地鐵車(chē)站風(fēng)道結(jié)構(gòu)凍結(jié)暗挖法施工工藝

中交第三航務(wù)工程局有限公司廈門(mén)分公司，福建 廈門(mén) 361000

1 工程概況

1.1 地鐵車(chē)站周邊的管廊分布情況

某地鐵10號(hào)線夢(mèng)都大街站東側(cè)分布三條呈平行位置關(guān)系的地下高壓電纜管廊，即220kV（1200mm×500mm）、110kV（1600mm×400mm）、10kV（900mm×600mm）， 總 寬 度約為6m。根據(jù)車(chē)站的結(jié)構(gòu)布置方案，1號(hào)出入口及風(fēng)道、2號(hào)出入口、2號(hào)風(fēng)道三個(gè)部分均屬于復(fù)雜施工條件區(qū)域，需要下穿既有高壓電纜管廊，對(duì)開(kāi)挖施工工藝提出了較高的要求，且應(yīng)當(dāng)兼顧開(kāi)挖施工質(zhì)量和管廊正常使用的雙重要求。

1.2 地質(zhì)、水文情況

項(xiàng)目地處長(zhǎng)江漫灘區(qū)，開(kāi)挖范圍內(nèi)所遇地層主要為①-1雜填土層、②-2b4淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土夾粉砂層、②-3c3粉土夾粉砂層、②-4d2粉砂層。

水文方面以地下水為主，包含松散巖類(lèi)孔隙水及基巖裂隙水兩類(lèi)，其中孔隙潛水分布范圍的標(biāo)高為2.89～4.26m，對(duì)應(yīng)的是①-1層和②-2b4層。

2 施工難點(diǎn)

（1）地質(zhì)條件欠佳。土層上部以淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土層為主，其特點(diǎn)是含水量高、壓縮性強(qiáng)，呈流塑狀，缺乏足夠的穩(wěn)定性；下部則以厚層粉砂為主，局部賦存微承壓水，在水體的作用下，該部分土層缺乏穩(wěn)定性。

（2）結(jié)構(gòu)高、跨度大。地下通道統(tǒng)一采取矩形斷面的形式，但尺寸不盡相同。2號(hào)出入口通道的跨度較大，與電纜通道呈47°相交關(guān)系；1號(hào)出入口及1號(hào)風(fēng)道的高度較高，共計(jì)6.9m。在前期設(shè)計(jì)和后續(xù)施工中，應(yīng)當(dāng)立足于結(jié)構(gòu)高、跨度大的難點(diǎn)，合理選擇與該類(lèi)環(huán)境相適應(yīng)的施工工法。

（3）電纜通道的保護(hù)要求高?，F(xiàn)場(chǎng)覆土僅為2.9～4.3m，距電纜通道底板0.7～1.8m，而該電纜管廊的兩側(cè)采用磚砌結(jié)構(gòu)，底部為素混凝土結(jié)構(gòu)，下方分布碎石墊層，總體來(lái)看結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性不足，缺乏足夠的抗變形能力，應(yīng)當(dāng)切實(shí)加強(qiáng)防護(hù)，以免因側(cè)墻、底板等結(jié)構(gòu)受損而影響電纜管廊的正常使用。

（4）現(xiàn)場(chǎng)干擾因素多?；又苓叿笤O(shè)φ800mm的自來(lái)水管，并且基坑緊鄰現(xiàn)有建筑，因而必須做好支護(hù)工作，形成具有完整性和穩(wěn)定性的支護(hù)結(jié)構(gòu)，以免出現(xiàn)失穩(wěn)、漏水等質(zhì)量問(wèn)題。

3 凍結(jié)暗挖施工方案

3.1 施工分區(qū)及基本流程

高壓電纜管廊范圍內(nèi)均為暗挖施工，兩側(cè)為明挖施工。在通道結(jié)構(gòu)組成中，于頂部設(shè)密排管棚，利用該裝置托舉高壓管廊，以維持該類(lèi)管廊的穩(wěn)定性；沿通道周邊布設(shè)水平凍結(jié)管，目的是構(gòu)成完整的凍結(jié)帷幕，發(fā)揮擋土和隔水的作用。凍結(jié)施工的基本流程如下：

（1）沿電纜通道兩側(cè)設(shè)置咬合樁，作為封堵墻而使用，其他部位均采用SMW樁。隨著明挖基坑施工進(jìn)程的推進(jìn)，待結(jié)構(gòu)底板封閉后，搭設(shè)管棚和凍結(jié)管。

（2）針對(duì)開(kāi)挖掌子面采取全斷面加固措施，隨后引入CRD工法，進(jìn)入暗挖施工環(huán)節(jié)。開(kāi)挖遵循分塊、分段的基本原則，縱向開(kāi)挖步距取0.5m。在施工過(guò)程中，每完成一塊開(kāi)挖后，應(yīng)隨即架設(shè)型鋼支架并掛網(wǎng)噴射混凝土，形成初期支護(hù)結(jié)構(gòu)。

（3）開(kāi)挖工作落實(shí)到位后，施工防水層，澆筑二襯混凝土。

（4）待前述主體結(jié)構(gòu)的施工均完成后，開(kāi)始填充注漿，再解凍，期間密切觀察融沉監(jiān)測(cè)結(jié)果，對(duì)實(shí)際情況做出準(zhǔn)確的判斷，進(jìn)而采取針對(duì)性的跟蹤補(bǔ)償注漿措施。

3.2 凍結(jié)孔設(shè)計(jì)

凍結(jié)壁厚3m，結(jié)構(gòu)兩側(cè)及底部均按照梅花形布置的方式設(shè)凍結(jié)孔，距初支外側(cè)1000mm，孔間距為700mm，排距為1000mm。在1號(hào)出入口及1號(hào)風(fēng)道施工中，在中間區(qū)域增設(shè)橫向凍結(jié)孔（1排），通過(guò)此方式增強(qiáng)凍結(jié)帷幕的穩(wěn)定性。2號(hào)出入口的跨度較大，穩(wěn)定性要求較高，因此在中間區(qū)域增設(shè)垂直向凍結(jié)孔，類(lèi)似于形成豎向支撐裝置，有利于維持結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

3.3 凍結(jié)參數(shù)設(shè)計(jì)

溫度方面，開(kāi)挖施工過(guò)程中凍結(jié)鹽水的溫度宜穩(wěn)定在-30～-28℃，凍結(jié)壁的平均溫度為-10℃。

凍結(jié)孔布設(shè)方面，1號(hào)出入口及1號(hào)風(fēng)道的數(shù)量為101個(gè)，總長(zhǎng)834m；2號(hào)出入口的數(shù)量為125個(gè)，總長(zhǎng)1593m；2號(hào)風(fēng)道的數(shù)量為78個(gè)，總長(zhǎng)686m。外圍凍結(jié)孔布設(shè)時(shí)，要求其終孔距離Lmax≤1000mm。

凍結(jié)需冷量Q的計(jì)算，可采用以下公式：

式中：d為凍結(jié)管直徑，m；l為凍結(jié)總長(zhǎng)度，m；k為凍結(jié)管散熱系數(shù)。

通過(guò)計(jì)算，得到以下結(jié)果：1號(hào)出入口及1號(hào)風(fēng)道凍結(jié)需冷量為50.65×104kJ/h；2號(hào)出入口凍結(jié)需冷量為6.91×104kJ/h；2號(hào)風(fēng)道凍結(jié)需冷量為41.73×104kJ/h。

3.4 管棚設(shè)計(jì)

管棚施工所用裝置為φ108mm×8mm鋼管，按照0.3m的距離依次布設(shè)；為充分發(fā)揮管棚的支護(hù)作用，要求其穿過(guò)兩端封堵墻；設(shè)置H型鋼支架，以起到支撐管棚的效果。

3.5 暗挖順序及臨時(shí)支護(hù)

1號(hào)出入口及1號(hào)風(fēng)道、2號(hào)出入口、2號(hào)風(fēng)道各自的開(kāi)挖斷面跨度分別為8.5m、12.5m、6.0m。由此可見(jiàn)，開(kāi)挖斷面普遍較大，同時(shí)施工現(xiàn)場(chǎng)的地質(zhì)條件欠佳，如淤泥質(zhì)黏土、砂層均缺乏穩(wěn)定性?？紤]到安全層面的要求，決定采取分層、分塊、階梯開(kāi)挖的方法，適度減少單次開(kāi)挖量，以免造成大范圍的擾動(dòng)性影響[1-3]。

2號(hào)出入口共含2層，各層分為3個(gè)區(qū)域，由此形成6個(gè)開(kāi)挖區(qū)。初期支護(hù)采用型鋼支架和掛網(wǎng)噴射混凝土結(jié)合的方案，材料為308工字鋼和C25混凝土（厚度按35cm控制）；此外，在中部臨時(shí)支撐施工中也采用網(wǎng)噴混凝土的方法。為有效保證型鋼支架的穩(wěn)定性，在其后方墊5cm的木背板，該材料與凍結(jié)帷幕間存在不同程度的間隙，需采取高強(qiáng)砂漿填充的處理方法。

4 充填注漿及融沉控制

待暗挖段的二次襯砌施工結(jié)束并且滿(mǎn)足特定的強(qiáng)度要求后，進(jìn)入外圍凍結(jié)壁的解凍環(huán)節(jié)，此過(guò)程中易出現(xiàn)融沉現(xiàn)象。為實(shí)現(xiàn)對(duì)融沉的有效控制，應(yīng)采取地層跟蹤注漿的方法（注雙液水泥漿），利用漿液壓密加固土體。

4.1 注漿孔的布設(shè)方法

在初期支護(hù)外地層注漿，按照2m的間距依次布設(shè)注漿孔，縱向每2m設(shè)注漿斷面。材料方面，將焊接管作為注漿管使用，在該裝置的頂端接管箍，用絲堵封閉。

4.2 注漿時(shí)間的控制

以施工需求為準(zhǔn)，需制備足量的漿液，及時(shí)用于注漿施工。結(jié)構(gòu)的實(shí)測(cè)強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的60%時(shí)，暫停凍結(jié)作業(yè)，安排3～7d的停機(jī)時(shí)間，隨后填充注漿。利用該方式可以有效解決凍土融化問(wèn)題，以免其損傷上部以及周邊的管線。注漿遵循小壓力的原則，全程將壓力穩(wěn)定在0.2～0.5MPa，分多次注入，全面保證漿液注入的飽滿(mǎn)性。

4.3 注漿量的控制

根據(jù)要求，相比凍土體積，注漿水泥用量以該值的50%較合適。據(jù)此推算，確定各處的注漿量，1號(hào)出入口及1號(hào)風(fēng)道、2號(hào)出入口、2號(hào)風(fēng)道分別為850t、1200t、700t。

4.4 注漿結(jié)束的標(biāo)準(zhǔn)

加強(qiáng)監(jiān)測(cè)，若一天內(nèi)上部地面的沉降量達(dá)到0.5mm以上，或是整個(gè)過(guò)程上部地面累計(jì)沉降達(dá)到3mm以上，均要及時(shí)組織融沉補(bǔ)償注漿作業(yè)。若凍結(jié)壁已經(jīng)達(dá)到完全融化的狀態(tài)，且地層每半個(gè)月的沉降量未超過(guò)0.5mm，則此條件下可以結(jié)束融沉補(bǔ)償注漿作業(yè)[4-5]。

5 監(jiān)測(cè)結(jié)果

（1）1號(hào)出入口及1號(hào)風(fēng)道開(kāi)機(jī)凍結(jié)54d后，最小凍結(jié)壁厚度為3.72mm，平均溫度為-14.2℃；2號(hào)出入口開(kāi)機(jī)凍結(jié)45d后，最小凍結(jié)壁厚度為3.16mm，平均溫度為-12.1℃；2號(hào)風(fēng)道開(kāi)機(jī)凍結(jié)31d后，最小凍結(jié)壁厚度為2.2mm，平均溫度為-11.3℃。

（2）凍結(jié)土層的抗壓強(qiáng)度平均值為4.03MPa，抗剪強(qiáng)度為1.6MPa，在整個(gè)凍結(jié)過(guò)程中，高壓管廊可以維持相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)，最大隆起量為5mm，最大沉降量為30mm，各方面均得到有效控制，現(xiàn)場(chǎng)電力綜合管廊未受到不良影響，可以正常使用。

總體來(lái)看，施工狀況較為良好，由此說(shuō)明凍結(jié)暗挖法施工工藝具有可行性。

6 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，凍結(jié)暗挖法施工工藝的應(yīng)用有助于改善地鐵車(chē)站的施工環(huán)境，在保證車(chē)站正常施工的同時(shí)，可減輕對(duì)周邊現(xiàn)狀建（構(gòu)）筑物的影響。文章通過(guò)對(duì)凍結(jié)暗挖法施工工藝的分析，提出了相應(yīng)的技術(shù)要點(diǎn)，希望為類(lèi)似工程提供參考。