換乘通道凍結施工技術

丁少令，葉玉西

(1.天地科技建井研究院,北京 100013; 2.北京中煤礦山工程有限公司,北京 100013)

0 引言

由于具有加固土體強度高、封水效果佳、環境影響小等優勢,自1955年在開灤礦區首次使用以來,凍結法作為一種特殊施工方法,在我國的井筒建設中得到了廣泛應用[1-3]。自20世紀90年代未建井分院在國內開發水平凍結技術并成功應用于北京、上海和廣州等一線大城市的地鐵建設工程后,人工地層凍結技術就逐步進入到市政地下建設領域,并起到了越來越重要的作用[4-5],目前在數值分析及其應用、施工監測方面均取得了較大進步[6-9]。上海軌道交通15號線某換乘通道原破除地下室明挖后復建變更為冰凍法加固礦山法開挖。

1 工程概況

上海軌道交通15號線某換乘通道全長78 m,其中有部分線路要穿越某業園區地下室,穿越段工程結構為一矩形混凝土結構通道,下穿地下室段暗挖長度39.136 m。通道凈寬度8.300 m,凈高度3.600 m,結構層厚度700 mm。

換乘通道凍結加固暗挖段地層為②1黏土、③1淤泥質粉質黏土、④1淤泥質黏土中。根據地質資料,淤泥質黏土具高含水量、高壓縮性、高靈敏度、低強度,在鉆孔和開挖施工時易造成塌孔等不良現象,見表1,圖1。

表1 暗挖段穿過地層統計表

由工程概況可知本工程具有以下特點:

1)換乘通道穿越地下室凍結暗挖段距離長。該換乘通道穿越地下室凍結暗挖段穿越長度達到39.136 m,穿越距離長,鉆孔難度大,開挖構筑時間長,凍脹融沉控制難度大。

2)開挖斷面大。該換乘通道穿越地下室凍結暗挖段開挖寬度達10 300 mm,開挖高度為5 600 mm,開挖斷面大,因此要分臺階開挖,嚴格控制開挖時的凍結壁位移。

3)施工環境控制要求高。該換乘通道穿越地下室凍結暗挖段處于某園區B1號樓與C1號樓之間地下室下,地下室為園區車庫,車輛出入頻繁,故要嚴格控制地下室及地面變形,保證施工安全。

4)穿越段障礙多。暗挖段需要穿過5排φ850 mm的鉆孔灌注樁,同時,有10根樁開挖時要鑿除。

需要穿越原九號線桂林路車站出入口圍護結構鋼板樁,施工難度極大。

5)凍結工期長,凍脹控制難度大。由于穿越地下室段長度達到39.136 m,開挖構筑時間約5個月,再加上積極凍結時間約50 d,預計凍結時間達200 d,凍結體量大,故要采取穩妥的控制措施,控制凍結體量,保護地下車庫及車庫集水井的安全。地下車庫樁位置示意圖見圖2。

2 凍結設計情況

根據設計,取凍土帷幕的有效厚度為1.8 m,見圖3,圖4,凍結壁平均溫度-10 ℃,可以安全抵御各個方向土壓力作用。

凍結孔及其他施工孔布置:

1)凍結孔布置要求能達到凍土帷幕設計厚度。

2)沿換乘通道凍結暗挖段結構外側布置一圈凍結孔,地下室底板下不布設凍結孔。

3)由于開挖面較大,工作井側結構面中部設置一橫一縱兩排加強孔,將結構面劃分為幾個小矩形,方便分部分區開挖。

4)工作井側結構面內部設置12個卸壓孔,用φ108 mm×8 mm低碳無縫鋼管制作成花管形式,用于控制土層凍脹。在結構右側,為保護地庫集水井,設置溫控區域,設置4個測溫孔,2個加熱孔,5個泄壓孔。

凍結孔布置圖見圖5,圖6。主要凍結施工參數見表2。

表2 主要凍結施工參數一覽表

3 凍結施工情況

換乘通道工作井側鉆孔施工于2019年1月10日開始,至2019年5月6日結束,工作井側共鉆孔133個,其中凍結孔67個,加強孔17個,測溫孔18個,卸壓孔29個,溫控孔2個。5號口側共鉆孔123個,其中凍結孔118個,測溫孔5個。打壓試漏全部合格;凍結站及鹽水管路和集、配液圈于2019年5月30日全部安裝完成;5月31日轉入積極凍結,至2019年7月19日,凍結歷時49 d。

工作面鹽水干管去路于6月7日達到-18.6 ℃,6月14日達到-24 ℃,7月5日達到-28 ℃以下。7月9日鹽水干管去路-28.9 ℃,回路-27.6 ℃,去回路溫差為1.3 ℃,符合設計要求。由于凍結土體上部普天信息產業園地下室地庫隆起,7月10日將鹽水干管去路溫度升高至-25.5 ℃左右,鹽水干管回路溫度-24.8 ℃,去回路溫差為0.7 ℃,符合設計要求。鹽水溫度降溫曲線見圖7。施工中,為控制地層凍脹情況,及時對泄壓孔進行取土泄壓釋放凍脹力,有效地控制了地層變形,達到了良好效果。經檢測,凍結效果滿足設計要求后,及時進行了開挖施工,該工程安全快速地施工完畢。

在換乘通道開挖區域布置了12個卸壓孔分別為X1—X12,初始壓力均為0 MPa,至2019年6月22日卸壓孔壓力開始上漲。至2019年7月9日由于地下車庫底板隆起,進行卸壓,目前無帶壓泥水持續流出。滿足開挖要求,卸壓孔壓力統計表見表3。

表3 換乘通道凍結施工泄壓孔壓力統計表

卸壓孔與換乘通道凍結圈外圍無水力聯系,壓力增長是凍土帷幕交圈擠壓凍脹所致,說明凍土帷幕已交圈。

4 結語

上海軌道交通15號線某換乘通道穿越地下室段長度較長,且所處地層條件比較復雜,開挖區域緊貼普天地下室車庫底板,地層沉降控制要求高。本工程結合凍結及地下車庫監測,及時開啟泄壓孔釋放凍結凍脹力,確保了地層變形符合設計要求,保障了施工安全,同時本工程對相鄰地區及類似工程施工有一定的借鑒和參考意義。