青藏鐵路的開(kāi)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(guó)地下工程的施工帶來(lái)巨大的促進(jìn)作用。本文結(jié)合近年來(lái)我國(guó)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淼赖仁┕み^(guò)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(zhǎng)1100km多，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(wú)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(guò)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(guò)一個(gè)階段的熱交換過(guò)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(guò)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(見(jiàn)圖1)。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；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；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；④在護(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(見(jiàn)圖2)；⑤鉆孔采用旋挖鉆機(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(lái)的強(qiáng)度增長(zhǎng)慢的問(wèn)題。

圖1：作用于樁基礎(chǔ)的凍脹力

圖2：鉆孔灌注樁防凍脹示意圖

　　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(yíng)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(guò)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(guò)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(kāi)挖施工時(shí)增設(shè)遮陽(yáng)保溫棚，阻隔太陽(yáng)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(kāi)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(kāi)挖斷面外的凍土融化圈。隧道全長(zhǎng)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(yíng)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(guò)長(zhǎng)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(zhǎng)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(guò)程中充分把