換乘通道凍結(jié)施工技術(shù)

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(qiáng)度高、封水效果佳、環(huán)境影響小等優(yōu)勢(shì),自1955年在開(kāi)灤礦區(qū)首次使用以來(lái),凍結(jié)法作為一種特殊施工方法,在我國(guó)的井筒建設(shè)中得到了廣泛應(yīng)用[1-3]。自20世紀(jì)90年代未建井分院在國(guó)內(nèi)開(kāi)發(fā)水平凍結(jié)技術(shù)并成功應(yīng)用于北京、上海和廣州等一線(xiàn)大城市的地鐵建設(shè)工程后,人工地層凍結(jié)技術(shù)就逐步進(jìn)入到市政地下建設(shè)領(lǐng)域,并起到了越來(lái)越重要的作用[4-5],目前在數(shù)值分析及其應(yīng)用、施工監(jiān)測(cè)方面均取得了較大進(jìn)步[6-9]。上海軌道交通15號(hào)線(xiàn)某換乘通道原破除地下室明挖后復(fù)建變更為冰凍法加固礦山法開(kāi)挖。

1 工程概況

上海軌道交通15號(hào)線(xiàn)某換乘通道全長(zhǎng)78 m,其中有部分線(xiàn)路要穿越某業(yè)園區(qū)地下室,穿越段工程結(jié)構(gòu)為一矩形混凝土結(jié)構(gòu)通道,下穿地下室段暗挖長(zhǎng)度39.136 m。通道凈寬度8.300 m,凈高度3.600 m,結(jié)構(gòu)層厚度700 mm。

換乘通道凍結(jié)加固暗挖段地層為②1黏土、③1淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土、④1淤泥質(zhì)黏土中。根據(jù)地質(zhì)資料,淤泥質(zhì)黏土具高含水量、高壓縮性、高靈敏度、低強(qiáng)度,在鉆孔和開(kāi)挖施工時(shí)易造成塌孔等不良現(xiàn)象,見(jiàn)表1,圖1。

表1 暗挖段穿過(guò)地層統(tǒng)計(jì)表

由工程概況可知本工程具有以下特點(diǎn):

1)換乘通道穿越地下室凍結(jié)暗挖段距離長(zhǎng)。該換乘通道穿越地下室凍結(jié)暗挖段穿越長(zhǎng)度達(dá)到39.136 m,穿越距離長(zhǎng),鉆孔難度大,開(kāi)挖構(gòu)筑時(shí)間長(zhǎng),凍脹融沉控制難度大。

2)開(kāi)挖斷面大。該換乘通道穿越地下室凍結(jié)暗挖段開(kāi)挖寬度達(dá)10 300 mm,開(kāi)挖高度為5 600 mm,開(kāi)挖斷面大,因此要分臺(tái)階開(kāi)挖,嚴(yán)格控制開(kāi)挖時(shí)的凍結(jié)壁位移。

3)施工環(huán)境控制要求高。該換乘通道穿越地下室凍結(jié)暗挖段處于某園區(qū)B1號(hào)樓與C1號(hào)樓之間地下室下,地下室為園區(qū)車(chē)庫(kù),車(chē)輛出入頻繁,故要嚴(yán)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(guò)5排φ850 mm的鉆孔灌注樁,同時(shí),有10根樁開(kāi)挖時(shí)要鑿除。

需要穿越原九號(hào)線(xiàn)桂林路車(chē)站出入口圍護(hù)結(jié)構(gòu)鋼板樁,施工難度極大。

5)凍結(jié)工期長(zhǎng),凍脹控制難度大。由于穿越地下室段長(zhǎng)度達(dá)到39.136 m,開(kāi)挖構(gòu)筑時(shí)間約5個(gè)月,再加上積極凍結(jié)時(shí)間約50 d,預(yù)計(jì)凍結(jié)時(shí)間達(dá)200 d,凍結(jié)體量大,故要采取穩(wěn)妥的控制措施,控制凍結(jié)體量,保護(hù)地下車(chē)庫(kù)及車(chē)庫(kù)集水井的安全。地下車(chē)庫(kù)樁位置示意圖見(jiàn)圖2。

2 凍結(jié)設(shè)計(jì)情況

根據(jù)設(shè)計(jì),取凍土帷幕的有效厚度為1.8 m,見(jiàn)圖3,圖4,凍結(jié)壁平均溫度-10 ℃,可以安全抵御各個(gè)方向土壓力作用。

凍結(jié)孔及其他施工孔布置:

1)凍結(jié)孔布置要求能達(dá)到凍土帷幕設(shè)計(jì)厚度。

2)沿?fù)Q乘通道凍結(jié)暗挖段結(jié)構(gòu)外側(cè)布置一圈凍結(jié)孔,地下室底板下不布設(shè)凍結(jié)孔。

3)由于開(kāi)挖面較大,工作井側(cè)結(jié)構(gòu)面中部設(shè)置一橫一縱兩排加強(qiáng)孔,將結(jié)構(gòu)面劃分為幾個(gè)小矩形,方便分部分區(qū)開(kāi)挖。

4)工作井側(cè)結(jié)構(gòu)面內(nèi)部設(shè)置12個(gè)卸壓孔,用φ108 mm×8 mm低碳無(wú)縫鋼管制作成花管形式,用于控制土層凍脹。在結(jié)構(gòu)右側(cè),為保護(hù)地庫(kù)集水井,設(shè)置溫控區(qū)域,設(shè)置4個(gè)測(cè)溫孔,2個(gè)加熱孔,5個(gè)泄壓孔。

凍結(jié)孔布置圖見(jiàn)圖5,圖6。主要凍結(jié)施工參數(shù)見(jiàn)表2。

表2 主要凍結(jié)施工參數(shù)一覽表

3 凍結(jié)施工情況

換乘通道工作井側(cè)鉆孔施工于2019年1月10日開(kāi)始,至2019年5月6日結(jié)束,工作井側(cè)共鉆孔133個(gè),其中凍結(jié)孔67個(gè),加強(qiáng)孔17個(gè),測(cè)溫孔18個(gè),卸壓孔29個(gè),溫控孔2個(gè)。5號(hào)口側(cè)共鉆孔123個(gè),其中凍結(jié)孔118個(gè),測(cè)溫孔5個(gè)。打壓試漏全部合格;凍結(jié)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(zhuǎn)入積極凍結(jié),至2019年7月19日,凍結(jié)歷時(shí)49 d。

工作面鹽水干管去路于6月7日達(dá)到-18.6 ℃,6月14日達(dá)到-24 ℃,7月5日達(dá)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(shè)計(jì)要求。由于凍結(jié)土體上部普天信息產(chǎn)業(yè)園地下室地庫(kù)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(shè)計(jì)要求。鹽水溫度降溫曲線(xiàn)見(jiàn)圖7。施工中,為控制地層凍脹情況,及時(shí)對(duì)泄壓孔進(jìn)行取土泄壓釋放凍脹力,有效地控制了地層變形,達(dá)到了良好效果。經(jīng)檢測(cè),凍結(jié)效果滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求后,及時(shí)進(jìn)行了開(kāi)挖施工,該工程安全快速地施工完畢。

在換乘通道開(kāi)挖區(qū)域布置了12個(gè)卸壓孔分別為X1—X12,初始?jí)毫鶠? MPa,至2019年6月22日卸壓孔壓力開(kāi)始上漲。至2019年7月9日由于地下車(chē)庫(kù)底板隆起,進(jìn)行卸壓,目前無(wú)帶壓泥水持續(xù)流出。滿(mǎn)足開(kāi)挖要求,卸壓孔壓力統(tǒng)計(jì)表見(jiàn)表3。

表3 換乘通道凍結(jié)施工泄壓孔壓力統(tǒng)計(jì)表

卸壓孔與換乘通道凍結(jié)圈外圍無(wú)水力聯(lián)系,壓力增長(zhǎng)是凍土帷幕交圈擠壓凍脹所致,說(shuō)明凍土帷幕已交圈。

4 結(jié)語(yǔ)

上海軌道交通15號(hào)線(xiàn)某換乘通道穿越地下室段長(zhǎng)度較長(zhǎng),且所處地層條件比較復(fù)雜,開(kāi)挖區(qū)域緊貼普天地下室車(chē)庫(kù)底板,地層沉降控制要求高。本工程結(jié)合凍結(jié)及地下車(chē)庫(kù)監(jiān)測(cè),及時(shí)開(kāi)啟泄壓孔釋放凍結(jié)凍脹力,確保了地層變形符合設(shè)計(jì)要求,保障了施工安全,同時(shí)本工程對(duì)相鄰地區(qū)及類(lèi)似工程施工有一定的借鑒和參考意義。