城市地下空间开发和施工新技术探讨
城市地下空间开发和施工新技术探讨
随着城市化进程的发展，城市人口的不断增加，城市交通拥堵、环境恶化、资源不能满足需要，城市用地逐渐减少，开发的地表空间日益锐减等。截至2010年底，我国耕地总数不足18.26亿亩，已接近18亿亩的“红线”，一边是极度紧缺，一边是极度浪费：宽马路、大广场、闲置工业园„„据统计，我国GDP 每增长1%，土地占用量是日本快速发展期的8倍。一系列城市问题的发生，势必要求一种新的资源开发来补充和化解各种城市矛盾。城市地下空间的开发利用就是要把部分城市功能由地面转入地下，节约用地的同时，充分利用土地空间资源。开发地下空间的必须考虑建筑经费、地质安全以及社会、经济效益等综合因素，逐步形成以地铁为骨架、以交通节点为枢纽、以中心区为主体的城市地下空间系统，对我国城市化可持续发展具有重大意义。
地下空间的定义是指：在岩层或土层中天然形成或经人工开发形成的空间称为地下空间。天然形成的地下空间包括在石灰岩山体中由于水的冲蚀作用而形成的天然溶洞，或土层中存在地下水的含水层；人工开挖的地下空间包括利用开采后废弃的矿坑和使用各种技术挖掘出来的空间。根据我国《城市地下空间开发利用管理规定》，城市地下空间是指城市规划区内地表以下的空间。
目前城市地下空间的开发和建设主要设施分为：交通隧道工程（地下铁路隧道、公路隧道、城市地铁、城市穿河（江）隧道、地下通道等）；地下民用与公共建筑（地下商场、地铁换乘站、体育馆、影剧院、娱乐场所等）；人防工程（防空地下室、救护站等及平、战结合地下街等）。
我国城市地下空间工程施工技术主要有4种，包括：明挖施工法、盖挖施工法、地下连续墙施工法、盾构施工法。
1. 明挖施工法
明挖法是指从岩土体表面，由上向下开挖土石方至设计标高后，自基底自下而上顺作法施工，完成结构体主体结构施工，最后回填基坑或恢复地面的施工方法，是目前各国城市地下铁道、广场、路下商场施工的首选方法，在地面交通和埋置范围内地下障碍物较多的地方通常采用明挖法施工。明挖法具有施工简单、快捷、经济、安全的优点，城市地下隧道式工程发展初期都把它作为首选的开挖技术。其缺点是对周围环境的影响较大。
明挖法的关键工序是：降低地下水位，边坡支护，土方开挖，结构施工及防水工程等。其中边坡支护是确保安全施工的关键
技术。主要有：
1) 放坡开挖技术。适用于地面开
阔和地下地质条件较好的情况。基坑应
自上而下分层、分段依次开挖，随挖随
刷边坡，必要时采用水泥粘土护坡。
2) 型钢支护技术。一般使用单排
工字钢或钢板桩，基坑较深时可采用双
排桩，由拉杆或连梁连结共同受力，也
可采用多层钢横撑支护或单层、多层锚
杆与型钢共同形成支护结构。
3) 连续墙支护技术。一般采用钢丝绳和液压抓斗成槽，
也可采用多头钻和切削轮式设
备成槽。连续墙不仅能承受较大载荷，同时具有隔水效果，适用于软土和松散含水地层。
4) 混凝土灌注桩支护技术。一般有人工挖孔或机械钻孔两种方式。钻孔中灌注普通混凝土和水下混凝土成桩。支护可采用双排桩加混凝土连梁，还可用桩加横撑或锚杆形成受力体系。
5) 土钉墙支护技术。在原位土体中用机械钻孔或洛阳铲人工成孔，加入较密间距排列的钢筋或钢管，外注水泥砂浆或注浆，并喷射混凝土，使土体、钢筋、喷射混凝土板面结合成土钉支护体系。
6) 锚杆(索) 支护技术。在孔内放入钢筋或钢索后注浆，达到强度后与桩墙进行拉锚，并加预应力锚固后共同受力，适用于高边坡及受载大的场所。
7) 混凝土和钢结构支撑支护方法。依据设计计算在不同开挖位置上灌注混凝土内支撑体系和安装钢结构内支撑体系，与灌注桩或连续墙形成一个框架支护体系，承受侧向土压力，内支撑体系在做结构时要拆除。适用于高层建筑物密集区和软弱淤泥地层。
2. 盖挖施工法
盖挖法是指由地面向下开挖至一
定深度后，将顶部施工封闭，其余下部
工程在封闭的顶盖状态下进行施工。主
体结构由上而下分阶段施工，也叫逆作
法施工；主体结构右下而上施工，叫顺
作法施工。可谓实现了“上方畅行，下
方施工”。盖挖法优点：结构水平位移
小，安全系数高，对地面交通和行人影
响较小；对周围环境（气候、空气、噪
音等）影响较小；节约成本和工期。在
城市繁忙路段新建地铁站，当地下工程
明做时需要穿越公路、建筑等障碍物，
而又不能中断交通时，可选用盖挖法。例如我国深圳地铁一期工程华强路站、上海7号线肇嘉浜路站等项目建设都应用了该挖施工方法。
3. 地下连续墙施工法
地下连续墙就是用专用设备沿着
深基础或地下构筑周边采用泥浆护壁
开挖出一条具有一定宽度与深度的沟
槽，在槽内设置钢筋笼，采用导管法在
泥浆中浇筑混凝土，筑成一单元墙段，
依次顺序施工，以某种接头方法连接成
的一道连续的地下钢筋混凝土墙，以便
基坑开挖时防渗、挡土，作为邻近建筑
物基础的支护以及直接成为承受直接
荷载的基础结构的一部分。施工主要工
艺为导墙、泥浆护壁、成槽施工、水下灌注混凝土、墙段接头处理等。地下连续墙优点：占地少；地下墙体结构施工震动小、噪声低，墙体刚度大，防渗性能好，对周围地基无扰动，可以组成具有很大承载力的任意多边形连续墙体代替桩基础、沉井基础或沉箱等基础。对岩体地质环境的适应范围很广，在软弱的冲积层、中硬地层、密实的砂砾层以及岩石的地基中都可施工。初期用于坝体防渗，水库地下截流，后发展为挡土墙，地下结构的一部分或全部。
在高层建筑、电站建筑深基坑、地下停车场、地下街、地下商场、地铁站、地下仓库、矿井
等均被得到广泛应用。如：上海地铁明珠线二期地铁西藏南路站基坑施工、浙江凯喜雅大厦基坑工程等。
施工步骤概要：
4. 盾构施工法
盾构法是城市地下隧道施工的主要手段，是暗挖法施工中的一种全机械化施工方法，它是将盾构机械在地中推进，通过盾构外壳和管片支承四周围岩防止发生往隧道内的坍塌，同时在开挖面前方用切削装置进行土体开挖，通过出土机械运出洞外，靠千斤顶在后部加压顶进，并拼装预制混凝土管片，形成隧道结构的一种机械化施工方法。
盾构法施工得到广泛使用，因其具有明显的优越性：
在盾构的掩护下进行开挖和衬砌作
业，有足够的施工安全性；地下施工不影响地面交通, 在河底下施工不影响河道通航；施工操作不受气候条件的影响；产生的振动、噪声等环境危害较小。在城市短隧道施工中不宜采用；对地质条件要求比较严格；在我国天津地铁一号线、南京地铁一号线穿越秦淮河底等项目建设中得到广泛应用。
建议：
城市地下空间开发还应重视地下环境特性对人体生理和心理的影响程度及规律研究。 未来城市地下空间开发和建设应重视工程地质和水文地质问题，解决岩土体稳定、变形给周围建筑带来的影响。预防地下空间开发诱发的地质灾害（如地面塌陷、沉降、裂缝和砂土液化等）给城市建设带来的巨大危害。
由于地下空间开发和建设工程造价高、投资成本大，为取得较好的经济效益、社会效益和环境效益，地方政府要出台鼓励开发利用的优惠政策。
无论是政府部门还是规划部门，为建立“和谐城市”都要在地下空间开发之前，综合考虑城市地质环境、社会环境因素，制定一个综合、协调并具有可持续发展的城市地下空间开发战略规划。