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�？缃�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(yàn)基礎(chǔ)；同時(shí)，城市地鐵工程的建設(shè)也對(duì)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(shí)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(duì)推動(dòng)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(duì)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(yàn)，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(chǎng)急劇變化，引起樁周地基土一定范圍升溫和融化。同時(shí)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(gè)重點(diǎn)。

　　為減少施工熱量對(duì)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(gè)階段的熱交換過程后方可進(jìn)行承臺(tái)以上部分施工，一般熱交換的時(shí)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(duì)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；

　�、趯�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；

　　③盡量采用高樁承臺(tái)，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(tái)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(duì)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；

　　⑥采用低溫早強(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(yàn)較少，其核心在于盡量減少氣溫升高對(duì)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(gè)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(shí)，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(shí)，體積增加約9%，使土體發(fā)生凍脹。土凍結(jié)時(shí)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(dòng)，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(shí)增設(shè)遮陽保溫棚，阻隔太陽輻射能量對(duì)凍土的影響。正洞采用弱爆破及光面爆破技術(shù)減少對(duì)凍土的擾動(dòng)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(duì)凍土的擾動(dòng)，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(yàn)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(shí)，土的凍脹率為零。為防止凍脹對(duì)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(xiàng)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(duì)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(shì)成必然。對(duì)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(chǎng)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(duì)上述變形的控制，托換的機(jī)制可分為主動(dòng)和被動(dòng)托換。主動(dòng)托換主要是在舊樁截樁之前，對(duì)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(duì)變形要求嚴(yán)的情況。被動(dòng)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(duì)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(chǎng)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(dòng)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(yàn)（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(chǎng)大廈裙樓下穿越。由此產(chǎn)生樁基礎(chǔ)托換問題。百貨廣場(chǎng)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(jì)軸力約18900kN.區(qū)間隧道通過百貨廣場(chǎng)、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(chǎng)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(chǎng)的結(jié)構(gòu)、基礎(chǔ)形式及操作空間，百貨廣場(chǎng)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(gè)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(dòng)托換。托換時(shí)，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(shí)使新樁的大部分沉降位移在頂升時(shí)預(yù)壓完成，從而通過主動(dòng)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(shí)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(cè)，確保了結(jié)構(gòu)安全。