换乘通道冻结施工技术

丁少令，叶玉西

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

0 引言

由于具有加固土体强度高、封水效果佳、环境影响小等优势,自1955年在开滦矿区首次使用以来,冻结法作为一种特殊施工方法,在我国的井筒建设中得到了广泛应用[1-3]。自20世纪90年代未建井分院在国内开发水平冻结技术并成功应用于北京、上海和广州等一线大城市的地铁建设工程后,人工地层冻结技术就逐步进入到市政地下建设领域,并起到了越来越重要的作用[4-5],目前在数值分析及其应用、施工监测方面均取得了较大进步[6-9]。上海轨道交通15号线某换乘通道原破除地下室明挖后复建变更为冰冻法加固矿山法开挖。

1 工程概况

上海轨道交通15号线某换乘通道全长78 m,其中有部分线路要穿越某业园区地下室,穿越段工程结构为一矩形混凝土结构通道,下穿地下室段暗挖长度39.136 m。通道净宽度8.300 m,净高度3.600 m,结构层厚度700 mm。

换乘通道冻结加固暗挖段地层为②1黏土、③1淤泥质粉质黏土、④1淤泥质黏土中。根据地质资料,淤泥质黏土具高含水量、高压缩性、高灵敏度、低强度,在钻孔和开挖施工时易造成塌孔等不良现象,见表1,图1。

表1 暗挖段穿过地层统计表

由工程概况可知本工程具有以下特点:

1)换乘通道穿越地下室冻结暗挖段距离长。该换乘通道穿越地下室冻结暗挖段穿越长度达到39.136 m,穿越距离长,钻孔难度大,开挖构筑时间长,冻胀融沉控制难度大。

2)开挖断面大。该换乘通道穿越地下室冻结暗挖段开挖宽度达10 300 mm,开挖高度为5 600 mm,开挖断面大,因此要分台阶开挖,严格控制开挖时的冻结壁位移。

3)施工环境控制要求高。该换乘通道穿越地下室冻结暗挖段处于某园区B1号楼与C1号楼之间地下室下,地下室为园区车库,车辆出入频繁,故要严格控制地下室及地面变形,保证施工安全。

4)穿越段障碍多。暗挖段需要穿过5排φ850 mm的钻孔灌注桩,同时,有10根桩开挖时要凿除。

需要穿越原九号线桂林路车站出入口围护结构钢板桩,施工难度极大。

5)冻结工期长,冻胀控制难度大。由于穿越地下室段长度达到39.136 m,开挖构筑时间约5个月,再加上积极冻结时间约50 d,预计冻结时间达200 d,冻结体量大,故要采取稳妥的控制措施,控制冻结体量,保护地下车库及车库集水井的安全。地下车库桩位置示意图见图2。

2 冻结设计情况

根据设计,取冻土帷幕的有效厚度为1.8 m,见图3,图4,冻结壁平均温度-10 ℃,可以安全抵御各个方向土压力作用。

冻结孔及其他施工孔布置:

1)冻结孔布置要求能达到冻土帷幕设计厚度。

2)沿换乘通道冻结暗挖段结构外侧布置一圈冻结孔,地下室底板下不布设冻结孔。

3)由于开挖面较大,工作井侧结构面中部设置一横一纵两排加强孔,将结构面划分为几个小矩形,方便分部分区开挖。

4)工作井侧结构面内部设置12个卸压孔,用φ108 mm×8 mm低碳无缝钢管制作成花管形式,用于控制土层冻胀。在结构右侧,为保护地库集水井,设置温控区域,设置4个测温孔,2个加热孔,5个泄压孔。

冻结孔布置图见图5,图6。主要冻结施工参数见表2。

表2 主要冻结施工参数一览表

3 冻结施工情况

换乘通道工作井侧钻孔施工于2019年1月10日开始,至2019年5月6日结束,工作井侧共钻孔133个,其中冻结孔67个,加强孔17个,测温孔18个,卸压孔29个,温控孔2个。5号口侧共钻孔123个,其中冻结孔118个,测温孔5个。打压试漏全部合格;冻结站及盐水管路和集、配液圈于2019年5月30日全部安装完成;5月31日转入积极冻结,至2019年7月19日,冻结历时49 d。

工作面盐水干管去路于6月7日达到-18.6 ℃,6月14日达到-24 ℃,7月5日达到-28 ℃以下。7月9日盐水干管去路-28.9 ℃,回路-27.6 ℃,去回路温差为1.3 ℃,符合设计要求。由于冻结土体上部普天信息产业园地下室地库隆起,7月10日将盐水干管去路温度升高至-25.5 ℃左右,盐水干管回路温度-24.8 ℃,去回路温差为0.7 ℃,符合设计要求。盐水温度降温曲线见图7。施工中,为控制地层冻胀情况,及时对泄压孔进行取土泄压释放冻胀力,有效地控制了地层变形,达到了良好效果。经检测,冻结效果满足设计要求后,及时进行了开挖施工,该工程安全快速地施工完毕。

在换乘通道开挖区域布置了12个卸压孔分别为X1—X12,初始压力均为0 MPa,至2019年6月22日卸压孔压力开始上涨。至2019年7月9日由于地下车库底板隆起,进行卸压,目前无带压泥水持续流出。满足开挖要求,卸压孔压力统计表见表3。

表3 换乘通道冻结施工泄压孔压力统计表

卸压孔与换乘通道冻结圈外围无水力联系,压力增长是冻土帷幕交圈挤压冻胀所致,说明冻土帷幕已交圈。

4 结语

上海轨道交通15号线某换乘通道穿越地下室段长度较长,且所处地层条件比较复杂,开挖区域紧贴普天地下室车库底板,地层沉降控制要求高。本工程结合冻结及地下车库监测,及时开启泄压孔释放冻结冻胀力,确保了地层变形符合设计要求,保障了施工安全,同时本工程对相邻地区及类似工程施工有一定的借鉴和参考意义。