.5m，掉落后壁面岩体完整性较好，对洞室稳定影响小。在洞室开挖到桩号K+513.8～2+585段埋深大于1050m，初期塌方发生于左侧壁及左拱脚，起因于岩爆，发生于开挖后，大塌方前，岩爆声音沉闷，似闷雷发于岩体深部，间断有声响发出，于开挖后约1天，发生第一次塌方，后在处理过程中塌方不断加大，高度增加，最高处近11m，处理时间长达两月之久，塌方与岩爆有关。在洞室开挖到桩号K4+090～4+170埋深600m～650m，岩体完整，岩爆沿一组与洞线夹角小的裂隙（产状185°∠87°）形成塌落，主要发生在右侧拱脚以上至洞顶轴线，部分以轴线处为主，一般宽度2～2.5m，深0.5～1.5m，形成人字形长凹槽。2段强烈岩爆发生在1000m，轻微和中等岩爆可发生在300-900m左右埋深。
强烈岩爆多发生在掌子面后方1—2倍洞径范围内。此范围正是开挖后地应力场调整最强烈、地应力高度集中的区域。强烈岩爆发生时间一般在响炮后20分钟—3小时左右出现，24小时后烈度及频率开始不同程度降低。其特点是爆落的岩块多，岩爆坑深、规模大，持续的时间长。因此，这种类型的岩爆在隧道的正常掘进、底部清渣、围岩支护及出渣等作业都有很大的影响。
5工程防治处理措施
针对隧洞的岩性，埋深，有无地下水等特征、在施工中可能出现岩爆的地段采取积极主动的预防措施和强有力的施工支护，确保岩爆地段的施工安全，将岩爆发生的可能性及岩爆的危害降到最低，使工程顺利进展。
5.1 调整施工方法
在洞身开挖爆破时，中等岩爆、强烈岩爆地段采取短进尺（2m/循环）、多循环、弱爆破措施采，采用光面爆破技术，保证开挖洞室轮廓圆顺，避免造成局部应力集中而加剧岩爆针对岩爆类型及大小，提前打应力释放孔或超前摩擦锚杆支护。超前摩擦锚杆采用Φ40钢管，长度3 m，用三臂液压台车施工，安设的位置主要在拱顶及左右边墙的上部，间距1—1.5 m。在岩爆地段的洞壁上打应力释放孔，孔径5cm，孔深2—3m，间距1—1.5m ，以达到减弱岩爆的强度。从而使动壁和掌子面应力降低，使高应力转移至围岩深部，既可以起到超前钻探地质的作用，又可以起到释放掌子面应力的作用。
5.2 改善围岩性质
在施工过程中，可采取对工作面附近隧洞岩壁喷水或水钻来促进围岩软化，从而消除或减缓岩爆程度。
5.3 对围岩进行加强支护
桩号2+550～2+568m段由于岩爆引起的塌方最大高度在11m；对大塌方的处理方式先采用洞段封堵后用水泥砂浆充填塌方空间，然后重新进行洞室开挖。为保证安全，开挖后及时采用钢拱架支护，拱架间距视实际情况采用0.3～1.0m不等。对洞室两拱脚各布设了4排φ25系统锚杆，长3米，间距1.5米；拱架两侧各布4排φ25锁脚锚杆，长3.5米，间距0.5米。在桩号2+568m以后至桩号2+585m段施工中采用短进尺2m/循环，预留2m厚的岩爆处理层，岩爆过后再进行二次扩挖爆破、支护，较好地通过强烈了岩爆段。由于支护得力，开挖方案较得当，岩爆破坏势头基本得到控制。安全的通过了岩爆段。
5.4安全措施
在开挖岩爆段，应该给工人配备安全帽，防弹背心。特别是强烈岩爆段要设专人进行观测，发现险情应及时撤施工人员，等待岩爆结束或变弱，再进入洞内及时支护。
【关键词】：城市；地下工程；特点；地质
中图分类号：F291.1 文献标识码：A 文章编号：
1、前言
目前,一般大城市城区城市建设中以地质体为主体建成(或待建)的工程越来越多且规模越来越大,地下工程数量、规模、深度增加增大,市区内已建成或在建以及拟开发利用的地下空间方面的构筑物主要有：地下公共行走(车)走廊、轻轨、地铁、过江交通隧道与桥梁、大型地下商场、高层写字( 住宅)楼、地下停车场、城市管道综合通道等,使地下空间的开发利用程度得以不断的提高。由于城市地下空间开发规模逐渐加大加深,其工程扰动现象相当严重,随之而来由工程环境效应引发的工程环境地质灾害如地面开裂、地面沉降及对周边建(构)筑物的影响与破坏、桩基工程施工噪声扰民、废浆液(水)污染水土环境、挤土效应(地面房屋开裂等)等问题也逐渐显现,其重要性已越来越多的被人们所认识。本文结合地下工程的特点，对城市地下工程建设引起或遇到的地面变形、洞室围岩失稳、地下水环境变异和地质生态环境恶化等环境工程地质问题进行分析,并提出地质问题的预防途径和措施，以供同行参考。
2、城市地下工程建设诱发的环境地质问题
地下工程主要有隧道工程、沉井工程、基坑工程等,施工工法主要有盾构法、沉井法、顶管法、沉管法、地下连续墙法、矿山法、新奥法等,地下工程在施工中或施工后都会对地质环境产生影响。由于城市地下空间引起的工程环境地质灾害具有突发性、潜在性、隐蔽性、社会性等特点，应引起技术人员的高度重视。
2.1、地表移动或变形问题
地下工程建设中，高层建筑的地下室、地下商场和车库、地下蓄水库、地下电站和水泵房等，常常要进行深大基坑开挖，开挖深度常常达到12～18m或以上。在开挖基坑过程中，改变了原土体的应力场，必然会导致周围地层的移动，引起周围支挡结构的变形破坏、基坑周围地表沉降、基坑夫稳和基底隆起等问题。
2.2、洞室围岩失稳问题
地下工程施工影响范围内的岩土体称为围岩。围岩稳定指一定时间内,在地质力或工程荷载作用下,岩土体不产生破裂或失稳。自稳性较好的围岩,开挖过程中可以无需支护；自稳性较差的围岩,施工中会出现坍塌,必须修筑衬砌加以支护。一般情况下,岩土体在自重及残余地应力作用下,处于初始应力平衡状态,开挖洞室将会破坏岩体的这种初始平衡,引起围岩失稳。如顶围的悬垂与塌落、侧围的突出与滑塌、底围的鼓胀与隆破、围岩的缩径与岩爆等。
地下工程洞室开挖后, 地下形成了自由空间, 原来处于积压状态的围岩, 由于解除束缚, 而向洞室空间松胀变形。当围岩应力超过了岩土体强度时, 便失
稳破坏, 有的显著而突然, 有的变形和破坏不易划分。洞室围岩的变形与破坏, 是发展的连续过程。弹脆性岩石构成的围岩, 变形尺寸小, 发展速度快, 肉眼不易察觉, 而一旦失稳, 突然破坏, 其强度、规模和影响都极显著。弹塑性岩石和塑性土构成的围岩,变形尺寸大, 甚至堵塞整个洞室空间, 但其发展速度缓慢。
2.3、地下水环境变异问题
地下工程施工常需要采用水泵将施工区的地下水位降低,以疏干工作面, 改变着施工区周围的地下水的分布。同时岩土体的变形对地下水也产生影响。岩土体是地下水渗流的介质,岩土体的孔隙结构限定地下水的活动场所和运行途径, 控制着地下水的补给、径流和排泄条件。岩土体处于一定的地质环境中,存在着地应力、地下水及温度等。岩土体中地应力的改变(因地下工程施工作用)引起岩土体结构的变化,从而影响岩土体的渗流特性(改变了岩土体的渗透性、渗流边界条件以及渗透压力)。岩土体中温度场的改变也引起地下水流速和渗透压力的改变。地下水与岩土体同处于地质环境中,在时间和空间域内发生相互的改造作用,使地质环境经受着不断地调整状态,当这种调节处于极限状态时,地质灾害将会发生。
2.4、临近建筑物损坏
工程降水造成地层的沉降,其影响范围很大。地层沉降可能造成周围建筑及管线的剪应力增大,致使建筑或管线断裂。另外由于地质条件的区别或者排水量的不同还可能会造成地层的不均匀沉降,而地层的不均匀沉降亦会造成建筑物的倾斜,影响其正常使用。同时,工程降水造成降水漏斗内外的水头差,在高水头差的作用下易于出现渗透变形问题。在渗透水流作用下,土中的细颗粒在粗颗粒形成的孔隙中移动,以致流失；随着土的孔隙不断扩大,渗透速度不断增加,较粗的颗粒也相继被水流逐渐带走,最终导致土体内形成贯通的渗流管道,造成土体塌陷。上述情况中,当地下水的补给遇到建筑物基础的阻拦时,就会绕过基础,从而加强了基础周边的地下水流量,加快土颗粒的流失速度。基础周围土的流失,必将影响基础及上部建筑物的稳定。
3、城市地下工程环境地质问题的应对措施
本人根据多年的工作经验，针对上述环境工程地质问题的特点，提出了如下几方面的应对措施：第一，开展详尽的工程地质勘察。工程地质勘察资料是地下工程施工的重要依据,通过详细的工程地质勘察,为设计施工提供需要的参数和指标,确定合理的开挖方案、开挖步骤,如果地下工程建设所涉及勘察资料不详细、不准确,势必给支护工程带来事故隐患；第二，积极采用新技术、新方法。工程实践证明,采用基坑内降水、坑内侧土体加固(化学灌浆、石灰桩加固等)、及时支撑并预加轴力、增加挡墙的入土深度、墙外地层中筑帷幕、坑内降水坑外注水、分步开挖、逆作法施工、信息反馈施工法的采用等,对改善基坑变形、提高其稳定性有重要意义。计算机技术方法应广泛地应用到地下工程建设中,如进行数据分析与计算、计算机制图、计算机辅助深基坑设计、信息施工与管理等领域具有十分广阔的前景；第三，实行科学的降水设计。水是影响基坑工程稳定的重要因素之一,从实际统计资料来看,约有70%的基坑事故与地下水有关,因此,地下工程建设中应特别注意地下水的影响。地下工程建设绝大多数都需要进行人工降低地下水。要降低地下水位, 就要合理地选择降水方法,在此基础上进行人工降水的方案设计,以及进行降水方案的水位预测,通过预测进行降水方案的优化, 从而达到最佳的降水方案；第四，推进工程技术时空效应化。在技术规程中,要重视控制基坑变形问题,而运用时空效应规律在软土地区是一条安全、经济的技术途径。为能可靠而合理地利用土体自身在基坑开挖过程中控制土移的潜力而达到保护环境的目的时空效应规律也是十分必要的。
4、结尾
本文主要分析了城市地下工程建设引起或遇到的地面沉降或变形、洞室围岩失稳、地下水环境变异和临近建筑物损坏等环境工程地质问题，并根据问题产生的机理，提出了应对措施。地下空间资源正越来越多被开发利用于各种领域,如地铁、地下街、地下室、地下车库、等各类地下工程, 已经成为现代城市功能转入地下的重要载体。这就要求工程技术人员，应该在实践中不断学结，接受先进技术，严格控制城市地下工程建设诱发环境地质问题，尽最大努力的营造安全环境。
【参考文献】
[1]《城市环境岩土工程》罗国煜、陈新民、李晓昭等，南京大学出版社,
关键词：地下空间；施工问题；施工管理
中图分类号： TU71 文献标识码： A
工程概况
本工程在某地，工程长度约800米，宽度约50多米，是在闹市区挖出道路后施工建造商业综合体工程，地下一～二层，面积约40000m2。道路一头是火车站，另一头是汽车客运站，南北两侧大厦与商铺林立；施工场地狭窄，可供进出的通道口少（东、西、北各一个），场内、场外运输难（场内运输靠利用多台塔吊相互接驳），工效低，环境复杂、影响大，工期控制难，施工安全防护要求高 ，协调量大。
一、深层地下空间的特点
深层地下空间更容易实现工程合理布局和规划，有利于城市线状空间的直线化和点状空间的大规模化。而且，深层地下空间还具有更好的隔音、恒温、恒湿等性能，能满足一些文化设施、精密工厂、避难防灾等的要求，对改善城市环境、完善城市功能以及防灾等具有重要的意义。深层地下空间的建设成本不一定都比浅部地下空间高，这是因为深度较大处，一般坚硬岩体的自稳性更好，减少了工程成本；深层地下空间的开发更有利于工程的直线化，缩短了工程长度；深层地下空间减少了对土地的影响，节减支付给土地所有者的补偿费用。
由于地下空间资源的不可再生性，在开发深层地下空间之前，要认真评价其适宜性、安全性、经济性，既不对已经存在的地面及地下中浅层基础设施造成破坏，也不影响后续可能的地下空间利用。中浅层地下空间利用与深层地下空间利用要共同发展，对深层地下空间的开发并不意味着放弃中浅层地下空间，二者相辅相成，才能把城市地下空间利用事业推向新的水平，在城市发展中起到更为积极的作用
二、现阶段我国地下空间开发出现的基本问题分析
与地面工程相比，地下工程具有无限性、不可逆性等特点。如果盲目开发不但不能解决矛盾，而且会造成城市空间的极大浪费，破坏环境，甚至可能带来更严重的问题，其中比较常见的问题如下：
（1）地下空间在开发过程中规划协调不到位。现阶段，在涉及到一些功能分类细致、综合性较强的地下城市空间规划时，我国建筑领域的相关设计规划专业水平不高，缺乏一定的实际操作经验，不少功能分区规划严重滞后。而且规划中缺乏各分系统之间、各个设施之间的科学合理衔接。（2）地下空间开发无序，各行其是。供水、排水系统的搞水管，电力部门的搞电缆，人防部门的搞人防，没有形成城市的公共信息沟通平台，这势必造成地下空间的无序开发与建设，影响了地下空间的综合利用与发展，本可以利用一项投资产生多种效应的地下资源不能发挥其应有的社会效益和经济效益。（3）缺少法律依据。在涉及地下空间的管理时，其责任的界限尚未有明确的法律政策性规定。
三、深层地下空间规划设计关键技术
1、深层地下空间施工方案选择
地下工程的施工方法众多，主要有明挖法、暗挖法、盾构法、顶管法、沉管法等，在选择施工方法时，要考虑到场地条件、工程地质和水文地质条件、地面交通状况，并做一定的技术经济比较，从而确定最为合理的施工方法。这其中有的并不适合深层地下工程的施工，必须明确每一种施工方法的特点，选择更加适合深层地下工程的施工方法。由于地下工程的施工方法众多，在确定地下工程施工方法时，涉及到土力学、岩石力学、流变学、结构力学、钢筋混凝土结构、钢结构等多个学科，且实践性较强，地下工程的施工方法与设计理论又紧密相连。
2、深层地下空间暗挖施工技术
如何研究和改进新奥法及浅埋暗挖法在深层地下工程施工中的使用情况，如何在施工工艺、施工方法上加以改进，形成一套适应于深地层条件下的施工工法值得我们探讨。目前在城市地下工程施工中常用的浅埋暗挖法施工技术如在深层中推广需要解决以下几个问题：（1）浅埋暗挖法要求在无水条件下施工，对于埋深较浅的地下工程的降水可能要容易解决一些，但是对于埋深为50m以下的深层地下空间来说，需要解决较多的难题；（2）浅埋暗挖法要求施工竖井，深层地下空间的竖井施工同样需要解决较多的难题；（3）适应于深层条件下的浅埋暗挖法隧洞的初期支护、一次衬砌、二次衬砌施工技术；（4）适应于深层地层条件下的防水施工与回填注浆技术。
3、深层地下空间机械化施工技术
深层地下空间由于埋深较大（地面以下50m），人员的进出不方便，便于采用机械化施工。盾构施工法、顶管施工技术是常用的地下工程机械化施工技术。对于深层地下空间的机械化施工而言，无论是盾构法还是顶管法，除了要从机械本身的性能上提高抗高水土压力外，还要通过调查地质情况，分析并参考积累的地质数据库，经过试验和有限元的分析得出周围地层的应力与变形特点，从而分析出隧道承受的荷载，决定合适的衬砌类型，并考虑特殊阶段的受力情况，选择适当的深层地下空间机械化施工方法进行施工。
四、完善城市地下空间建设开发的相关对策建议
1、完善地下空间开发利用、管理的法规体系
鉴于目前国家层面上立法不足，北京市应结合具体情况，在不违反国家现有法律的前提下，通过相关政策和地方性法规或规章加以调整、补充和完善。首先制定地下空间的总体法规，包括统筹规划与管理制度、产权制度、有偿使用制度等，必须明确法律责任的归属、判断和执行 ；其次将现有相关法规延伸、衔接至地下，以便处理好与地下空间利用、地铁规划建设等方面的关系，减少矛盾或冲突 ；再次应编制相关的《技术规范体系》以规范地下空间建设，确保地下工程施工和运营的安全。
2、创新体制机制
一是成立专责管理部门。借鉴日本、台湾等地经验，可以从涉及的市政、规划、建设、电力、通讯、燃气、给排水等行政部门抽调人员成立专门的管理部门，还可将各管网产权单位纳为成员单位，统筹规划，统一管理。通过制定规章制度明确管理主体部门的各项职权，赋予其综合管理、调度和审批权限，明确执法机构，赋予执法、处罚的权力和操作条例。二是建立管网信息共建共享机制。首先，做好现有地下管网的普查工作，从制度上、技术上入手，组织动员各相关单位的有效资源组成专门普查机构，尽可能建立健全北京市各类城市地下管网档案，保证其真实性，现有条件下确实无法获取档案信息的，必须拟定相关制度或规则，以确保在条件成熟或达到的时候可以及时获取并补充。其次，在不断汇总数据的过程中，逐步建立起包括储存、管理、分析、统计、查询、输出、更新等功能的地下综合管网电子信息系统，运用包括 GIS在内的科技手段加强对地下基础设施的管理。三是加强地下管网的维护与监管。应针对管网建设与管理涉及的各环节，要求各负责部门严格按照专项的管理制度及操作守则执行。
3、适时推广地下综合管廊
发展地下综合管廊是未来城市建设的主流思路。北京市应立足于“先新建，后改造”的指导思想，采取“统一规划，新区先行，老城改造，相机靠拢”的实施原则，在现有综合管廊试点基础上，借鉴有关国家、地区的成功经验，总结问题与教训，结合本市城建和改造特点，适时推进，逐步扩大覆盖区域。综合管廊的规划和设定都应建立在对城市现状充分了解及对未来发展合理预测的基础上，确定合适的建设规模，把握适度超前的原则，以达到改善城市现状、促进城市发展、控制建设成本的总体目标，从整体到局部，从建设期到运营期，从时间到空间，都必须综合考虑、逐步深化，并注意各步骤的可操作性。同时，可以从各地试点工程中探索总结，编制出相应的规范和标准，包括工艺技术设计，土建设计技术，管线设计安装技术措施，综合管廊检查、验收标准和规范等。
结束语
随着时代的发展，越来越多的活动转入地下是全世界城市发展的必然趋势，也是时代赋予人类的契机，人们不光要进行富有时代气息的高楼大厦、高架桥的建设，更应运用先进的城市规划理论和科学技术以及绿色空间设计理念进行地下空间的规划、建设和运营，建设出立体型、生态型的城市。期望我们未来的地下空间是一个功能化、人文化、智能化兼备的绿色空间。
参考文献
关键词：地下工程；防水工程；病害分析；施工工艺
中图分类号：TU57+5文献标识码： A 文章编号：
引言
地下工程防水相当重要，直接影响着地下工程的正常使用。可地下工程防水与屋面防水有很大差别。处于地下水位以下的地下工程，水的作用是长期的，渗透压随埋深而增大，有时地下水含有侵蚀性介质对地下工程危害较大。地下水会通过毛细作用对工程造成危害；而且地下水的浮力，往往会将整个地下工程浮起，造成工程断裂、严重的甚至破坏淹没。可以说，地下防水工程在工程建设项目中始终是重点和难点，随着地下工程的增加，地下工程防水的重要性也日益凸显。地下防水工程施工质量的好与坏也直接影响工程的结构安全和使用工程。
一、地下工程渗漏水病害分析
1.1设计因素
由于对地下水的运动规律认识不足，工程防水标高确定不合理，再加上忽视了上层滞水危害，该设防的未予设防，从而造成工程渗漏。选用的防水方案没有考虑到当时的使用条件，如果与本工程的结构特点不相适应，也将造成工程渗漏水。如地下通廊的设计中一般只取通廊的横断面计算，纵向均为构造配筋。因此长达几十米的通廊刚度较小，虽然设置了变形缝，但混凝土仍出现环向裂缝而漏水。结构细部防水设计不详细。如变形缝、后浇带等细部构造不当，以及选材不妥，使之成为地下工程渗漏水的主要隐患。
1.2施工因素
地基产生不均匀沉降，造成结构断裂。防水卷材粘接不牢，拐角、留槎接槎处理不好或防水层碰伤等而造成渗漏。变形缝或穿墙管等部位的施工，未认真将橡胶止水带、塑料止水带部位进行定位；浇注两侧混凝土时，任意碰撞，形成止水带偏斜、搭接不良而造成渗漏。回填土质量的好坏对地下工程的防水性能有很大的影响。当回填土不密实时，由于大气降水和周围地表水的补给，回填土层就会形成含水量大的上层滞水层。这层滞水对工程产生静水压力，如遇防水薄弱环节，则易造成工程渗漏。
二、地下工程防水施工中常见的渗漏原因
目前，出现在地下工程防水施工中的最显著的问题就是渗漏水。然而，防水施工中的渗漏原因有很多。
（1）防水材料选用不当，且选用的有低质和假冒材料，这是出现渗漏最直接的原因；
（2）主体结构与防水层衔接匹配不合理，由于与工程的主体结构特点不相适应，容易造成工程渗漏水；
（3）处理难度大。主体结构大部分为砼，砼中水泥是结合料，使得施工缝、伸缩缝等不易施工，易造成处理难度大，进而引起渗漏；
（4）施工机具缺乏，手工作业方法单一，一旦遇到防水薄弱环节，就极易造成工程渗漏现象；
（5）施工单位偷工减料，建设单位图后变更，也成为地下工程防水施工中渗漏水的主要隐患。总的来说，地下工程渗漏水原因很多，但最主要的原因还在于施工人员不精心操作而造成的。在施工中，如果做到精心操作，在此基础上再采取一些有效地技术措施，那么地下工程的渗漏现象是可以避免的。
三、防水混凝土的材料要求、施工要求
3.1材料要求
水泥品种应按设计选用，其强度等级不低于42.5级，不得使用过期或受潮结块的水泥。碎石或卵石的粒径为5～40mm，含泥量不得大于1.0%，泥块含量不得大于0.5%。砂宜用中砂，含泥量不得大于3.0%，泥块含量不得大于1.0%。拌制混凝土所用的水应采用不含有害物质的洁净水。外加剂的技术性能应符合国家或行业标准一等品及以上的质量要求。粉煤灰的级别不应低于二级，掺量不宜大于20%。
3.2施工要求
防水混凝土在运输后如出现离析，必须进行二次搅拌。当塌落度损失后不能满足施工要求时，应加入原水灰比的水泥浆或二次掺加减水剂进行搅拌，严禁直接加水。混凝土必须采用高频机械振捣密实，振捣时间宜为10～30s，以混凝土泛浆和不冒气泡为准，应避免漏振、欠振和超振。混凝土应连续浇筑，宜少留施工缝。混凝土内部设置的各种钢筋或绑丝不得接触模板。固定模板用的螺栓必须穿过结构时，可采用工具式螺栓或螺栓加堵头，螺栓上应加焊方形止水环。混凝土终凝前应加强抹压。防水混凝土的养护对其抗渗性能影响较大，因此常温混凝土浇注完4～6小时内必须浇水养护，3天内每天浇水养护4～6次，3天后每天浇水2～3次，养护时间不少于14天。
四、地下工程防水施工工艺
4.1明水流漏点的处理
明水流漏点的处理应先堵漏，后防水，如果选用厚浆胶乳的防水材料效果会更好。施工方法为：先查看所有漏水点渗水状况，随之依次找出渗漏原因；然后取刚性材料，从小的、容易的开始，快速封堵；堵住渗水后再立即做防水封层，以防出现新的漏水点；最后，在防水层未达到实干时，若出现水压鼓包，要先开包放水，等防水层实干与基面粘结牢固时，再封堵水包漏水点，并补做防水层。总之，处理好明水流漏点，对于地下工程防渗漏来说至关重要。
4.2接缝防水
隧道和地下工程施工缝和变形缝的防水是整个防水工程的关键,然而它又恰恰是隧道与地下工程防水绝对的软肋,是很让人头痛的薄弱环节,隧道与地下工程的漏水一般就在这种部位。特别是在冻土地区,两缝还要受冻融的影响,对防水措施更是严峻的考验。规范对于地下结构的施工缝一般要求采用两种可靠的复合式防水措施;变形缝一般应该采用中埋式止水带外加其他两种可靠的复合式防水措施。不过接缝防水还是重在施工工艺。
(1)在设置防水措施前,须将缝内进行清理,去除浮浆和杂物,并要重新抹浆,做平滑处理。遇水膨胀橡胶止水条应牢固地安装在缝内。这其间只要有一道工艺做得不好,便会有裂隙,形成渗水通道,造成漏水。
(2)设置的遇水膨胀橡胶条,必须经过缓涨处理。如果操作时受雨淋或清洗水的浸泡,橡胶条在混凝土浇筑之前就已经先行膨胀而失去了膨胀防水的作用。
(3)在填缝时,填缝材料要尽量密实,不要留有空隙。在做两缝防水作业时,千万要注意,不要伤及防水混凝土和防水板。
4.3隧道的处理
隧道的处理应两道设防，具体的施工方法为：第一道：先补堵高喷砂浆层滴水点；接着在砂浆层喷防水涂料，封闭砂浆层裂缝和毛细孔；再采取跟高喷砂浆层一样的施工方法，在砂浆层表面加喷厚油砂防水层；待油砂防水层达到厚度要求后，在油砂防水层上加一布二涂防渗加强层。第二道：先在第一层找平层喷一道防水涂料；待第一涂基本实干就喷第二道防水涂料，待布面实干就紧接着喷第三道涂料，这时要注意浸透布面，使上下涂料层达到饱和性结合；再待第三道基本实干后加喷第四道防水涂料，随撒不含土建筑粗砂，最后再防线施工。为能与隧道底板的防渗层连接在一起，做底板防渗或做侧墙防渗，必须要预留搭接布头，以使各道防水连成整体，成全封闭型防水层。总的来说，解决好地下工程防水施工中的渗漏问题，不仅仅需要明水流漏点的处理、施工缝与伸缩缝的处理、隧道的处理等技术措施，还需要增强施工人员的整体素质，加强施工队伍的“质量第一”的责任心。
结束语
综合上述，地下防水工程作为建筑结构施工中非常重要的一个环节，通常会对整个建筑结构的稳定及耐久性起着至关重要的作用。因此，工程管理人员都应重视防水的方法和技术的完善，严格按照技术规范指导施工班组操作，以保证地下工程防水达到国家行业的规范标准。
参考文献
[1]国家标准《地下防水工程质量验收规范》（GB50208-2002）.
[2]国家标准《混凝土结构工程施工质量验收规范》（GB50204-2002）.
关键词：盾构机地铁施工安全施工
前言：近年来，我国的城市地下工程建设可以说是取得了突飞猛进的发展，无论是在施工理论体系上，还是在具体的施工方法上都有了很大的突破，尤其是在先进的施工机械设备的应用上，基本上达到了世界先进水平，本文以盾构机在城市地铁施工中的应用为例，介绍了城市地铁工程施工的技术手段和一些常见问题，并根据笔者的实际工作经验以及对一些相关工程的了解，提出了一些解决这些问题的有效措施。
盾构机在城市地铁施工中的应用
随着改革开放进程的不断加快，近几年，大规模的城市地铁建设势如破竹。这类工程建设往往面临着规模大、施工环境恶劣，技术复杂等严峻问题。面对这些问题，只有采取新的、科学的施工工艺，才能解决了所遇到的难题。城市地铁建设不可避免遇到桩基托换工程。由于地铁所经过的地段有些是繁华的商业区，有些受地下管线保护、古文物保护等影响，明挖地铁车站受到限制，因此，只能采用暗挖法施工。盾构机凭借其各项先进的特点，深受施工人员青睐，它可以很快在地下挖出隧道，这就是盾构机，一种地下钻探的重型装备。它具有减少扬尘、噪声、地下水流失，不影响地面拆迁等优点，盾构机将发挥巨大威力。 根据地下土壤等条件的不同，在盾体的前端将装上刀盘，刀盘上有很多高强度合金刀头，能将岩石一点点地掘下来。由计算机控制向前掘进，每掘进一定距离，就用数片钢筋混凝土管片在四周固定，组成一个内径近6米的大圆管。机器最前端不断旋转的高强度合金刀头，会依靠圆盘的旋转力啃掉前方的泥土。并将切削下来的土吃进土舱，再由传送带将土送给尾部的卡车。这种设备的应用，无疑给整个施工工程注入了活力，采用三拱两柱暗挖车站中洞综合配套施工技术，保证了工程质量和安全，按期完成了施工任务。这种技术适用于围岩自稳能力较差的地铁大跨双层暗挖车站及多连拱等地下停车场、大跨公路、铁路隧道。施工机械与施工方法的有机结合，正确科学的施工方法会给机械设备一个正确的导向，机械设备能够完美的执行施工者发出的命令，二者相互配合，会使得整个城市地铁工程施工事半功倍。
2、软土地质的地铁施工
特殊的地址条件会给整个施工带来很多不便，本文以上海地铁施工为例，介绍一下在软土地质上地铁施工的相应技术及措施。上海属软土地质，地下管线设施密集，在上海地下挖隧道建地铁，曾被形象的称为“豆腐里打洞”。但随着近年来工程技术不断创新，建设经验不断积累，上海已成为全国地铁网络最发达城市。地铁作为现代城市的重要交通设施，近年来在国内外得到了快速发展。随着城市建设高度密集和地下空间深度开发利用，对城市地下工程施工提出了越来越高的要求。地铁建设不仅要减少对城市地下空间的占有，更要确保工程本身和周边环境的安全。面对地铁线路的日益密集，枢纽换乘站大幅增加。与一般的铁车站相比，枢纽换乘站处于商业、交通、客流集散中心，具有埋设深、跨度大、施工难的特点，有的需要对新的车站预留，对已有车站改建，对运营线路穿越。通过调整护壁泥浆的性能指标，增大泥浆比重，掺入一定量的重晶石，采取尽量加快各工序之间的衔接速度，缩短单幅槽段施工周期等关键技术措施，确保地墙施工质量，有效地保护了交叉换乘站。
3、城市地铁工程安全施工的有效措施
任何工程施工，都要以安全为前提，否则没有任何意义，安全施工是整个施工工程的头等大事，只有安全得到保障，才能全心全意的投入到工程建设当中去，据笔者不完全统计，2001年5月至今年2月，广州、上海、北京等一些发达的城市共发生地铁施工安全生产事故44例，造成58人死亡。物体打击、机械伤害、坍塌、中毒、火灾等事故是地铁施工中伤害最大的事故类型。如何降低地铁施工的风险、有效预防安全事故发生，是包括地铁施工在内的所有工程建设长期以来一直在困扰的问题，通过建立风险管理专家决策系统等大举措筑牢地铁、隧道施工的安全防线。地铁施工是一项高风险的系统工程，由于施工技术复杂、不可预见的因素多等原因，导致国内地铁施工安全生产事故时有发生。在地铁建设过程中，可利用专家决策系统为地铁设计、施工、监测等方案的评审、项目风险的评估、突发事故的处理等提供强有力的技术支持。针对环境复杂、施工不当、机械设备故障或操作不当等容易引发地铁施工安全事故的原因，严格做好勘测工作、加强第三方监测、加强对机械设备的管理、提高施工人员教育培训、加强对施工现场危险源的监管等事故预防对策。制定了施工测量、技术交底、技术资料管理、调度等十一个技术管理办法，编制了多个实施性施工组织设计及安全施组和安全方案，并强化过程控制，加强现场技术管理。积极鼓励科技人员进行科技创新，查找科技资料，确定攻关课题。通过加强科技管理，保证工程顺利进行，从而达到已完工的工程单位工程合格率的大幅提升。
关键词：苦咸水；泥水分层；扩散双电层；正负电荷；分散剂；PH值
中图分类号： TQ172 文献标识码： A
1引言
护壁泥浆，在地下连续墙、锚碇墙、遮帘桩、灌注桩等地下基础工程成槽施工中起到液体支撑的作用，通过泥浆的净水压力平衡地下水压力和槽壁土压力、泥浆向槽壁内土层渗透后改善槽壁土质结构、泥浆在槽壁上形成不透水的泥皮等功能起到维护槽壁稳定的功能，另外泥浆具有悬浮土渣、冷却钻具的功能。性能优良、质量稳定的泥浆对地下工程的重要性可见一斑。
2护壁泥浆的组成、形成机理和性能指标
2.1护壁泥浆的组成
护壁泥浆是粘土颗粒(小于2 μm)分散在水中所形成的分散体系，具有表面现象、光学现象、电学现象、动力现象等特殊性质，泥浆主要组成成分为水和膨润土，另外还要加入一定量的化学处理剂。
⑴水
水是泥浆中的分散相，用于悬浮泥浆中的粘土颗粒。水中含有各种盐类，主要有钙、镁、钠、钾的碳酸盐，重碳酸盐，硫酸盐和氯化物。在泥浆制备中用水首选淡水和河水。
⑵膨润土
膨润土是泥浆的分散介质，是众多造浆粘土矿物中的一种。膨润土是以蒙脱石为主矿物成分的粘土，水化能力强、造浆效率高，所造泥浆是一种带有电荷的亲水胶体，通过颗粒静电斥力保持稳定的悬浮状态，具有相对密度低、粘度低、含砂量少、失水量少、泥皮薄、稳定性强、护壁能力高的优点。膨润土根据蒙脱石所含的可交换阳离子种类、含量及结晶化学性质的不同，分为钠基、钙基等膨润土。工程上常用钠基和钙基膨润土。
⑶外加剂
为增强泥浆中的粘土颗粒分散和水化程度，或使泥浆性能满足地基状态和使用条件，通常在泥浆中加入适当的外加剂。泥浆外加剂大体分为分散剂、增粘剂、加重剂、防漏剂、防腐剂、盐水泥浆剂，常用的外加剂主要为分散剂和增粘剂。
2.2泥浆形成机理
泥浆是粘土颗粒分散在水中所形成的分散体系，片状粘土颗粒为表层带负电荷的扩散双电层和端部带正电荷的扩散双电层，粘土颗粒端部正电荷与表层所带负电荷相比是较少的，整个泥浆颗粒所带的静电荷是负的，当粘土悬浮液处于碱性状态即PH值大于7时，带正电荷的端部可转化为负电荷，电位升高，扩散层增厚，粘土颗粒因所带负电荷而相互排斥，粘土分散，形成稳定泥浆。
2.3泥浆性能指标
表1泥浆性能指标
3苦咸水搅拌泥浆的提出
年初，基础工程项目部进行曹妃甸煤码头起步工程工作船码头地下工程的施工，工作船码头地下工程包括地连墙、锚碇墙、遮帘桩、灌注桩，水下砼设计方量为20188m3。在地下连续墙、遮帘桩等地下工程施工时，现场未接通淡水水源，不能提供淡水搅拌泥浆，解决泥浆用水有两个途径，一是购买淡水，由送水车送水至现场；二是使用地下水代替淡水搅拌泥浆。对费用进行认真核算后，地下苦咸水单价为8元/m3，淡水单价为25元/m3，为降低工程造价、节约成本，同时尝试苦咸水搅拌泥浆新技术的开发，项目部决定本工程泥浆用水采用地下水，在施工现场打300m深水井，使用潜水泵抽取地下水。
4苦咸水搅拌泥浆的首次接触
4.1水质情况
首先，取井水送检测中心进行水质检验，水质情况介于海水和淡水之间，钠离子含量为1832.37mg/L,氯离子含量为2275.4mg/L，PH值为7.41，钠离子、氯离子含量为淡水规定最大含量的10多倍，是正常淡水含量的200多倍。
4.2苦咸水搅拌泥浆的尝试与结果
项目部组织试验人员首先按照首钢一期工程、首钢二期工程中泥浆配合比进行试验，单方泥浆配合比如下：苦咸水1000kg，钙基膨润土110kg，纯碱3.3kg，淡水：钙基膨润土：纯碱=1：0.11：0.0033，搅拌后静置，出现泥水分层情况，表层为苦咸水，底层为粘土颗粒，时间越长，分层情况越严重，静置1d后，胶体率仅为25%左右，粘土颗粒没有分散在水中，而是全部沉淀下来，根本没有形成泥浆，不能用于工程上。随后，试验人员又按照京唐港30#泊位中泥浆配合比进行试验，单方泥浆配合比如下：苦咸水1000kg，钠基膨润土110kg，羧甲基纤维素0.5kg，淡水：钠基膨润土：羧甲基纤维素=1：0.11：0.0005，试验结果同上一种配合比，泥水严重分层，形不成泥浆，不能用于工程上。
4.3泥水分层的原因分析
从泥浆形成机理和苦咸水含盐量高的特点入手，查阅相关手册后测定PH值及化学试验后，分析出苦咸水搅拌泥浆出现泥水严重分层的原因：苦咸水中Ca2+、Mg2+离子含量远远高于淡水，是淡水含量的上百倍，Ca2+、Mg2+离子浓度增大，交换粘土颗粒端部扩散双电层的Na+，Na+转变为Ca2+、Mg2+，电位下降，扩散层变薄，粘土颗粒斥力变小直至聚结，泥浆失去稳定性，即出现泥水分层现象。
5苦咸水搅拌泥浆配合比的试配
得出苦咸水搅拌泥浆出现泥水严重分层的原因后，技术人员、试验人员一同研究解决方案、制定措施，提出三种解决方案，具体如下：
方案一：配比中掺加一定量的分散剂，分散剂采用常用的纯碱(化学式为Na2CO3)，分散剂中低价阳离子Na+与有害离子Ca2+、Mg2+置换后，碳酸根离子与Ca2+、Mg2+发生化学反应生成CaCO3、MgCO3后沉淀，使Ca2+、Mg2+惰性化，起到苦咸水的软化作用；
方案二：配合比中掺入高粘度羧甲基纤维素(CMC，一种高分子化学物),原理是CMC包裹住膨润土粘土颗粒，具有胶体保护作用，防止盐分的污染。
方案三：方案一与方案二有机结合，配比中掺加一定量的纯碱和高粘度羧甲基纤维素。
根据上述解决方案，技术、试验人员选用钙基膨润土、钠基膨润土制定了八种配合比，试配后进行泥浆性能指标检测，配合比及检测结果具体见下表：
表2 钙基膨润土搅拌泥浆试配配合比
表3 钠基膨润土搅拌泥浆试配配合比
通过对上述配合比的对比分析，不难发现，最后一组泥浆的配合比，不仅其性能指标满足规范规定，而且用量最省，单价最低，因此选定为施工配合比。
6苦咸水搅拌泥浆的应用
在煤码头起步工程工作船码头地下工程施工中，护壁泥浆采用苦咸水按照试配确定的泥浆配合比拌制泥浆，泥浆性能可靠、质量稳定，各项性能指标满足规范规定和使用要求，期间共浇注地连墙60段，锚碇墙59段，遮帘桩100根，灌注桩46根，施工期间未发生槽壁坍塌现象。
地连墙、锚碇墙、灌注桩、遮帘桩开挖后进行低应变检测，全部合格，合格率为100%，也从侧面说明了泥浆的质量是可靠的。
7经济效益和技术成果
【关键词】盾构机；自动控制；现状；展望
为了满足社会经济发展需要，减轻地面交通工程的压力，我国的地下隧道、巷道等工程量不断增加。盾构机是地下工程施工中使用的一种重要机械，主要用于隧洞的开挖掘进，在地下工程的施工建设中发挥不可替代的重要作用。地下工程的施工存在着多种不确定的安全威胁因素，如地质环境、施工工况等，为了减少地下施工的安全事故发生，盾构机的发展朝着自动控制的智能化技术方向发展。现今的盾构机已经是集机电技术、液压技术、信息技术、自动控制技术于一体的综合性智能化机械设备，不仅能够对土体进行开挖、切削、输送支护，而且具有测量导向和纠偏等多种功能。近年来我国大力发展盾构技术，使得盾构机掘进的自动化程度逐渐提高，但是综合来看我国的盾构机自动控制技术仍然不够成熟，自动控制还处于人工操作的阶段，施工安全问题仍然不能掉以轻心。盾构机要达到高质量、高效率、高安全性的施工，完善实现机器的自动化操作是盾构机发展的方向。
1、盾构机自动控制技术现状分析
1.1盾构机掘进系统的自动控制
盾构机掘进系统多采用智能的控制方法，20世纪90年代由仓冈丰采用模糊控制理论来控制盾构土压平衡，但是却无法保证系统的稳定性。LI等在此基础上设计了在非线性掘进控制系统中使用模糊免疫自调整PID控制器，提高了土压的稳定性。随着不断的研究和改进，胡珉等采用遗传算法对盾构机的施工参数进行了优化，制定了优化的控制方案。随着施虎等人对于盾构机排土的控制分析，对螺旋输送机的转速加以控制，促进了盾构机的土压平衡。随着智能化专家控制系统的不断更新，盾构机自动控制系统中引入了自动识别和驱动公路效率的技术，对盾构机的运行和土体掘进时的压力分布情况的研究，一种盾构机推进系统的自动控制方式产生。根据压力控制的数学模型，和偏差修正等控制策略，使盾构机的压力控制和液压缸的自动控制得以实现。另外胡国良等对排空控制的研究，提出了将PID控制技术在排土控制中使用，实现了螺旋输送机排土的自动控制。
1.2位姿控制
盾构机的位姿主要通过对推进系统的液压缸进行控制来实现的。自20世纪80年代 SAKAI等将卡尔曼滤波理论在盾构机的位姿控制方面应用并且建立了控制模型后，国内外的专家和研究人员开始了对盾构机位姿控制的研究。李惠平等根据盾构机控制的特点对模糊控制器的设计提出了“先分后合”方法，更便于调节控制器的性能。之后我国的研究人员在此基础上进行完善，将LabVIEW在盾构机位姿控制器的设计中加以应用，又通过模糊控制器得出千斤顶纠偏控制量，逐渐实现了盾构机位姿的自动控制。为了使系统具有更好的通用性，能够在不同的地质条件下稳定运行，MITSUTAKA提出了盾构机推进过程中动态载荷的理论模型，该模型对盾构姿态影响的各个参数所具有的敏感性进行分析，为提高位姿自动控制的精确度发挥了重要作用。
1.3管片的自动拼装
手工管片拼装存在很多弊端，实现管片的自动拼装十分必要。20世纪80年代，日本最先使用了管片自动拼装的设备，各国开始了管片自动拼装的研究。国际隧道协会针对隧道管片的拼装制定了设计准则。赵志杰等对通用管片进行研究，配合盾构设计轴向的特点，通过多环组合的方法对管片的拼装点位进行选取，并对切向纠偏路线进行制定，开发出虚拟的管片拼装系统。在日欧等过，已经实现了管片的全自动拼装，利用机器人动态模型，实现了管片支护和拼装的全自动控制。
2、盾构机自动控制技术存在的问题和发展趋势
2.1需建立密封舱压力动态平衡为目标的控制模型
密封舱的压力失衡会导致隧洞开挖中发生地面沉降，这是隧洞盾构集中的重点和难点所在。国内外的专家和学者对密封舱的压力平衡加大了重视力度和研究投入。但是因为对密封舱压力动态平衡控制还缺乏细致深入的人身，对其的研究和设计也只能以不断的试验为途径，目前还没有建立起精确的密封舱压力动态平衡的控制模型，此方面的控制技术还有待于发展。在未来的研究工作中，要着重对此方面的机理进行研究分析，建立以密封舱压力动态平衡为目标的掘进系统的控制模型，对密封舱的压力实现自动化控制，从而提高地面沉降控制的精度。
2.2制定掘进系统的协调控制策略
盾构机对土压的控制通常是采用舱内土压力值预先设定的方法，在根据实际的施工情况和压力变化对子系统的施工参数进行一一的调整。各个子系统间的工作模式的是具有一定的独立性，而且是依靠人为的手工条件。为了对密封舱的压力实现高度精确的控制，制定子系统间的协调控制策略十分必要。这就需要对子系统间的耦合关系进行分析，对各项控制参数和密封舱压力间的映射关系进行研究，制定掘进系统的系统控制机制策略。
2.3位姿与动态轨迹的控制
目前对于盾构机的位姿和动态轨迹控制主要是通过操作者进行人工操作或者利用模糊控制策略进行自动化控制，多是凭着经验来进行控制理论的程序话制定。当遇到陌生或者极其复杂的地质情况，对盾构机的位姿和动态轨迹就很难做到准确的控制。因此，需要对影响盾构机位姿的各种因素进行分析，建立控制模型，并对盾构机在的运动轨迹进行动态规划，实现位姿和动态轨迹的自动化控制。
2.4控制系统的集成
为了能够对盾构机的各个子系统进行实时的信息监测和控制，在建立盾构机控制系统时要将机器的性能、功耗、成本等各个因素考虑进去。设计具有高掘进性能、低能量损耗、地质适应性强的集监测、协调、控制于一体的集成化控制系统，这是盾构机发展的大势所趋。
3、结语
盾构机要实现高效、安全、精准的施工，走全自动化控制的发展道路势在必行。随着自动化技术的发展和盾构机结构的不断优化，盾构机自动化控制也必将不断的发展和进步。我国要实现盾构机的全自动化控制，还面临许多难题和调整，这需要广大专家和研究人员的共同努力，在实际的工作中不断的探索和研究，克服技术难题，让盾构机在我国的地下工程中更好的发挥作用。
参考文献
[1]杨华勇，龚国芳.盾构掘进机发展战略研究[C].上海国际隧道工程研讨会论文集.上海：同济大学出版社，2011：339～346.
[2]上官子昌，李守巨，孙伟等.盾构机开口率对密封舱土压力分布影响的数值模拟.铁道建筑，2010，（12）：60～63.
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