(Geo-Research Institute，日本 大阪 550-0012)

0 引言

在亞洲的一些大城市，如東京、大阪、上海和新加坡等的軟土地層中修建地鐵、地下通道、地下購物中心及供水、排污系統(tǒng)，埋深超過30 m的越來越普遍。為了滿足深部地下空間開發(fā)的需要，一些諸如地下連續(xù)墻、土體改良、地下水處理及各種盾構(gòu)隧道施工新技術(shù)被開發(fā)并已經(jīng)應(yīng)用到地下工程施工中。

然而，由于缺乏深埋復(fù)雜地層中的隧道施工經(jīng)驗，坍塌等突發(fā)事故時常發(fā)生。因此，很有必要介紹地下工程施工新技術(shù)，如現(xiàn)場勘察、監(jiān)測、隧道開挖、土體改良和地下水處理等。

地層層析成像是一項新開發(fā)的現(xiàn)場勘察技術(shù)，可提供連續(xù)、詳細(xì)的現(xiàn)場勘察報告。在有密集地下建筑物的市區(qū)，障礙物探測新技術(shù)及施工中或施工后的監(jiān)測技術(shù)都很必要。最近，光纖、無線監(jiān)測系統(tǒng)如微電機系統(tǒng)(Micro Electro Mechanical Systems，MEMS)已開發(fā)并投入應(yīng)用。電測量技術(shù)，如電化反應(yīng)系統(tǒng)或電通量示蹤系統(tǒng)(ECR/EFT，Electrochemical Response System/Electrical Flux Tracer System)，不失為探測可能引起事故的滲漏水區(qū)域的一種有效方式［1］。

根據(jù)城市不同的用途和不同的施工環(huán)境，開發(fā)了新的隧道掘進技術(shù)。多圓盾構(gòu)、水平/垂直雙向盾構(gòu)(H＆V Shield)、偏心盾構(gòu)(DPLEX Shield)等都是近幾十年研發(fā)的有代表性的隧道掘進機。除此之外，也開發(fā)了如急速下穿法(URUP，Ultra Rapid Under Pass method)、頂管法等新的下穿施工法。對于大斷面隧道，可采用Harmonica法，該法是用小矩形斷面的幾個組合盾構(gòu)進行開挖。擠壓混凝土襯砌法(ECL，Extruded Concrete Lining)是一種新的襯砌技術(shù)，代在現(xiàn)場施做，可替常用的預(yù)制管片。

在基坑施工中，為防止連續(xù)墻接縫發(fā)生滲漏，開發(fā)了配備有姿態(tài)控制系統(tǒng)的鋼筋混凝土連續(xù)墻液壓挖掘機。作為新型的土體混合攪拌墻施工法，也開發(fā)了安裝有電鋸的切槽攪拌深墻法(TRD，Trench Cutting＆Re-mixing Deep Wall method)［2］。此外，為土體改良開發(fā)的先行地中梁法(Cross Wall Beam method)在軟黏土地層中也能有效地控制地下連續(xù)墻開挖中的變形。

在卵石地層開挖或障礙物移除施工中，開發(fā)了大型旋轉(zhuǎn)套管鉆機。氣壓沉相法采用遙控系統(tǒng)，能實現(xiàn)現(xiàn)場的無人化施工，能實現(xiàn)在深處高水壓環(huán)境中的安全工作。

土體改良方法，如注漿法、水泥深層攪拌法和旋噴法等的技術(shù)改進也很顯著。用高壓注漿泵旋噴法可在地層中形成高強度大直徑(直徑超過4 m)的旋噴樁。另外，通過地鐵旋噴系統(tǒng)(MJS，Metro Jet System)［3］，可施做水平旋噴樁。

近些年，開發(fā)了一種新型的生物技術(shù)土體改良法(“生物灌漿”法［4］和“生物封閉”法［5］)?！吧锕酀{”法能改善土體的硬度和強度，“生物封閉”法能通過促進一些菌類的增殖來封堵地下水的滲流途徑。超級井點降水法結(jié)合了真空井點降水法和深井降水法的優(yōu)點，作為一種地下深層降水法已投入應(yīng)用［6］。

1 現(xiàn)場勘察和監(jiān)測

1．1 現(xiàn)場勘察

在地下工程施工中，為保證經(jīng)濟和安全，準(zhǔn)確的地質(zhì)信息十分重要。設(shè)計和施工必要的信息，如土的性質(zhì)和地下水情況，通常都是通過鉆探獲得的，但鉆探只能得到一些孤立的點的信息。在繪制地質(zhì)剖面圖時，這些鉆之間的局部異常(如因斷層或溶洞引起的重要變化)很可能被忽略。此外，由于大型地面和地下建筑物的存在(如地下坑道及地鐵)，使得探測這些結(jié)構(gòu)物下的地質(zhì)情況非常困難。

為解決這些問題，研發(fā)了一些現(xiàn)場勘察技術(shù)，如:1)利用地震波、電磁波、聲波等的地球物理勘探和層析成像技術(shù);2)利用地震波從隧道掌子面或豎井進行堪探;3)從地表進行的控向鉆孔勘察和從豎井進行的水平鉆孔勘察;4)基于TBM掘進施工或鉆孔數(shù)據(jù)的“邊鉆邊探”(MWD，Measuremeat While Drilling);5)地下水滲漏檢測技術(shù)，如電化反應(yīng)系統(tǒng)或電通量示蹤系統(tǒng)(ECR/EFT)。

1)地層層析成像技術(shù)是通過雷達波、表面波、電磁波、地震波和聲波進行勘察，適用于深部和復(fù)雜地層的地質(zhì)勘察?？组g地球?qū)游龀上窦夹g(shù)類似于醫(yī)學(xué)中CT掃描，是一種連續(xù)的橫斷面勘察方法。兩個鉆孔分別用來設(shè)置振源和多頻道接收器。通過探測抗抵和速率的分布，可以得到兩孔之間的地層情況的二維的要視化分布。

聲波層析成像技術(shù)［7］通過用頻率超過1 kHz的高頻聲波，探測P波速率的分布和振幅的衰減率，以反映地層性質(zhì)。根據(jù)觀測數(shù)據(jù)，可計算速率和衰減，進而顯示地層信息。圖1為應(yīng)用該技術(shù)的成果之一。

圖1 聲波速度層析成像Fig．1 A velocity imaging of acoustic wave tompgraphy

2)水平振動勘探技術(shù)［8］(HSP，Horizontal Seismic Profiling)是隧道施工中有效的勘察方法之一。振動波從隧道掌子面發(fā)出，并記錄反射情況。通過分析，可以判斷掌子面前方的斷層位置。

3)控向鉆孔技術(shù)可以控制鉆進方向，能有效地用在一些工作空間受限的探測點。若有必要，鉆進方向可以被調(diào)整至水平位置［9］。

4)旋轉(zhuǎn)觸探法和旋轉(zhuǎn)沖擊鉆探法［9］是典型的“邊鉆邊探”(MWD)技術(shù)。鉆進中，監(jiān)測并記錄鉆機的各項數(shù)據(jù)(如轉(zhuǎn)矩、推力、速度、轉(zhuǎn)數(shù)等)，通過這些數(shù)據(jù)，評價地層性質(zhì)。同樣的，盾構(gòu)隧道掘進數(shù)據(jù)能通過反分析來評估地層性質(zhì)。

5)在高水壓的軟土地層中進行地下工程施工時，地下水滲漏探測是一項非常重要的技術(shù)。電化反應(yīng)系統(tǒng)或電通量示蹤系統(tǒng)［1］是探測滲漏的一種有效技術(shù)。多種離子溶解在地下水中，產(chǎn)生了可測量的電場。利用這個特征，電化反應(yīng)系統(tǒng)能通過測量電位來識別滲漏并判斷其位置。探測特別小的或只是潛在的滲漏，可通過使用人工電子示蹤器結(jié)合電化反應(yīng)系統(tǒng)，使離子流通過密封結(jié)構(gòu)而被增強(如圖2所示)。電化反應(yīng)系統(tǒng)或電通量示蹤系統(tǒng)能快速準(zhǔn)確地探測到潛在的線性或區(qū)域性滲漏，以便進行深埋復(fù)雜地下結(jié)構(gòu)(如地鐵)的水平和垂直密封質(zhì)量控制，既使是在開挖前也可以。

圖2 電化反應(yīng)系統(tǒng)或電通量示蹤系統(tǒng)(ECR/EFT)滲漏探測圖Fig．2 Scheme of leaks detection by Electrochemical Response System/Electrical Flux Tracer System(ECR/EFT)

1．2 監(jiān)測［10］

近年來，隨著開挖深度的增大以及已存在的地下建筑物的密集，在市區(qū)開發(fā)地下空間變得越來越難。為了實現(xiàn)控制成本的同時保證安全、結(jié)構(gòu)質(zhì)量和周圍環(huán)境，現(xiàn)場監(jiān)測和反饋系統(tǒng)在設(shè)計和施工中扮演了重要角色。在地下工程施工中，主要監(jiān)測項目包括施工引起的地表變形、附加荷載和壓力、地下水壓力、結(jié)構(gòu)的位移、噪音、振動和地下水位的變化。地下工程施工監(jiān)測還要求有以下特性:監(jiān)測設(shè)備耐久、防水且監(jiān)測范圍大，能實現(xiàn)無線監(jiān)測、實時監(jiān)測并配備反饋系統(tǒng)。根據(jù)以上要求，近年來開發(fā)了以下新的監(jiān)測技術(shù):1)微型無線技術(shù)(微電機系統(tǒng)(MEMS)、無線通信);2)光纖傳感器(B-OTDR，F(xiàn)BG等);3)專用監(jiān)測設(shè)備，如土壓計和位移計;4)現(xiàn)場可視化安全管理系統(tǒng)。

1)微電機系統(tǒng)(MEMS)是由尺寸從微米到毫米的電機零件組成的微型裝置，它是把計算、通訊功能和傳感制動功能相結(jié)合形成的尺寸很小的系統(tǒng)。與較大型設(shè)備相比，微電機系統(tǒng)傳感器的主要優(yōu)點是:尺寸小、能耗低、靈敏度高、可批量生產(chǎn)、成本低、危害小。微電機系統(tǒng)傳感器已應(yīng)用在土木工程中，可測量加速度、傾斜度、溫度和壓力等。

2)近來，光纖傳感器(B-OTDR)在土木工程中的應(yīng)用越來越普遍。當(dāng)入射線通過光纖，反射線會在相反的方向出現(xiàn)，這叫做反向散射現(xiàn)象。通過測量反向散射線的特性，可以獲得沿著光纖的應(yīng)變、溫度及其他信息。同其他測量傳感器相比，光纖傳感器具有耐久、抗噪且能長距離傳輸?shù)葍?yōu)點。

3)為了準(zhǔn)確測量作用于盾構(gòu)隧道管片上的土壓力，一種可安裝到管片上的大而薄的液壓平板式土壓計［13］應(yīng)運而生。

全方位內(nèi)空位移計［12］用來測量隧道內(nèi)部橫斷面的位移。測斜儀、位移計由連接桿連接，呈多邊形方式安裝在隧道內(nèi)部。

4)現(xiàn)場安全管理可視化系統(tǒng)［13］是一種工作人員可以根據(jù)由于壓力和變形引起的設(shè)備發(fā)生的光的顏色的變化很容易地確認(rèn)現(xiàn)場的安全等級的系統(tǒng)。是為監(jiān)測基礎(chǔ)設(shè)施施工而開發(fā)的新型變形傳感器。這種傳感器是由變形探測部分和數(shù)據(jù)可視化部分組成。探測部分與普通的傳感器相似，可測量應(yīng)變、變形等;數(shù)據(jù)可視化部分由一個特別設(shè)計的轉(zhuǎn)換器組成，能把測量的位移轉(zhuǎn)化成相應(yīng)的LED燈的顏色。

2 隧道與地下工程施工

最近，對盾構(gòu)掘進技術(shù)開發(fā)的要求是:長距離、快速、深埋、大斷面、多圓盾構(gòu)、非圓盾構(gòu)、隧道結(jié)構(gòu)的高耐久性及高投資效益。根據(jù)這些要求，開發(fā)并應(yīng)用了一些新技術(shù)，如盾構(gòu)刀具、密封、回填注漿、掘進控制系統(tǒng)和隧道襯砌管片連接系統(tǒng)。除此之外，為了滿足地下空間的各種具體要求，開發(fā)并應(yīng)用了各種斷面形狀的掘進機，如矩形、馬蹄形、橢圓形和多圓形。同時，在交通條件和周圍環(huán)境有限的情況下，為了完成下穿建筑物施工，開發(fā)了一些特殊的施工方法和頂推法。Harmonica法、急速下穿法(URUP)等，減小了超大斷面地下工程施工對周邊環(huán)境的影響，這些都是典型的地下通道施工方法。也有非傳統(tǒng)的施工方法，如常用于淺埋地下通道施工的頂管法。

2．1 盾構(gòu)隧道

多圓盾構(gòu)主要應(yīng)用于地鐵車站及臨圓形近其他建(構(gòu))筑物的隧道施工中。這種盾構(gòu)由多個盾構(gòu)組合而成。與傳統(tǒng)的小凈距隧道相比，雙圓或三圓盾構(gòu)，圓形工作面部分重疊，能提供更多有效的可用空間。已有部分地鐵車站是用多圓盾構(gòu)施工的。圖3是1995年在大阪地鐵車站施工的三圓盾構(gòu)［14］。這是多圓盾構(gòu)在日本的首例成功應(yīng)用。此后，三圓盾構(gòu)和四圓盾構(gòu)都成功地應(yīng)用東京地下車站的施工中。

圖3 大阪7號線商業(yè)園站使用的三圓盾構(gòu)Fig．3 TBM with 3 faces used the construction of Osaka Business Park station in line-7

實際應(yīng)用的非圓盾構(gòu)根據(jù)刀盤面板形狀的不同分為矩形、橢圓形和馬蹄形3種類型。在日本，已有超過15個矩形盾構(gòu)隧道，作為排水溝、地下通道、地鐵等。由于現(xiàn)有結(jié)構(gòu)對豎向定線的限制，東京地鐵13號線的區(qū)間隧道采用橢圓形盾構(gòu)施工。在東京地鐵東西線延伸工程中，使用了大斷面矩形盾構(gòu)(見圖4)。由于使用斷面面積為60 m2的矩形盾構(gòu)，出土量減少了20%。此外，進行了在新名神高速公路采用約190 m2的馬蹄形大斷面盾構(gòu)(最大寬度為19 m)的可行性研究［15］。馬蹄形斷面的開挖，建議采用偏心多軸開挖法(DPLEX，Developing Parallel Link Excavation)。與多軸相連的刀架通過同向轉(zhuǎn)動曲軸實現(xiàn)平行連動。

圖4 東京使用的矩形斷面盾構(gòu)Fig．4 TBM with rectangular face used in Kyoto

急速下穿法(URUP)［16］通常用于沒有始發(fā)井和到達井的暗挖地下道路、下穿鐵路的地下通道、公路及其他公共設(shè)施的施工中。這種方法有專門的土壓平衡系統(tǒng)，能夠直接從地面掘進到地下再回到地面。圖5顯示了急速下穿法的施工過程。

圖5 急速下穿法施工過程Fig．5 Procedure of construction by Ultra Rapid Under Pass method

水平和豎直雙向盾構(gòu)(H＆V Shield)［17］在掘進過程中可以分離成兩個獨立的盾構(gòu)，分別掘出螺旋形線路(見圖6)。雙向盾構(gòu)的原理是用可拆分的連接機構(gòu)把2臺能獨立控制的圓形盾構(gòu)連在一起。這種盾構(gòu)的始發(fā)與普通盾構(gòu)一樣，當(dāng)需要分離時，可在機器內(nèi)部把連接栓拆開。通過使用十字鉸接千斤頂，控制機器的轉(zhuǎn)動，從而進行盤旋上升掘進。

圖6 水平和豎直雙向盾構(gòu)機和上-下式盾構(gòu)機Fig．6 Horizontal and Vertical shield and up-down shield

開發(fā)的多向盾構(gòu)掘進技術(shù)［18］，可以只用一臺盾構(gòu)就能實現(xiàn)任意掘進方向的改變，如從垂直到水平、水平到水平和水平到垂直，可不用在轉(zhuǎn)彎處設(shè)置豎井通道。一臺盾構(gòu)機就可以從地面先以垂直方向開挖豎井，然后進入平導(dǎo)(如圖7)。采用這種方法，能夠起到常規(guī)豎井開挖方法所要求的沉箱或地下連續(xù)墻的作用，施工更容易，工期更短，成本更低。此法對擁擠的交叉處或地下建筑物以下的地下空間(這些地方通常無法設(shè)置豎井來轉(zhuǎn)動盾構(gòu))利用很有效。

擠壓混凝土襯砌法(ECL)［18］適用于高質(zhì)量的混凝土襯砌的施工，在盾尾使用現(xiàn)澆混凝土，而不是預(yù)制管片(如圖8)。在盾構(gòu)掘進的同時，由與水土壓平衡的壓力將流動混凝土擠壓到盾尾。此法最大的優(yōu)點是可以使襯砌與地層緊密相連，并使地層沉降或地層松馳程度降到最低。擠壓混凝土保證了盾尾的水密性?；炷烈r砌和內(nèi)部機構(gòu)之間的摩擦力提供了盾構(gòu)千斤頂?shù)耐屏Α?/p>

2．2 頂管法［19］

頂管法(如SFT法(Simple and Face-Less Method of Construction of tunnel)、Harmonica法等)是一種地下通道施工的有效方法(如圖9所示)。SFT法，是在箱型頂?shù)谋Ｗo下，將箱涵(管)從始發(fā)井推至到達井。箱型頂由多個小的箱型管組成。將鋼減摩擦板置于箱型頂表面，一同推入地層;之后將減摩擦板與箱型頂分離，并在頂管開始前安裝固定，以使頂管阻力最低。此外，管路在密封有渣土的箱型頂尾部一同推進，從而避免了隧道掌子面的開挖工作。SFT法的應(yīng)用提高了淺埋地下通道施工的安全性。

Harmonica隧道掘進技術(shù)［20］采用微型矩形土壓平衡盾構(gòu)，并按照設(shè)計的線路進行開挖工作，最后由相鄰的小型箱型隧道(如圖10所示)連接成整個大的箱型隧道。這種施工方法的理念是將隧道斷面分成若干個相似的小斷面，并用盾構(gòu)逐個開挖。采用這種方法可以用于最長400 m的隧道開挖，直道彎道均可。

2．3 明挖法

在明挖法施工中，地下連續(xù)墻對保證其安全和質(zhì)量非常重要。為了減少地下連續(xù)墻接合處的滲漏，日本已經(jīng)研究出一些應(yīng)對措施，如切槽攪拌深墻法(TRD)、姿態(tài)自控土體攪拌墻法(地質(zhì)鉆探控制法(GST，Geo-drilling Survey-control Technology method)等)以及最新型的姿態(tài)控制液壓RC地下連續(xù)墻挖掘機。

切槽攪拌深墻法(TRD)［2］是地下連續(xù)墻施工中最具有創(chuàng)新性的施工方法。其采用的設(shè)備配備有鏈鋸形的刀具，可以穿透地層(如圖11所示)。沿墻軸線方向移動設(shè)備切割地層，形成凹槽。開挖出來的渣土和水泥漿從刀具底部注入，并在槽中混合，最終為地層提供臨時支護。在渣土水泥漿混合物硬化前，將H型鋼依次插入槽內(nèi)，完成地下連續(xù)墻的施工。

圖11 切槽攪拌深墻法使用的機械Fig．11 TRD method machine

地質(zhì)鉆探控制法(GST)［21］可以用裝在推進螺旋軸上的測斜儀實時測量鉆孔的傾斜度。可以通過電腦控制系統(tǒng)來調(diào)整鉆進姿態(tài)，使推進螺旋軸的傾角和位移保持在適當(dāng)?shù)姆秶鷥?nèi)。圖12是采用傳統(tǒng)方法和地質(zhì)鉆探控制技術(shù)打樁的對比。

圖12 地質(zhì)鉆探控制法垂直控制系統(tǒng)Fig．12 Verticality control system of Geo-drilling Survey-control Technology method

2．4 其他施工方法

1)沉井法。遙控氣壓沉井法(Remote Controlled Pneumatic Caisson method)［22］最初是在 20 世紀(jì) 90 年代應(yīng)用于日本。由于裝有攝像頭的無人遙控挖掘機能在高氣壓環(huán)境下工作，因而在高孔隙水壓力的深層地下空間開挖作業(yè)也具有同樣的安全性。圖13是遙控氣壓沉井法示意圖。

2)全套管旋挖機。其裝有切割鉆頭，在套管切刀的前端有堅硬的薄片(如圖14所示)。這種挖掘機具有超強的扭轉(zhuǎn)力，可以通過撞擊、切割前方遇到的諸如鋼筋混凝土、孤石等障礙物，用沖擊式抓斗將切割下來的渣土運送出去，同時將套管旋轉(zhuǎn)壓入地層。

3 土體改良與地下水處理

3．1 土體改良

根據(jù)土體改良機制，地下工程土體改良法可以分為:1)旋噴樁法(Jap，Jet Grouting Pile，包括旋噴柱法(CJG，Column Jet-Grout method)、超級旋噴法(Supper Jet)、地鐵旋噴系統(tǒng)(MJS)、擺動旋噴法(PJG，Pendulous Jet Grout)、交叉旋噴法(Gross Jet)和粉噴法(DJM，Dry-Jet-Mixing)等);2)深層水泥攪拌法(CDM，Cement deep mixing，包括土體攪拌墻(SMW)、CDM和SDM(Supper Deep Mixing)等);3)灌漿(化學(xué)灌漿、滲透灌漿和水泥灌漿等);4)生物改良法(生物密封、生物灌漿)。

1)旋噴樁法［23］(JGP)是利用高壓將水泥漿噴入地層從而形成水泥柱。由于旋噴樁法在堅硬密實的地層會形成大小不一、直徑約1 m的水泥柱，有可能并不能滿足穩(wěn)定與防水要求(如在始發(fā)井、接收井和隧道掌子面等處)。于是開發(fā)了高達40 MPa壓力的新型旋噴樁法，包括旋噴柱法(CJG)、超級旋噴法(Supper Jet)、地鐵旋噴系統(tǒng)(MJS)、擺動旋噴法(PJG)、交叉旋噴法(Gross Jet)和粉噴法(DJM)等。

旋噴柱法(CJG)［24］使用高壓水槍、壓縮空氣和穩(wěn)定劑施工形成直徑在1．0～2．0 m的圓柱體。從三重管前端的控制器噴出壓縮空氣和高壓水切割地層。同時從旋轉(zhuǎn)上升的三重管桿的底部注入穩(wěn)定劑。旋噴柱法適用于很難用普通的旋噴樁法改良的深度在25 m以上的地層或礫石層。

超級旋噴法(Supper Jet)［25］采用噴射壓縮空氣和穩(wěn)定劑加固地層，大量高壓泥漿從噴射槍頂部噴出。這種方法可以形成大直徑的旋噴柱，同時可以縮短工期并降低成本。5 m直徑的旋噴柱可滿足標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范要求。采用本法施工的水泥柱強度是普通旋噴法水泥柱的6倍，同時排泥量減少40%。

地鐵旋噴系統(tǒng)(MJS)繼承了普通高壓旋噴法的優(yōu)點，同時克服了普通高壓旋噴法的局限性，增加了測壓裝置和滲水管。該法最大的優(yōu)點在于其泥漿系統(tǒng)，可從水平到垂直方向全方位施工。

擺動旋噴法(PJG)［26］用六邊形噴筒控制噴射方向，根據(jù)土體改良的目的形成圓柱形或扇形旋噴樁。該法能縮短工期，并因為可縮小截面面積而節(jié)省了穩(wěn)定劑。圖15是擺動噴射法施工示意圖。

交叉旋噴法(Gross Jet)［27］通過采用交叉超高壓旋噴控制土體改良范圍，形成直徑2．5 m的均勻的旋噴樁，如圖16所示。交叉旋噴法可在任何地層施工直徑均勻的旋噴樁，這是傳統(tǒng)施工方法做不到的。

2)深層水泥攪拌法(CDM)［28］是將水泥漿與軟土在原位攪拌，以達到所需強度的土體改良法。這種方法能夠應(yīng)用于大面積及深達約30 m的地層，與其他方法相比，費用更低。為了控制地層變形，優(yōu)化后的水泥深層攪拌法，在攪拌軸上部安裝有螺旋葉片，可運走渣土。

超級深層攪拌法(SDM)［29］是一種由機械攪伴和高壓噴射組合而成的混合土體改良法(如圖16所示)，可生成大直徑攪拌樁。同時，由于用特有的螺旋鉆運走渣土，從而減小了地層位移。

3)滲透注漿法［30］通過采用雙管雙填充器來增加軟土地層土體強度，可長期保持改良效果的穩(wěn)定性。基于滲透原理，用低壓將漿液注入地層，漿液滲入地層間的空隙，從而最大限度地避免破壞土體結(jié)構(gòu)。在砂層中，改良土體的最大直徑可達4 m。

4)生物改良法是一種新型土體改良法，包括生物密封法和生物灌漿法等。生物密封法［5］通過改變土體滲透性，可簡單有效地防止圍護結(jié)構(gòu)滲漏水，可密封天然持水層(如泥炭層和黏土層)。與傳統(tǒng)滲漏封堵法相比，生物密封法無需在滲漏的具體位置上進行修補，根據(jù)流向滲漏位置的地下徑流方向即可定位需要修補的位置。生物密封法主要應(yīng)用于基坑、隧道、井、鹽滲流和大壩漏水。生物密封開始后，Nutrolase營養(yǎng)液被注入地層，并隨地下徑流送到滲漏點。Nutrolase營養(yǎng)液主要激發(fā)滲漏處土中微生物的活性(如圖17所示)。由于滲漏點的水流量最大，因而發(fā)生養(yǎng)分的持續(xù)置換，最終形成養(yǎng)分的高度聚集。這樣就會在滲漏點形成生物軟泥和礦物堆積，從而阻塞了土粒間的孔隙。

生物灌漿法［4］是一種用微生物學(xué)法使碳酸鈣結(jié)晶析出的新型土體改良法。該方法根據(jù)土體種類的不同，通過碳酸鈣或硅酸鹽的固結(jié)來增加土體強度，若是改良砂土地層，則采用微生物誘導(dǎo)析出方解石。整個過程需要將實驗室培養(yǎng)的土壤細(xì)菌與尿素和鈣的溶液一起，注入地層;這些細(xì)菌把尿素轉(zhuǎn)化為碳酸鹽，碳酸鹽又能和鈣反應(yīng)，形成方解石;方解石結(jié)晶析出在砂粒上，并把砂粒膠結(jié)在一起，從而增加了土體的強度和硬度;經(jīng)方解石沉淀固結(jié)后，砂土地層的強度可達0．25～0．3 MPa，且不會降低砂土的孔隙度。但要注意的是，在生物灌漿過程中，需要將殘留的氯化銨分離出來。圖18是生物灌漿的一系列實驗。

3．2 地下水處理與地下徑流保持

1)超級井點降水法(SWP，Supper Well Point)［6］。普通降水法，如井點降水法(強制降水法)、深井降水法(重力降水法)和真空深井降水法(重力降水法與強制降水法的結(jié)合)等，均有一定的缺陷。但是，新型的超級井點法(SWP)極大改進了真空深井法，并克服了其缺陷。通過一個特別設(shè)計的雙管過濾器，能保持井內(nèi)高度真空。超級井點法能排出超深位置的水。同普通深井法相比，超級井點法的排水能力提高了1．2～10倍。本法能使較大范圍內(nèi)的地下水位快速下降。

2)地下徑流保持［31］。當(dāng)擋土墻或線形地下建筑(如隧道)遇到含水層，地下水徑流會被阻斷，使上游地下水位上升，下游水位下降。這樣，上游的地下水會滲入地下建筑的基礎(chǔ)，使地下建筑物抬升。不僅如此，地下水位的上升使土體的抗液化能力降低。此外，下游地下水位的降低還會使水井干涸，地表下沉。因此，包括進水口、導(dǎo)水管和補給設(shè)施等在內(nèi)的地下徑流的保持措施都是必要的?，F(xiàn)在比較常見的方法是，在地下建筑中為地下徑流留出自由通道，以最大限度地減小對天然地下徑流的影響。

4 結(jié)論

本文介紹了市區(qū)地下工程施工的一些新技術(shù)，包括現(xiàn)場勘察與監(jiān)控技術(shù)、隧道及地下工程施工技術(shù)、土體改良技術(shù)、地下水處理技術(shù)與地下徑流保持技術(shù)。這些新技術(shù)利用了電子技術(shù)、現(xiàn)代電信號與控制技術(shù)、生物技術(shù)等，使地下工程具有更廣泛的用途和更高的安全性。這樣，就能更有效、經(jīng)濟、環(huán)保地開發(fā)地下空間。若這些技術(shù)得到有效利用，不僅能滿足大城市地下工程施工的要求，同時，通過技術(shù)共享，也能適用于發(fā)展中城市。

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