摘要：總結(jié)了近年來我國一批大型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)工程，如青藏鐵路、深圳地鐵、上海跨江隧道等地下工程施工中所采用的新工藝和新技術(shù)。

　　關(guān)鍵詞：地下工程；凍土；水下工程；隧道；施工技術(shù)

　　青藏鐵路的開工建設(shè)和順利實(shí)施，為解決高原凍土區(qū)地下工程的施工提供了良好的試驗基礎(chǔ)；同時，城市地鐵工程的建設(shè)也對解決復(fù)雜城市地質(zhì)環(huán)境條件下地下工程施工提出了新的挑戰(zhàn)；而大型橋梁、跨江隧道和海上設(shè)施的建設(shè)使水下的地下工程施工面臨更高的技術(shù)要求。一系列大型基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)并完工極大地促進(jìn)了地下工程施工技術(shù)水平，及時總結(jié)和完善這些地下工程施工新工藝和其他技術(shù)成果將為今后的地下工程施工提供良好的技術(shù)支持和保證，對推動我國地下工程的施工帶來巨大的促進(jìn)作用。本文結(jié)合近年來我國一些大型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)工程，如青藏鐵路、深圳地鐵、上�？缃�隧道等施工過程中取得的地下工程施工技術(shù)成果，對新工藝進(jìn)行介紹，以便為今后類似工程的施工提供借鑒。

　　1、凍土區(qū)地下工程施工新工藝

　　青藏鐵路格爾木至拉薩段全長1100多km，穿越世界海拔最高、有世界屋脊之稱、施工條件惡劣的青藏高原。在高海拔多年凍土區(qū)修建鐵路在世界上也是第1次，無成熟的施工經(jīng)驗，技術(shù)含量高。

　　1.1多年凍土區(qū)鉆孔灌注樁施工工藝其關(guān)鍵工藝是減少施工過程產(chǎn)生的各種熱量，如鉆孔的摩擦熱、回填料的熱量、灌注樁混凝土的水化熱等，避免樁周地基土溫度場急劇變化，引起樁周地基土一定范圍升溫和融化。同時由于凍土區(qū)有季節(jié)的變化，表層的季節(jié)融化層隨季節(jié)的變化將產(chǎn)生凍脹力，消除這些凍脹力也是鉆孔灌注樁的一個重點(diǎn)。

　　為減少施工熱量對凍土區(qū)的影響，盡快形成新的熱平衡狀態(tài)，多年凍土區(qū)鉆孔灌注樁樁身混凝土澆筑后，須經(jīng)過一個階段的熱交換過程后方可進(jìn)行承臺以上部分施工，一般熱交換的時間為60d，60d后方可認(rèn)為樁基已基本穩(wěn)定。

　　樁基在使用過程中由于凍土季節(jié)的變化將產(chǎn)生凍脹力。根據(jù)凍脹力作用于基礎(chǔ)表面的部位和方向，可劃分為3種：切向凍脹力、水平凍脹力和法向凍脹力。水平凍脹力相互抵消，對工程造成破壞的主要是凍脹產(chǎn)生的切向力和法向力。在工程建設(shè)中，采取以下措施可以防止樁基礎(chǔ)凍脹：

　　①為避免樁基礎(chǔ)受到法向凍脹力，將樁基礎(chǔ)嵌入多年凍土天然上限以下一定深度；

　　②將鋼制擴(kuò)筒埋入多年凍土上限以下至少0.5m，護(hù)筒內(nèi)徑比樁徑大10cm，并于護(hù)筒外圍涂渣油，成樁后不拆除護(hù)筒，減少外表面的親水程度；

　�、郾M量采用高樁承臺，凍脹嚴(yán)重地區(qū)采用鉆孔擴(kuò)底樁；

　�、茉谧o(hù)筒外側(cè)、低樁承臺底部采用渣油拌制粗顆粒土回填。以上措施能有效地減小切向凍脹力，降低凍土對護(hù)筒的上拔凍脹力；

　�、葶@孔采用旋挖鉆機(jī)干法成孔保證孔位置正確和鉆孔的垂直度；

　�、薏捎玫蜏卦鐝�(qiáng)耐久混凝土，避免了混凝土低溫澆筑帶來的強(qiáng)度增長慢的問題。

　　1.2多年凍土隧道施工工藝高原多年凍土隧道工程施工可借鑒的經(jīng)驗較少，其核心在于盡量減少氣溫升高對凍土的影響，避免凍土融化壓縮下沉和凍脹力造成施工災(zāi)害和運(yùn)營隱患。

　　凍土的抗壓強(qiáng)度很高，其極限抗壓強(qiáng)度甚至與混凝土相當(dāng)。凍土融化后的抗壓強(qiáng)度急劇降低，所形成的熱融沉陷和下一個寒季的凍脹作用常常造成工程建筑物失穩(wěn)而難以修復(fù)。

　　含水的松散巖石和土體，溫度降低到0℃時，伴隨有冰體的產(chǎn)生，這是凍結(jié)狀態(tài)的主要標(biāo)志。水結(jié)成冰時，體積增加約9%，使土體發(fā)生凍脹。土凍結(jié)時不僅原位置的水凍結(jié)成冰，而且在滲透力（抽吸力）作用下，水分將從未凍區(qū)向凍結(jié)鋒面轉(zhuǎn)移并在那里凍結(jié)成冰，使土的凍脹更加強(qiáng)烈。

　　土在凍結(jié)過程中由于水變冰體積增大，并引起水分遷移、析冰、凍脹、土骨架位移，因而改變土的結(jié)構(gòu)。在融化過程則必然伴隨著土顆粒的位移，充填冰融化排出的空間，產(chǎn)生融化固結(jié)，從而引起局部地面的向下運(yùn)動，即熱融沉陷（熱融下沉）。

　　為避免隧道施工中熱融沉陷，凍土隧道施工的關(guān)鍵工藝是作好保溫措施。

　　隧道保溫施工工藝主要包括：優(yōu)選寒季施工明洞及洞口工程，開挖施工時增設(shè)遮陽保溫棚，阻隔太陽輻射能量對凍土的影響。正洞采用弱爆破及光面爆破技術(shù)減少對凍土的擾動和超欠挖，開挖后清除拱（墻）夾層散碎冰塊，迅速噴混凝土封閉巖面；采用有軌運(yùn)輸減少洞內(nèi)廢氣污染，減少通風(fēng)次數(shù)和風(fēng)量；暖季采用夜間放炮通風(fēng)和冷風(fēng)機(jī)通風(fēng)等措施將洞內(nèi)掌子面溫度控制在5℃以下，盡量縮小洞室開挖斷面外的凍土融化圈。隧道全長全斷面鋪設(shè)“防水層保溫板防水層”，阻隔隧道竣工后洞內(nèi)溫度變化對凍土的擾動，確保運(yùn)營安全。

　　影響土體凍脹的主要因素是土體類型、含水狀況和凍結(jié)條件。凍土學(xué)家經(jīng)過長期的試驗證明：粗顆粒土凍脹小甚至不凍脹，而細(xì)顆粒土一般凍脹較大。土體含水量大則凍脹嚴(yán)重，當(dāng)土體含水量小于某一值時，土的凍脹率為零。為防止凍脹對明洞及洞口工程結(jié)構(gòu)的影響，將明洞及洞口仰坡周邊凍脹影響范圍內(nèi)的富冰凍土、飽冰凍土和含土冰層挖除，用粗顆粒土換填，嚴(yán)格控制粗顆粒土的含水量，換填后作好防排水設(shè)施。

　　工程實(shí)例：青藏鐵路風(fēng)火山多年凍土隧道全長1338m，是世界上海拔最高的凍土隧道，多年凍土上限1～1.8m，凍土層厚達(dá)100～150m。洞身全部位于凍土之中。在施工過程中充分把握凍土的工程性質(zhì)，采用注漿管棚、注漿錨桿、洞內(nèi)光面爆破等開挖技術(shù)并綜合運(yùn)用粗顆粒土換填明洞覆蓋層，全長、全斷面設(shè)置多重保溫層，以及保溫、控溫、供氧、噴射混凝土、信息監(jiān)控等多項技術(shù)，盡量縮小凍土融化圈，使凍土隧道重建新的熱量平衡系統(tǒng)，滿足了安全、優(yōu)質(zhì)、高效的建設(shè)要求。

　　此外凍土區(qū)防溫措施還有傾填片石通風(fēng)路基施工工藝，高溫細(xì)粒土鋪設(shè)保溫板路基施工技術(shù)，高溫細(xì)粒土熱棒路基施工技術(shù)等，這些措施都可以大大減少路基承載后對凍土的熱融影響。

　　2、地鐵和過江隧道施工新工藝

　　隨著我國城市化快速發(fā)展，大城市的交通壓力日益增大，大規(guī)模的城市地鐵建設(shè)勢成必然。對于沿江規(guī)劃的城市過江隧道的建設(shè)也越來越多。這類工程建設(shè)往往規(guī)模大，施工環(huán)境惡劣，施工技術(shù)復(fù)雜，下面簡單介紹幾種施工新工藝。

　　2.1地鐵施工中的樁基托換技術(shù)地鐵建設(shè)中不可避免遇到樁基托換工程。深圳地鐵百貨廣場大軸力樁基托換技術(shù)研究，解決了大軸力樁基托換的主要關(guān)鍵技術(shù)問題，豐富了樁基托換工程的施工工藝。

　　樁基托換形式是我國托換技術(shù)應(yīng)用的常見形式。樁基托換的核心技術(shù)在于新樁和舊樁荷載的轉(zhuǎn)換，要求在轉(zhuǎn)換過程中托換結(jié)構(gòu)和新樁的變形限制在上部結(jié)構(gòu)允許范圍內(nèi)。針對上述變形的控制，托換的機(jī)制可分為主動和被動托換。主動托換主要是在舊樁截樁之前，對新樁和托換結(jié)構(gòu)加載，消除部分新樁和托換結(jié)構(gòu)的變形，使得托換后樁和結(jié)構(gòu)的變形限制在允許范圍內(nèi)。該技術(shù)應(yīng)用于大軸力、結(jié)構(gòu)物對變形要求嚴(yán)的情況。被動托換是在舊樁切除過程中，將荷載傳遞到新樁，托換后的樁和結(jié)構(gòu)變形難以控制，該技術(shù)適用于小噸位和對結(jié)構(gòu)變形控制不嚴(yán)的情況。深圳地鐵國貿(mào)老街區(qū)間百貨廣場大廈樁基托換工程具有托換樁多（6根）、軸力大（18000kN）、樁徑大（2000mm）、地質(zhì)條件差、地下水頭高、托換位置深（地下2層）、使用環(huán)境復(fù)雜（中間穿越地鐵，振動影響）等特點(diǎn)，目前國內(nèi)外尚無類似大軸力托換施工經(jīng)驗（國外日本類似托換最大軸力8750kN，國內(nèi)5900kN）可借鑒。

　　深圳地鐵一期工程線路由于受走向及最小半徑（Rmin=300m）等條件限制，必須從百貨廣場大廈裙樓下穿越。由此產(chǎn)生樁基礎(chǔ)托換問題。百貨廣場主樓22層，裙樓9層，地下室3層，為框梁剪力墻結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)為獨(dú)立樁基端承樁。樁端持力層（強(qiáng)風(fēng)化層）承載力標(biāo)準(zhǔn)值2700kPa，樁身直徑最大2000mm的人工挖孔樁（C25），根據(jù)樓層估算托換樁最大設(shè)計軸力約18900kN.區(qū)間隧道通過百貨廣場、深南東路、華中酒店，由于暗挖隧道位置及其上部建筑物的影響，部分樁在隧道內(nèi)或緊靠隧道，須托換百貨廣場9層裙樓樁6根（樁徑2000mm，樁基持力層均在隧道結(jié)構(gòu)面以下基巖），最大軸力18000kN。根據(jù)百貨廣場的結(jié)構(gòu)、基礎(chǔ)形式及操作空間，百貨廣場樁基托換采用梁式托換結(jié)構(gòu)柱的形式，托換新樁采用人工挖孔樁，整個托換工程在地下3層室內(nèi)進(jìn)行。

　　根據(jù)高層結(jié)構(gòu)變形要求，裙樓樁基采用主動托換。托換時，在托換梁和新樁之間設(shè)置加載千斤頂，利用千斤頂加載，使上部結(jié)構(gòu)有微量頂升位移，同時使新樁的大部分沉降位移在頂升時預(yù)壓完成，從而通過主動加載實(shí)現(xiàn)作用在原結(jié)構(gòu)樁上的荷載經(jīng)托換大梁轉(zhuǎn)移至新樁上，且原樁（柱）頂升值和新樁沉降也得到有效控制。截樁在開鑿人工孔至托換梁底下后逐步進(jìn)行。截樁后隧道暗挖、襯砌變形穩(wěn)定后（期間千斤頂裝置及時調(diào)整），托換梁與新樁連接形成永久結(jié)構(gòu)，托換完成。樁基托換及隧道施工全過程都實(shí)行嚴(yán)格的全過程監(jiān)控、量測，確保了結(jié)構(gòu)安全。