總結了近年來我國壹批大型基礎設施建設項目，如青藏鐵路、深圳地鐵、上海越江隧道等地下工程。
青藏鐵路的修建和順利實施，為解決高原凍土地區地下工程建設提供了良好的試驗基礎。同時，城市地鐵工程的建設也對解決復雜城市地質環境下的地下工程建設提出了新的挑戰；然而，大型橋梁、越江隧道和海上設施的建設，使得水下地下工程建設面臨更高的技術要求。壹系列大型基礎設施的建設和竣工，極大地促進了地下工程建設的技術水平。及時總結和完善這些地下工程施工新技術和其他技術成果，將為今後的地下工程建設提供良好的技術支持和保障，對我國地下工程建設將起到極大的推動作用。本文結合近年來青藏鐵路、深圳地鐵、上海過江隧道等我國壹些大型基礎設施工程建設中地下工程施工的技術成果，對該項新技術進行介紹，為今後類似工程提供參考。
1凍土區地下工程施工新技術
青藏鐵路格爾木至拉薩段全長1100多公裏，穿越世界海拔最高、號稱世界屋脊、施工條件惡劣的青藏高原。也是世界上1次在高海拔凍土區修建鐵路，沒有成熟的施工經驗，技術含量高。
1.1多年凍土區鉆孔樁施工技術
關鍵技術是降低施工過程中產生的各種熱量，如鉆孔的摩擦熱、回填土的熱量、灌註樁混凝土的水化熱等。，以避免樁周地基土溫度場的突變，造成樁周地基土在壹定範圍內升溫融化。同時，由於多年凍土地區的季節性變化，地表的季節性融化層會隨著季節變化產生凍脹力，消除這些凍脹力也是鉆孔樁的壹個重點。
為了減少施工熱量對凍土區的影響，盡快形成新的熱平衡狀態，凍土區鉆孔灌註樁混凝土澆築後，必須經過壹個階段的熱量交換過程，才能進行承臺以上的施工。壹般熱交換時間為60天，60天後可認為樁基基本穩定。
樁基在使用過程中，由於凍土季節的變化，會產生凍脹力。根據凍脹力作用在建基面上的位置和方向，可分為三種:切向凍脹力、水平凍脹力和法向凍脹力(見圖1)。水平凍脹力相互抵消，凍脹對工程的主要破壞是切向力和法向力。在工程建設中，可采取以下措施防止樁基凍脹:①為避免樁基受到正常的凍脹力，將樁基埋入凍土自然上限以下壹定深度；(2)將鋼膨脹筒埋在凍土上限以下至少0.5m處，套管內徑比樁徑大10cm，並在套管外圍塗上殘油，以減少外表面的親水性，成樁後不用拆套管；③盡量使用高樁承臺，在凍脹嚴重的地區鉆擴底樁；④用混有殘油的粗粒土回填護筒外側和低樁承臺底部。上述措施可有效減小凍土對套管的切向凍脹力和擡升凍脹力(見圖2)；⑤采用旋挖鉆機幹鉆，保證鉆孔的正確孔位和垂直度；⑥采用低溫早強耐久混凝土，避免了混凝土低溫澆築導致的強度增長緩慢的問題。
1.2凍土隧道施工技術
高原多年凍土隧道建設可供借鑒的經驗較少，其核心是最大限度地減少溫升對凍土的影響，避免凍土融化、壓縮、沈降和凍脹力造成的施工災害和運營隱患。
凍土的抗壓強度很高，其極限抗壓強度甚至與混凝土相當。凍土融化後抗壓強度急劇下降，導致下壹個寒冷季節出現熱熔沈降和凍脹，往往導致工程建築物失穩，難以修復。
含水松散巖土體溫度降至0℃時，產生冰體，這是凍結狀態的主要標誌。水變成冰時，體積增加9%左右，使土壤凍脹。當土壤凍結時，不僅原來位置的水凍結成冰，而且在滲透力(吸力)的作用下，水將從未凍結區轉移到凍結前沿，在那裏凍結成冰，使土壤的凍脹更加強烈。
在凍結過程中，水變成冰的體積增大，引起水遷移、冰析出、凍脹和土骨架位移，從而改變土的結構。在融化過程中，必然伴隨著土顆粒的位移，填充了冰融化排出的空間，產生融化固結，從而引起局部地面的下移，即熱熔沈降(熱融沈降)。
為了避免隧道施工中的熱熔沈降，凍土隧道施工的關鍵技術是做好保溫措施。
隧道保溫施工技術主要包括:優化寒冷季節明洞和洞口施工，開挖時增設遮陽保溫棚，阻擋太陽輻射能量對凍土的影響。正洞采用弱爆破和光面爆破技術，減少凍土擾動和超挖，開挖後清除拱(墻)夾層內散落的冰塊，快速噴射混凝土封閉巖面；采用軌道運輸，減少隧道內廢氣汙染，減少通風次數和風量；在溫暖季節，采用夜間爆破通風、冷卻風機通風等措施，將隧道掌子面溫度控制在5℃以下，盡量減少洞室開挖段外的凍土融化圈。隧道全長鋪設“防水層、保溫板、防水層”，阻隔隧道建成後隧道內溫度變化對凍土的擾動，確保運營安全。
影響土體凍脹的主要因素是土的類型、含水量和凍結條件。低溫學家經過長期實驗證明，粗粒土的凍脹很小甚至沒有，而細粒土的凍脹壹般很大。當土的含水量較大時，凍脹現象嚴重。當土的含水量小於壹定值時，土的凍脹率為零。為防止凍脹對明洞及洞門工程結構的影響，開挖明洞及洞門邊坡凍脹影響範圍內的豐富凍土、飽和凍土及含土冰層，采用粗粒土填築，嚴格控制粗粒土含水量，填築後做好防排水設施。
工程實例:青藏鐵路霍峰凍土隧道全長65，438+0，338 m，是世界上最高的凍土隧道。多年凍土上限為1 ~ 1.8m，多年凍土層厚度為100 ~ 150m..所有的洞穴都位於凍土中。在施工過程中，充分掌握凍土的工程特性，采用註漿管棚、註漿錨桿、洞內光面爆破等開挖技術，綜合利用粗粒土代替明洞的覆蓋層，在全長、全斷面設置多重保溫層，以及保溫、溫控、供氧、混凝土噴射、信息監測等技術， 從而最大限度地縮短凍土解凍周期，重建新的凍土隧道熱平衡體系，滿足安全、優質、高效施工的要求。
此外，凍土地區的防溫措施還包括拋石通風路基施工技術、高溫細粒土路基鋪設保溫板施工技術、高溫細粒土熱棒路基施工技術等。這些措施可以大大減少地基承載力對凍土的影響。
2地鐵和越江隧道施工新技術
隨著我國城市化的快速發展，大城市的交通壓力日益增大，大規模的城市地鐵建設不可避免。長江沿線規劃的城市越江隧道越來越多。這類工程建設往往規模龐大，施工環境惡劣，施工工藝復雜。下面簡單介紹幾種新的施工技術。
2.1地鐵施工中的樁基托換技術
樁基托換工程在地鐵建設中不可避免。深圳地鐵百貨廣場大軸力樁基托換技術的研究，解決了大軸力樁基托換的主要關鍵技術問題，豐富了樁基托換工程的施工技術。
樁基托換是我國托換技術應用的壹種常見形式。樁基托換的核心技術在於新樁與舊樁之間的荷載轉換，要求轉換過程中托換結構和新樁的變形限制在上部結構允許的範圍內。鑒於上述變形控制，托換機構可分為主動托換和被動托換。主動托換主要是在舊樁切斷之前，對新樁和托換結構進行加載，以消除部分新樁和托換結構的變形，使托換後樁和結構的變形限制在允許範圍內。該技術應用於軸力大、結構變形要求嚴格的情況。被動托換是在拆除舊樁的過程中將荷載轉移到新樁上，托換後樁和結構的變形難以控制。該技術適用於噸位小、結構變形控制不嚴的情況。深圳地鐵國茂老街段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)、地質條件差、地下水頭高、托換位置深(地下2層)、使用環境復雜(中間穿越地鐵時振動影響)等特點。目前國內外還沒有類似的大軸力托換。
由於方向和最小半徑(Rmin=300m)的限制，深圳地鐵壹期線路必須從百貨廣場大廈裙樓下穿過。因此，樁基托換問題就產生了。百貨廣場主樓22層，裙樓9層，地下室3層。為框架梁剪力墻結構，基礎為端承樁獨立樁基礎。樁端持力層(強風化層)標準承載力2700kPa，樁身最大直徑2000 mm，根據樓層估算托換樁最大設計軸力約為18900kN。
區間隧道穿越百貨廣場、深南東路、華中大酒店。由於受開挖隧道及其上部結構位置的影響，部分樁在隧道內或靠近隧道，需對百貨廣場9樓6根裙房樁進行托換(樁徑2000mm，樁基持力層全部在隧道結構面以下的基巖中)，最大軸力為18000kN。
根據百貨廣場的結構、基礎形式和操作空間，百貨廣場樁基托換采用梁式托換構造柱形式，新增托換樁為人工挖孔樁。整個托換工程在地下三層進行。
根據高層結構的變形要求，裙房樁基采用主動托換。托換時，在托換梁和新樁之間設置加載千斤頂，利用千斤頂加載，使上部結構有少量的頂進位移，同時頂進時預加載新樁的大部分沈降位移，通過主動加載將作用在原結構樁上的荷載通過托換梁傳遞給新樁，原樁(柱)的頂部增值和新樁的沈降也得到了有效控制。人工挖孔至托換梁底後，逐步進行截樁。截樁後開挖隧道，襯砌變形穩定(期間及時調整千斤頂裝置)，托換梁與新樁連接形成永久結構，完成托換。樁基托換和隧道施工全過程嚴格監控量測，確保了結構安全。
通過嚴格的計算和施工操作，通過技術攻關，解決了樁基開挖與支護、托換與換梁、樁基截樁、軟弱地層中力的轉換等技術難題，確保了高層建築和商場、廣場等地下管線的安全和正常使用。
本工程樁基托換原理如圖3所示。
2.2越江隧道施工中的水平凍結法
地下隧道聯絡通道凍結法施工是壹種特殊的施工方法，利用人工制冷技術將地層中的水變成冰，將天然土變成凍土，增加其強度和穩定性，隔絕地下水與地下構築物的聯系，在凍結壁的保護下進行聯絡通道施工。
制冷技術由三個以氟利昂為制冷劑的循環系統完成。這三個循環系統是氟利昂循環系統、鹽水循環系統和冷卻水循環系統。三個制冷循環系統構成壹個熱泵，將低溫鹽水中的地熱能通過冷凍孔輸送到氟利昂循環系統，再通過氟利昂循環系統輸送到冷卻水循環系統，最後通過冷卻水循環系統輸送到大氣中。隨著低溫鹵水在地層中的不斷流動，地層中的水逐漸凍結，形成以凍結管為中心的凍土柱，不斷膨脹，最後相鄰的凍土柱連成整體，形成具有壹定厚度和強度的凍土墻或凍土帷幕。水平凍結加固原理如圖4所示。
實際施工中，水平鉆凍結孔，架設凍結管，以鹽水為傳熱介質進行凍結。壹般在施工現場設置冷凍設備，將未凍結的液體(壹般為鹽水)冷卻到-22 ~-32℃。其主要特點是:
(1)能有效隔絕地下水，含水量>:10%含水、松散、不穩定地層可用凍結法施工。
(2)凍土帷幕的形狀和強度可根據施工現場條件和地質條件靈活布置和調整。凍土強度可達4 ~ 10 MPa，可有效提高工作效率。
(3)凍結法對周圍環境無汙染，無異物進入土壤，噪音低。
(4)影響凍土強度的因素很多。凍土是壹種流變性質，其強度既與凍土成因有關，也與應力特性有關。影響凍土的主要因素有凍結溫度、土壤含水量、土壤顆粒組成、荷載作用時間和凍結速度。
凍結法施工的關鍵技術包括:
(1)確定凍結的主要技術指標，即根據實際工況確定主動凍結期和維持凍結期的鹽水溫度、凍土壁平均溫度和凍土強度。
(2)凍結孔布置與施工，即根據聯絡通道的平面尺寸和結構受力特點，進行凍結孔布置設計，並根據管片配筋圖對凍結孔的偏轉進行微調，孔徑向外偏轉角度控制在0.5 ~ 10範圍內。
(3)設計冷凍站，積極冷凍維護冷凍施工，計算冷凍能力，根據制冷量的需要選擇冷凍機組。
(4)聯絡通道開挖和施工的施工方法和順序。
(5)施工監控。
上海大連路過江隧道工程由東西兩條隧道組成，兩條隧道之間有壹條連接通道，兩條隧道均位於黃浦江底，相距約400m。聯絡通道(1)位於浦西西岸，東西線隧道中心間距35.705m，隧道高差3.565m，聯絡通道凈距約25.665m連接通道(2)位於浦東岸邊，東西線隧道中心距為27.575米，隧道高差為0.345米，連接通道凈距為17.175米..兩條聯絡通道所在地層為砂質粉土和粘質粉土，滲透系數大，承壓水頭高。為了保證通道的施工安全，采用了凍結法。工程實踐表明，聯絡通道凍結施工技術具有凍結速度快、凍土強度高、帷幕均勻性好、抗滲漏性能高、與隧道管片結合緊密、施工安全可靠等優點。能夠保證長距離、大深度、高承壓水條件下河底聯絡通道施工的安全性和可靠性。融沈是凍結法施工中不可避免的情況，可以通過及時在隧道和聯絡通道預留註漿孔來補償融沈，減少融沈。在幾條連接通道的建設中，其優越性和社會經濟價值得到了充分的展示。
2.3地鐵車站三拱兩柱結構暗挖中間洞施工技術。
隨著我國城市地鐵和快速軌道交通的發展，越來越多的大城市正在修建地鐵。由於地鐵經過的路段多為繁華商業區，部分路段受拆遷成本、交通占用、地下管線保護、古代文物保護、環境保護等影響。，而地鐵站的明挖(蓋挖)又受到限制，所以只能采用暗挖法進行施工，導致暗挖地鐵站的出現。
北京地鐵5號線磁器口站、天壇東門站、崇文門站采用三拱兩柱暗挖法綜合配套施工技術，保證了工程質量和安全，按期完成了施工任務，取得了良好的社會效益。該技術適用於地下停車場、地下商場、大跨度公路和鐵路隧道的建設，如大跨度雙層地下暗挖車站、圍巖自穩能力差的連拱隧道等。
車站施工中暗挖法的技術特點:
(1) CRD(橫隔板)工法完成了中隧道的開挖，形成了安全中隧道的初期支護體系。
(2)完成中洞底板、底梁、鋼管柱、中板、頂梁和中拱，形成穩定的中洞支護體系，承擔圍巖的主要荷載，為邊洞開挖提供安全條件。
(3)采用CRD法對稱完成側洞開挖。
(4)拆除臨時初期支護系統，完成側洞二次襯砌施工。
(5)系統改造過程中，合理確定節段長度，同時增設鋼支撐。
(6)充分發揮監控量測的作用，用信息指導施工。
地下暗挖車站隧道施工方法的技術原理:將地質不良的大跨度隧道分成三部分，每部分分成條塊，保證開挖時的安全。先在隧道初期形成臨時結構，在臨時結構中應用永久襯砌結構，形成中部穩定支撐，承擔圍巖主要荷載。然後，對稱開挖側洞部分的各個塊體，最終形成整體結構。系統改造過程中，根據監測情況增加鋼支撐。其工藝流程為:施工準備→超前管棚→註漿加固→中洞各部位開挖→鋪設防水層→中洞底板和底梁→立柱→中洞中板→頂梁和中拱→超前管棚→註漿加固→邊洞各部位開挖→拆除臨時隔墻→鋪設防水層→邊洞底板→邊墻和中板→邊拱→二次襯砌背後註漿。三拱兩柱地鐵車站采用暗挖法施工，如圖5所示。
磁器口站是北京地鐵5號線與規劃中的北京地鐵7號線的換乘站。車站長180米，寬21.87米，高14.933米。車站建築面積為12244.2m2，車站主體覆蓋深度為9.8 ~ 10.3m..車站為雙層島式結構，三拱兩柱。車站地下1層為站廳層，預留通道實現與7號線換乘，地下二層為站臺層。車站施工中采用了這種方法，保證了工程施工的安全和質量，取得了成功。
3水下基礎施工技術
3.1海上基礎工程施工
隨著基礎設施的建設，跨海大橋等海上工程越來越多，壹批規劃和在建的橋梁，如渤海灣跨海工程、長江口跨海工程、杭州灣跨海工程(在建)、珠江口伶仃洋跨海工程、瓊州海峽工程等，給海上基礎設施建設帶來了新的挑戰。大型跨海、跨河工程采用大直徑、長基樁是必然趨勢，結構鋼管樁、臨時鋼護筒和海上平臺臨時鋼管樁將得到廣泛應用。這些都對打樁機提出了新的要求。配備高樁架、強大的吊樁動力系統、高能打樁錘和先進的海上打樁GPS測量定位系統的打樁船，可以順利完成海上錘沈樁任務。
從廣義上講，海上沈樁系統包括打樁船、運樁船、起錨船、拖船和交通艇等船舶組合。從鋼管樁的沈樁過程來看，打樁船是鋼管樁的主體，主要由以下幾部分組成:船體系統(包括船體、錨固系統和動力系統)、樁架及其懸掛系統、錘沈系統(包括打樁錘和置換打樁)、海上沈樁GPS測量定位系統等。特別是GPS可以實現施工船舶遠離岸邊定位過程中數據的自動采集和處理，以圖形和數字的形式反映打樁的當前和設計位置，方便操作人員調整船舶位置進行施工打樁，同時可以自動生成打樁報告和回放數據，為海上打樁帶來便利。
海上沈樁定位通過“海上沈樁GPSRTK測量定位系統”實現，如圖6所示。
安裝在打樁船上的三個GPS接收機接收建立在陸地上的參考站和海中的參考站發射的固定頻率數據鏈，作為定位的參考數據。其工作原理:定位時，通過固定在打樁船上的GPS移動臺以RTK方式控制船體的位置、方向和姿態，同時用固定在船上的兩個免棱鏡測距儀確定某壹標高處的樁身相對於船體樁架的位置，從而計算出設計標高處的樁身實際位置，並顯示在系統的計算機屏幕上。通過與設計坐標的比較，移動船舶並進行校正，直到偏差符合要求。樁體的傾斜度由樁架控制。根據無棱鏡測距儀發射的紅色水平光束在樁身上畫出的刻度，系統計算出樁頂標高。具體定位前，將待定位樁的設計中心坐標、標高、平面扭轉角等參數輸入電腦。定位時，顯示屏上可顯示實時樁位數據和圖形，也可顯示設計沈樁位置和偏差。打樁船的指揮員可以根據顯示的相關信息指揮打樁船正確定位。
該技術適用於海洋、江河水下平臺的結構鋼管樁、臨時鋼護筒、臨時鋼管樁的沈放施工，具有以下明顯優勢:①可在海況惡劣的海域作業；(2)能適應超長大直徑鋼管樁的沈樁施工；③能滿足不同傾角和平面偏角的斜樁沈樁施工；④鋼管樁可以穿過不同的土層；⑤測量定位簡單快捷，精度符合要求；⑥工期短(直徑1.6m，長80m的單根鋼管樁整個施工過程僅需2.5h)。這在正在建設的杭州灣大橋工程中得到了實踐。
3.2無導向船雙壁鋼圍堰下沈施工技術
基礎施工中有兩個影響工程進度的薄弱環節，即鋼板樁圍堰鉆孔樁基礎和沈井下沈至基層基礎，沈井下沈至基層安裝在沈井頂部的防水圍堰普遍薄弱，圍堰內抽水工序的安排受施工水位限制；(2)沈井基礎嵌入巖層清除風化巖石非常費工費時，特別是在深水急流中，工程進度直接制約著整個基礎的安全渡洪。相比較而言，雙壁鋼圍堰鉆孔樁基礎采用雙壁鋼圍堰防水結構，吸收了上述兩種施工結構的優點。本質上是壹種圓形浮軸與防水圍堰相結合的建築結構，可以承受更大的向內或向外的水壓。壹般來說，基礎施工工序的安排不受外界季節性水位變化的影響。
雙壁鋼圍堰由內板墻和外板墻組成，內板墻和外板墻通過剛性支撐連接。由於兩板壁之間有空腔，底部由環形葉片腳封閉，具有自浮能力。當底段上浮時，可根據設備的提升能力，逐段擡高板墻，將配重註入空腔內，用吸泥機抽吸，促使其下沈，直至鋼圍堰下沈至設計位置，通過灌註水下封底混凝土保持穩定，然後按設計要求進行鉆孔樁施工。
采用無導向船的雙壁鋼圍堰下沈施工，由於取消了巨大的導向船和連接梁系統，錨碇系統承受的風力和水流力大大減小，從而簡化了錨碇設備的配置和施工，加快了施工進度，節約了鋼材和水設備。同時，雙壁鋼圍堰結構為浮式沈井，不僅便於浮到位，還能承受較大的水壓，還能克服下沈時底部翻砂的缺點。而且圍堰吸泥下沈到位時間短，施工安全。特別適用於通航條件高、施工區域狹窄、砂質粘土和卵石土層、無法設置導向船的水上施工工程。
該技術應用於四川龍南鐵路瀘州長江大橋水下基礎施工中，圓滿完成了深水基礎施工任務，確保了大橋的按期建成。對於類似的深水基礎施工，具有廣泛的推廣應用價值。
4結論
我國地大物博，幅員遼闊，自然地理環境不同，土質不同，地下工程地域性強，使得地下工程建設具有很大的差異性和復雜性。結合不同工程特點不斷創新是提高地下工程施工技術的基礎。本文介紹了近年來我國完成的幾項地下工程施工新技術，希望對地下工程施工有所啟發。在此基礎上，壹方面積極推動這些新技術的應用，更重要的是在應用的基礎上不斷創新，使我國地下工程建設不斷邁上新臺階。
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