摘要：隨著我國國民經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展，大規(guī)模的交通、鐵道、地鐵和城市建設(shè)的飛速發(fā)展，地面的可用空間在不斷的減少和縮小，使得如何合理的開發(fā)與利用地下資源成為當(dāng)前研究的重點(diǎn)，更是社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展帶來的重要課程。本文就當(dāng)前地下工程的特殊開挖方法進(jìn)行探討。
關(guān)鍵詞：地下工程；開挖技術(shù)；凍結(jié)法
一、凍結(jié)法
凍結(jié)法是利用人工制冷技術(shù)，將待施工的地下工程周圍一定范圍內(nèi)的含稅不穩(wěn)定的巖層進(jìn)行凍結(jié)，使之姓曾封閉的凍結(jié)壁，隔絕地下水聯(lián)系，改變巖土的性質(zhì)，增加其強(qiáng)度和穩(wěn)定性，保證地下工程施工安全的一項(xiàng)特殊的施工方法。隨著當(dāng)前社會發(fā)展過程中，凍結(jié)法被廣泛的應(yīng)用在當(dāng)前特殊底層的鑿井，基坑合格擋土墻的加固技術(shù)，盾構(gòu)隧道盾進(jìn)出洞周圍的土地加固，地鐵。公路隧道聯(lián)絡(luò)通道及其泵站施工、兩端隧道地下對接是土體加固和特殊段工程事故的處理或者請修復(fù)等方面。
1、凍結(jié)法原理
凍結(jié)法是利用傳統(tǒng)的氨壓縮循環(huán)制冷技術(shù)來完成的，是為了形成凍結(jié)壁，首先在精通周圍由地面向地層鉆進(jìn)一圈凍結(jié)孔，孔內(nèi)安裝凍結(jié)器。凍結(jié)站制出的低溫鹽水在凍結(jié)期內(nèi)循環(huán)流動(dòng)，吸收周圍地層的熱量，形成凍土圓柱。凍土圓柱隨著時(shí)間的推移不斷的擴(kuò)大，形成了封閉的凍結(jié)壁，直至達(dá)到蛇酒的厚度和強(qiáng)度為止。通常把這個(gè)期間稱之為積極凍結(jié)期，而將掘進(jìn)是維護(hù)凍結(jié)壁厚度期間稱之為消極凍結(jié)期，吸收了底層熱量的鹽水，在鹽水箱內(nèi)將熱量傳遞給蒸發(fā)器中的液氨。是液氨變?yōu)轱柡偷恼羝�，再被研所急研所成水，傳遞給冷凝器冷卻。降低熱和壓縮機(jī)做工產(chǎn)生的熱量傳遞給冷卻水，最后這些熱量傳遞給大氣。
2、凍結(jié)法特點(diǎn)
作為開挖地下工程的臨時(shí)支護(hù)方法，凍結(jié)法施工具體有以下優(yōu)點(diǎn)：
1）凍結(jié)法施工的使用范圍很廣泛，人工凍結(jié)法可凍結(jié)含水量大于10%的任何不穩(wěn)定土層和含水巖層。凍結(jié)壁可進(jìn)入基巖不滲透水層，凍結(jié)法適用于復(fù)雜的地形條件，幾乎不受地基土的地質(zhì)條件限制。可以在施工的過程中形成任意深度，任意形狀的凍土比，可以成為某些工程中的唯一可用的輔助方法。
2）凍結(jié)法施工的隔水性能好，凍土比本身就是地下水控制系統(tǒng)，交圈以后凍結(jié)壁連續(xù)性好，強(qiáng)度高，因而隔水性能非常好。
3）凍結(jié)法施工的凍結(jié)壁強(qiáng)度高。土層在凍結(jié)前后強(qiáng)度相差非常大，且隨著溫度的降低，東土體的強(qiáng)度和剛度都會進(jìn)一步的增加，如淤泥質(zhì)的粘土通常的單軸抗壓強(qiáng)度只有0.12Mpa左右，凍結(jié)的過程中，其單周抗壓強(qiáng)度可達(dá)到5~10Kpa，強(qiáng)度提高明顯增強(qiáng)。
4）應(yīng)用凍結(jié)法對所處的底層頭東較小，地面沉降控制容易、
5）根據(jù)工程需要可靈活的布置凍結(jié)孔和調(diào)節(jié)冷凍液的溫度，隨時(shí)增加和控制凍土壁的厚度及其強(qiáng)度，特殊情況下還可以采用液氨進(jìn)行快凍結(jié)和應(yīng)急措施。
6）凍土層的連續(xù)性和均勻性好，凍土壁在施工的過程中其維護(hù)結(jié)構(gòu)厚度較為均勻，整體型號，無強(qiáng)度薄弱的缺陷。
7）對地層的污染程度小，由于凍結(jié)法知識通過降低溫度來提高原味土體的強(qiáng)度和剛度，不改變地層成分，因而對地層污染程度很小。
3、凍結(jié)技術(shù)的分類
1）豎向凍結(jié)技術(shù)
豎向凍結(jié)技術(shù)是施工的過程中豎向凍結(jié)孔，最終的凍結(jié)壁有多個(gè)垂直結(jié)構(gòu)柱交圈連接而成的一種凍結(jié)技術(shù)，其主要的形式有圓形墻，重力式擋土墻，底部固定式擋土墻和錨拉式直擋土墻。
由于凍結(jié)法造價(jià)比較高，在凍土施工的過程中，其施工面積一般被控制在150立方米以內(nèi)，所以在目前的地下室工程施工中，豎向凍結(jié)技術(shù)主要被應(yīng)用在地鐵和公路隧道盾構(gòu)施工的過程中，其在完成的過程中對隧道底部泵站周圍底層進(jìn)行加固，凍結(jié)壁的高度和高級抗?jié)B性是當(dāng)前使用的最主要的優(yōu)點(diǎn)模式。
2）水平凍結(jié)技術(shù)
水平凍結(jié)技術(shù)是當(dāng)前施工過程中利用水平向凍結(jié)孔，最終的凍結(jié)壁有多個(gè)水平凍結(jié)孔樁交圈的連接而成的一種凍結(jié)技術(shù)。其斷面形狀主要有圓形和城門洞型。
4、凍結(jié)法施工
凍結(jié)法施工方案選擇應(yīng)該結(jié)合當(dāng)前實(shí)際情況進(jìn)行分析，隧道在所穿過的巖層和土層的工程地質(zhì)與水文特點(diǎn)進(jìn)行分析，依據(jù)凍結(jié)的深度和冷凍設(shè)備的分析和控制手段進(jìn)行綜合的考慮，確定其在施工過程中的最佳技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果為出發(fā)點(diǎn)，選擇技術(shù)先進(jìn)，經(jīng)濟(jì)合理的凍結(jié)方案。
凍結(jié)站的主要設(shè)備有氨壓縮機(jī)，冷凝器、蒸發(fā)器。輔助設(shè)備有氨油分離器、儲氨器、集油器、調(diào)節(jié)閥、液氨分離器和除塵器。氨壓縮機(jī)是冷凍站施工過程中的主要設(shè)備，其在施工的過程中是吧飽和蒸發(fā)按壓縮為過熱蒸汽氨的主要設(shè)備，并達(dá)到冷凝壓力，從而形成氨的卡若循環(huán)。是試下補(bǔ)償功能的器械，冷凝器是用來冷卻氨，將氨有氣態(tài)變?yōu)橐簯B(tài)的裝置。蒸發(fā)器是熱交換系統(tǒng)中一個(gè)不可缺少的交換設(shè)備。
二、其他工程地下工程的特殊開挖方法
1、氣壓室法
氣壓室法是將整個(gè)開挖洞段密封起來，在進(jìn)出口段布置氣密式，由洞外進(jìn)入氣密式在進(jìn)入洞內(nèi)，序進(jìn)過兩層密封門，洞內(nèi)氣壓大于外壓或者大氣壓。用超壓來減少深入洞內(nèi)的誰，也用此壓力來干燒圍巖自穩(wěn)的情況。，當(dāng)然，氣壓迷失發(fā)需要額外的設(shè)備投資，而且施工的速度將降低，一般只是在不得已時(shí)采用。
2、分布開挖、分布支護(hù)法
在軟弱地層中開挖較大的洞室，目前常用的方法是先開挖一小部分，然后用噴錨支護(hù)做全斷面保護(hù)，在逐步的擴(kuò)挖，逐步支護(hù)。最常用的是雙側(cè)導(dǎo)坑法，即是挖好一個(gè)側(cè)導(dǎo)坑，支護(hù)好，再挖另外一個(gè)測到坑，也支護(hù)好，最后再挖掉中間遺留下來的土柱，并支護(hù)形成密封比結(jié)構(gòu)，開挖后再由在其中做鋼筋混凝土二次襯砌。
3、超前灌漿、超前錨桿法
在地下水很豐富的地方，如海底隧道，河底隧道炒菜用超前灌漿法。是在開挖前事先在掌子面上鉆孔深為20m~30m的深孔，進(jìn)行壓力固結(jié)灌漿，是將要開挖洞段的巖石縫盡量的固結(jié)起來，減少漏水，然后開挖。挖到灌漿深度一半時(shí)在座一圈深入深孔灌漿，如此不斷循環(huán)。是開挖工作始終在灌漿骨節(jié)國的巖層中進(jìn)行。
超前錨桿法也是常用的，在掌子面頂拱部向前上方打入4~5m長的錨桿，么高干后端出露較長，用噴射混凝土或者鋼拱架支護(hù)好，然后向前開挖1~2m支護(hù)好，再打下一輪錨桿，再往前挖，如此循環(huán)下去，使開挖始終在頂部錨桿的保護(hù)下進(jìn)行。
三、結(jié)束語
近年來，隨著地下空間應(yīng)用的不斷增加和應(yīng)用措施的不斷提高，在其應(yīng)用和發(fā)展的過程中施工手段和施工方式也在日益的提高和變化。隨著地下空間發(fā)展中，地下建筑的質(zhì)量要求和施工措施的不斷完善，對地下建筑施工的方法也在日益提高。使得對工程特殊開挖法的方法進(jìn)行探討成為當(dāng)前社會發(fā)展的重點(diǎn)。
關(guān)鍵詞：地下工程；開挖技術(shù)；凍結(jié)法
一、凍結(jié)法
凍結(jié)法是利用人工制冷技術(shù)，將待施工的地下工程周圍一定范圍內(nèi)的含稅不穩(wěn)定的巖層進(jìn)行凍結(jié)，使之姓曾封閉的凍結(jié)壁，隔絕地下水聯(lián)系，改變巖土的性質(zhì)，增加其強(qiáng)度和穩(wěn)定性，保證地下工程施工安全的一項(xiàng)特殊的施工方法。隨著當(dāng)前社會發(fā)展過程中，凍結(jié)法被廣泛的應(yīng)用在當(dāng)前特殊底層的鑿井，基坑合格擋土墻的加固技術(shù)，盾構(gòu)隧道盾進(jìn)出洞周圍的土地加固，地鐵。公路隧道聯(lián)絡(luò)通道及其泵站施工、兩端隧道地下對接是土體加固和特殊段工程事故的處理或者請修復(fù)等方面。
1、凍結(jié)法原理
凍結(jié)法是利用傳統(tǒng)的氨壓縮循環(huán)制冷技術(shù)來完成的，是為了形成凍結(jié)壁，首先在精通周圍由地面向地層鉆進(jìn)一圈凍結(jié)孔，孔內(nèi)安裝凍結(jié)器。凍結(jié)站制出的低溫鹽水在凍結(jié)期內(nèi)循環(huán)流動(dòng)，吸收周圍地層的熱量，形成凍土圓柱。凍土圓柱隨著時(shí)間的推移不斷的擴(kuò)大，形成了封閉的凍結(jié)壁，直至達(dá)到蛇酒的厚度和強(qiáng)度為止。通常把這個(gè)期間稱之為積極凍結(jié)期，而將掘進(jìn)是維護(hù)凍結(jié)壁厚度期間稱之為消極凍結(jié)期，吸收了底層熱量的鹽水，在鹽水箱內(nèi)將熱量傳遞給蒸發(fā)器中的液氨。是液氨變?yōu)轱柡偷恼羝�，再被研所急研所成水，傳遞給冷凝器冷卻。降低熱和壓縮機(jī)做工產(chǎn)生的熱量傳遞給冷卻水，最后這些熱量傳遞給大氣。
2、凍結(jié)法特點(diǎn)
作為開挖地下工程的臨時(shí)支護(hù)方法，凍結(jié)法施工具體有以下優(yōu)點(diǎn)：
1）凍結(jié)法施工的使用范圍很廣泛，人工凍結(jié)法可凍結(jié)含水量大于10%的任何不穩(wěn)定土層和含水巖層。凍結(jié)壁可進(jìn)入基巖不滲透水層，凍結(jié)法適用于復(fù)雜的地形條件，幾乎不受地基土的地質(zhì)條件限制。可以在施工的過程中形成任意深度，任意形狀的凍土比，可以成為某些工程中的唯一可用的輔助方法。
2）凍結(jié)法施工的隔水性能好，凍土比本身就是地下水控制系統(tǒng)，交圈以后凍結(jié)壁連續(xù)性好，強(qiáng)度高，因而隔水性能非常好。
3）凍結(jié)法施工的凍結(jié)壁強(qiáng)度高。土層在凍結(jié)前后強(qiáng)度相差非常大，且隨著溫度的降低，東土體的強(qiáng)度和剛度都會進(jìn)一步的增加，如淤泥質(zhì)的粘土通常的單軸抗壓強(qiáng)度只有0.12Mpa左右，凍結(jié)的過程中，其單周抗壓強(qiáng)度可達(dá)到5~10Kpa，強(qiáng)度提高明顯增強(qiáng)。
4）應(yīng)用凍結(jié)法對所處的底層頭東較小，地面沉降控制容易、
5）根據(jù)工程需要可靈活的布置凍結(jié)孔和調(diào)節(jié)冷凍液的溫度，隨時(shí)增加和控制凍土壁的厚度及其強(qiáng)度，特殊情況下還可以采用液氨進(jìn)行快凍結(jié)和應(yīng)急措施。
6）凍土層的連續(xù)性和均勻性好，凍土壁在施工的過程中其維護(hù)結(jié)構(gòu)厚度較為均勻，整體型號，無強(qiáng)度薄弱的缺陷。
7）對地層的污染程度小，由于凍結(jié)法知識通過降低溫度來提高原味土體的強(qiáng)度和剛度，不改變地層成分，因而對地層污染程度很小。
3、凍結(jié)技術(shù)的分類
1）豎向凍結(jié)技術(shù)
豎向凍結(jié)技術(shù)是施工的過程中豎向凍結(jié)孔，最終的凍結(jié)壁有多個(gè)垂直結(jié)構(gòu)柱交圈連接而成的一種凍結(jié)技術(shù)，其主要的形式有圓形墻，重力式擋土墻，底部固定式擋土墻和錨拉式直擋土墻。
由于凍結(jié)法造價(jià)比較高，在凍土施工的過程中，其施工面積一般被控制在150立方米以內(nèi)，所以在目前的地下室工程施工中，豎向凍結(jié)技術(shù)主要被應(yīng)用在地鐵和公路隧道盾構(gòu)施工的過程中，其在完成的過程中對隧道底部泵站周圍底層進(jìn)行加固，凍結(jié)壁的高度和高級抗?jié)B性是當(dāng)前使用的最主要的優(yōu)點(diǎn)模式。
2）水平凍結(jié)技術(shù)
水平凍結(jié)技術(shù)是當(dāng)前施工過程中利用水平向凍結(jié)孔，最終的凍結(jié)壁有多個(gè)水平凍結(jié)孔樁交圈的連接而成的一種凍結(jié)技術(shù)。其斷面形狀主要有圓形和城門洞型。
4、凍結(jié)法施工
凍結(jié)法施工方案選擇應(yīng)該結(jié)合當(dāng)前實(shí)際情況進(jìn)行分析，隧道在所穿過的巖層和土層的工程地質(zhì)與水文特點(diǎn)進(jìn)行分析，依據(jù)凍結(jié)的深度和冷凍設(shè)備的分析和控制手段進(jìn)行綜合的考慮，確定其在施工過程中的最佳技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果為出發(fā)點(diǎn)，選擇技術(shù)先進(jìn)，經(jīng)濟(jì)合理的凍結(jié)方案。
凍結(jié)站的主要設(shè)備有氨壓縮機(jī)，冷凝器、蒸發(fā)器。輔助設(shè)備有氨油分離器、儲氨器、集油器、調(diào)節(jié)閥、液氨分離器和除塵器。氨壓縮機(jī)是冷凍站施工過程中的主要設(shè)備，其在施工的過程中是吧飽和蒸發(fā)按壓縮為過熱蒸汽氨的主要設(shè)備，并達(dá)到冷凝壓力，從而形成氨的卡若循環(huán)。是試下補(bǔ)償功能的器械，冷凝器是用來冷卻氨，將氨有氣態(tài)變?yōu)橐簯B(tài)的裝置。蒸發(fā)器是熱交換系統(tǒng)中一個(gè)不可缺少的交換設(shè)備。
二、其他工程地下工程的特殊開挖方法
1、氣壓室法
氣壓室法是將整個(gè)開挖洞段密封起來，在進(jìn)出口段布置氣密式，由洞外進(jìn)入氣密式在進(jìn)入洞內(nèi)，序進(jìn)過兩層密封門，洞內(nèi)氣壓大于外壓或者大氣壓。用超壓來減少深入洞內(nèi)的誰，也用此壓力來干燒圍巖自穩(wěn)的情況。，當(dāng)然，氣壓迷失發(fā)需要額外的設(shè)備投資，而且施工的速度將降低，一般只是在不得已時(shí)采用。
2、分布開挖、分布支護(hù)法
在軟弱地層中開挖較大的洞室，目前常用的方法是先開挖一小部分，然后用噴錨支護(hù)做全斷面保護(hù)，在逐步的擴(kuò)挖，逐步支護(hù)。最常用的是雙側(cè)導(dǎo)坑法，即是挖好一個(gè)側(cè)導(dǎo)坑，支護(hù)好，再挖另外一個(gè)測到坑，也支護(hù)好，最后再挖掉中間遺留下來的土柱，并支護(hù)形成密封比結(jié)構(gòu)，開挖后再由在其中做鋼筋混凝土二次襯砌。
3、超前灌漿、超前錨桿法
在地下水很豐富的地方，如海底隧道，河底隧道炒菜用超前灌漿法。是在開挖前事先在掌子面上鉆孔深為20m~30m的深孔，進(jìn)行壓力固結(jié)灌漿，是將要開挖洞段的巖石縫盡量的固結(jié)起來，減少漏水，然后開挖。挖到灌漿深度一半時(shí)在座一圈深入深孔灌漿，如此不斷循環(huán)。是開挖工作始終在灌漿骨節(jié)國的巖層中進(jìn)行。
超前錨桿法也是常用的，在掌子面頂拱部向前上方打入4~5m長的錨桿，么高干后端出露較長，用噴射混凝土或者鋼拱架支護(hù)好，然后向前開挖1~2m支護(hù)好，再打下一輪錨桿，再往前挖，如此循環(huán)下去，使開挖始終在頂部錨桿的保護(hù)下進(jìn)行。
三、結(jié)束語
近年來，隨著地下空間應(yīng)用的不斷增加和應(yīng)用措施的不斷提高，在其應(yīng)用和發(fā)展的過程中施工手段和施工方式也在日益的提高和變化。隨著地下空間發(fā)展中，地下建筑的質(zhì)量要求和施工措施的不斷完善，對地下建筑施工的方法也在日益提高。使得對工程特殊開挖法的方法進(jìn)行探討成為當(dāng)前社會發(fā)展的重點(diǎn)。
