周丹偉

上海市機(jī)械施工集團(tuán)有限公司 上海 200072

1 工程概況

上海軌道交通18號(hào)線江浦路站沿江浦路南北走向，跨控江路路口，與已通車的軌道交通8號(hào)線江浦路站“十”字換乘。18號(hào)線江浦路站為地下2層島式站臺(tái)車站，頂板覆土約2.476 m；8號(hào)線江浦路站為地下3層島式站臺(tái)車站。換乘段靠近8號(hào)線南、北端，由于地面管線難以遷改，地處交通主干道，無(wú)法進(jìn)行明挖施工，采用“MJS圍護(hù)加固＋管棚＋凍結(jié)法”進(jìn)行加固，礦山暗挖法進(jìn)行施工的復(fù)合施工工法。暗挖段開(kāi)挖尺寸最大23.7 m×12.92 m，為全國(guó)首例大斷面、淺覆土車站整體暗挖施工（圖1）。

圖1 江浦路站凍結(jié)暗挖平面示意

2 特點(diǎn)、難點(diǎn)

2.1 淺覆土暗挖

暗挖段結(jié)構(gòu)覆土淺、上部管線眾多，南側(cè)結(jié)構(gòu)覆土2.6 m、北側(cè)結(jié)構(gòu)覆土3.08 m、南側(cè)燃?xì)夤艿赘餐?.5 m、北側(cè)電力管覆土1.1 m，南段頂部管棚與管線最近位置只有4 cm，施工時(shí)偏斜不易控制，容易引起地層沉降，管線影響大。為此，采用水平定向鉆機(jī)、可視導(dǎo)向儀精確控制成孔偏斜。采用跟管鉆進(jìn)、跳孔施工、優(yōu)質(zhì)泥漿護(hù)壁、保壓鉆進(jìn)等控制水土流失，一般不會(huì)造成地層上抬，若地層沉降，可在成孔后進(jìn)行補(bǔ)償注漿。施工前備好應(yīng)急物資，施工時(shí)加強(qiáng)監(jiān)測(cè)。開(kāi)挖施工時(shí)在工程上方鋪設(shè)厚2 cm鋼板，盡量減少車輛對(duì)工程的影響。

2.2 暗挖斷面大

暗挖段開(kāi)挖尺寸最大23.70 m×12.92 m，挖土共計(jì)8 200 m3，相當(dāng)于55個(gè)旁通道大小。為全國(guó)首例大斷面、淺覆土車站整體暗挖施工。采取分區(qū)開(kāi)挖，縮減開(kāi)挖斷面，開(kāi)挖時(shí)嚴(yán)格控制凍結(jié)壁變形。

開(kāi)挖破壞了周圍土層原有的平衡狀態(tài)，對(duì)周圍施工區(qū)域范圍內(nèi)的土層產(chǎn)生了不同程度的擾動(dòng)。為此，一是注意開(kāi)挖前后的變化量，加強(qiáng)監(jiān)控測(cè)量，二是應(yīng)嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求的施工順序開(kāi)挖，嚴(yán)格控制分臺(tái)階開(kāi)挖超前與滯后關(guān)系，開(kāi)挖之后初次支護(hù)應(yīng)及時(shí)封閉成環(huán)，確保開(kāi)挖后暗挖工程的周圍應(yīng)力均勻分布，確保頂板管理安全到位。

2.3 凍結(jié)周期長(zhǎng)

整個(gè)凍結(jié)長(zhǎng)達(dá)330 d，凍脹對(duì)地面及管線影響大，且易產(chǎn)生凍結(jié)管斷裂情況，因此，采取管路分組連接分區(qū)開(kāi)啟凍結(jié)。為此，首先采用MJS工法對(duì)凍結(jié)暗挖段進(jìn)行土體改良，改良后土體凍脹率顯著減小。再分區(qū)分期進(jìn)行凍結(jié)暗挖，減少同時(shí)凍結(jié)的凍土體積，將凍脹量分次釋放，同時(shí)采用泄壓孔、緩凍孔及時(shí)釋放凍脹壓力，必要時(shí)采用加熱孔迅速卸載以及控制凍結(jié)壁發(fā)展。

嚴(yán)控凍結(jié)管材料、焊條質(zhì)量；錯(cuò)開(kāi)凍結(jié)管焊縫的位置；嚴(yán)控焊接質(zhì)量，在鉆孔開(kāi)工前由焊工制作焊接試驗(yàn)件，檢測(cè)合格后方可進(jìn)行鉆孔施工；現(xiàn)場(chǎng)每條焊縫完成后需冷卻2 min方可進(jìn)入地層，并編制防斷管專項(xiàng)施工措施。監(jiān)控鹽水箱、凍結(jié)管流量變化，發(fā)現(xiàn)鹽水泄漏及時(shí)處理。進(jìn)行鹽水泄漏、斷管處理應(yīng)急演練，提高處理效率。

3 淺覆土、大斷面車站主體凍結(jié)暗挖施工技術(shù)

3.1 明挖與暗挖方案比選及確定

地下車站一般采取明挖順作法施工，但本工程地處中心城區(qū)，與8號(hào)線換乘段交通繁雜、管線眾多、地上公交電纜復(fù)雜，難以搬遷，采取明挖法施工工期長(zhǎng)，成本大。進(jìn)行方案比選分2大類：管線類方案及車站類實(shí)施方案。

3.1.1 路面抬高方案

采取明挖法施工，需先進(jìn)行管線搬遷工作，第1階段東西向管線只能從8號(hào)線頂板正上方走，8號(hào)線頂板覆土2 m，頂板上的南北向管線墻，從淺到深依次為：DN500給水，深0.55 m；DN500給水，深0.65 m；DN500燃?xì)?，?.25 m；DN300燃?xì)?，?.35 m；DN600雨水，深1.8 m。新排管線無(wú)法從老管線之間穿越，需疊放在現(xiàn)狀管線上方。新排管線覆土不夠，控江路路中心標(biāo)高需要抬高1 m。并且施工期間需封閉控江路路口交通。經(jīng)分析，將8號(hào)線控江路路面抬高1 m，無(wú)法滿足新華醫(yī)院及8號(hào)線車站的排水要求，并且交通翻交無(wú)法實(shí)施。方案不可行。

3.1.2 管線繞行方案

研究管線繞行方案的可能性，管線在通過(guò)十字路口區(qū)域前繞行，不通過(guò)施工路口區(qū)域。

此方案會(huì)受以下因素制約：新華醫(yī)院大樓地下室與地下連續(xù)墻之間距離為5 m，并已被兩港截留污水管占去1.5 m；紫荊廣場(chǎng)地下室去除圍護(hù)后與地下連續(xù)墻之間的距離為2 m；3號(hào)口到紫荊廣場(chǎng)之間的三角區(qū)地下室頂板是抬高的，走不了管線；信息大廈與車站1號(hào)口之間距離為5 m，并有地塊內(nèi)的雨水管。因此，受新華醫(yī)院、紫荊廣場(chǎng)、信息大廈地下室限制，往江浦路東側(cè)或西側(cè)都沒(méi)有足夠的管位寬度進(jìn)行搬遷，管線繞行方案不成立。

3.1.3 管線橋架空方案

同樣，采取管線橋架空方案，東西向管線通過(guò)管線橋繞行。管線橋架空，立柱承臺(tái)需處占用2車道，且管線下井時(shí)妨礙人行通行，架空管線橋與控江路電車線存在沖突，電車線距地面5 m。方案不成立。

3.1.4 盾構(gòu)、頂管穿越方案

8號(hào)線預(yù)留換乘節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)凈為5 790 mm，采用外徑6 600 mm標(biāo)準(zhǔn)盾構(gòu)不具備通過(guò)條件。軌行區(qū)采用方形頂管，高度至少需要4 550 mm（限界）＋740 mm（軌道高度）＋450 mm×2（管片厚度)＝6 190 mm，且尚未考慮接收段落低要求，而現(xiàn)場(chǎng)條件下吊裝口開(kāi)口小，頂管整體管節(jié)無(wú)法吊放；淺覆土障礙物較多，頂管無(wú)法施工。

因此，要采用頂管、盾構(gòu)等非開(kāi)挖形式過(guò)站，必須對(duì)8號(hào)線軌行區(qū)頂板進(jìn)行改造，施工需保證8號(hào)線運(yùn)營(yíng)正常，方案不可行。

3.1.5 凍結(jié)暗挖方案

結(jié)合之前的方案比選，本工程只能采取凍結(jié)暗挖進(jìn)行施工[1-3]，但在凍結(jié)暗挖方案確認(rèn)期間，項(xiàng)目部認(rèn)為，采用傳統(tǒng)的純凍結(jié)暗挖施工，風(fēng)險(xiǎn)太大。如：淺覆土凍結(jié)凍脹的控制、確保施工期間交通不中斷時(shí)上部道路及管線的安全、按結(jié)構(gòu)尺寸凍結(jié)面最大截面為16 m×24 m，如何安排開(kāi)挖順序等問(wèn)題，都需要一一解決。因此在凍結(jié)基礎(chǔ)上，需增加保險(xiǎn)措施，如增加管棚、增加土體加固措施、確定開(kāi)挖順序、結(jié)構(gòu)施工順序等。

最終項(xiàng)目部研發(fā)一種全新的凍結(jié)暗挖車站建造技術(shù)，采用“水平MJS＋管棚＋凍結(jié)法”復(fù)合圍護(hù)體系加固，礦山暗挖法進(jìn)行施工進(jìn)行車站建造。

3.2 “水平MJS＋管棚＋凍結(jié)法”復(fù)合圍護(hù)體系加固施工技術(shù)

3.2.1 設(shè)計(jì)方案的確定

1）凍結(jié)壁設(shè)計(jì)。擬建工程為矩形車站對(duì)接結(jié)構(gòu)，因此凍結(jié)壁整體呈矩形布置，內(nèi)側(cè)根據(jù)開(kāi)挖分區(qū)劃分，設(shè)置“井”字形凍結(jié)壁，凍土強(qiáng)度的設(shè)計(jì)指標(biāo)為：?jiǎn)屋S抗壓不小于3.6 MPa，彎折抗拉不小于1.8 MPa，抗剪不小于1.5 MPa（－10 ℃）。凍土帷幕兩側(cè)厚度為2.5 m，底部為3.0 m，中間凍結(jié)壁為1.6 m，頂部?jī)鼋Y(jié)壁1.0 m。底部及側(cè)墻平均溫度不高于－10 ℃，頂部?jī)鐾疗骄鶞囟炔桓哂冢? ℃。

2）管棚與凍結(jié)孔設(shè)計(jì)。本工程管棚規(guī)格采用φ273 mm×10 mm無(wú)縫鋼管，橫排和豎排管棚孔間距分別為450、500 mm。凍結(jié)孔采用2種布孔方式，一種為獨(dú)立凍結(jié)孔，凍結(jié)孔規(guī)格采用φ127 mm×10 mm凍結(jié)管，一種為管棚內(nèi)下放φ89 mm× 5 mm凍結(jié)管，管棚內(nèi)用水泥砂漿充填。此外，為了監(jiān)測(cè)凍結(jié)壁發(fā)展?fàn)顩r以及控制內(nèi)部?jī)雒泬毫Γ謩e布置測(cè)溫孔和泄壓孔。

3）MJS設(shè)計(jì)。施工區(qū)域分南北2個(gè)區(qū)域，南側(cè)水平加固有效樁約16 m，北側(cè)水平加固有效樁長(zhǎng)約10 m。先施工頂部1排管棚，再對(duì)開(kāi)挖面周圍進(jìn)行MJS加固，開(kāi)挖區(qū)域采用梅花形布樁MJS加固。加固要求為MJS抗壓強(qiáng)度不少于0.8 MPa，加固完成后土體滿足開(kāi)挖掌子面自穩(wěn)。

4）初期支護(hù)設(shè)計(jì)。采用HW400 mm×400 mm、HW350 mm×350 mm和HW300 mm×300 mm型鋼＋@22 mm連接鋼筋＋φ8 mm（200 mm×200 mm）鋼筋網(wǎng)片雙層布置＋C25早強(qiáng)噴射混凝土支護(hù)，型鋼間距1m。

3.2.2 管棚、MJS加固、凍結(jié)加固作用分析

本工程設(shè)計(jì)采用MJS、管棚、凍結(jié)加固3種工法復(fù)合加固方法進(jìn)行開(kāi)挖，施工時(shí)先進(jìn)行MJS加固，然后施工凍結(jié)孔和管棚，施工中3種工法共同作用，以保證暗挖工法的順利進(jìn)行。各工法在本工程中的作用如下：

1）MJS加固：減少凍結(jié)期間土體凍脹量，減少凍脹對(duì)地面管線的影響，減少結(jié)構(gòu)施工完成后凍土體融沉量，防止后期產(chǎn)生過(guò)大融沉導(dǎo)致結(jié)構(gòu)開(kāi)裂漏水；保證開(kāi)挖期間掌子面穩(wěn)定性；減少地下2層開(kāi)挖期間頂部土體附加變形，增加上部土體穩(wěn)定性；作為凍結(jié)加固的補(bǔ)充，增加工程的安全性。

2）管棚：由于本工程地面覆土較淺，如上方也完全采用凍結(jié)加固凍脹量必然較大，施工后期融沉亦難以控制，為減少凍脹和后期融沉量，頂部采用管棚和凍結(jié)相結(jié)合的形式，開(kāi)挖期間開(kāi)挖面頂部荷載由管棚承擔(dān)，初襯型鋼施工后由管棚將頂部荷載傳遞至初襯型鋼支架上，管棚和初襯型鋼支架共同承擔(dān)頂部荷載。側(cè)面管棚為增加兩側(cè)墻剛度，減少開(kāi)挖期間側(cè)墻變形，增加開(kāi)挖期間安全系數(shù)。

3）凍結(jié)加固：凍土主要承擔(dān)開(kāi)挖期間兩側(cè)墻位置、底部位置水土荷載和頂部管棚形成完整的支護(hù)體系。底部及兩側(cè)墻位置的凍土為主要受力作用，頂部管棚間凍土使管棚間相互緊密結(jié)合，增加管棚橫向穩(wěn)定性，同時(shí)封閉上方水流。

3.2.3 MJS施工技術(shù)

MJS注漿壓力大，施工期間容易出現(xiàn)串孔。通過(guò)研究確定了引孔及旋噴噴漿需有一定的間距，需要間隔1個(gè)孔位施工或等臨樁達(dá)到2 d后施工。當(dāng)側(cè)墻施工無(wú)法實(shí)現(xiàn)跳樁時(shí)，需在水泥漿中加入早強(qiáng)劑，在不影響噴漿施工的前提下盡可能加快固結(jié)提早期強(qiáng)度，確保噴漿完成12 h后達(dá)到原始土強(qiáng)度，具體單樁施工順序如圖2所示。兩側(cè)施工采用2臺(tái)設(shè)備，完成1根樁后需等待12 h施工下一根樁，施工時(shí)需在水泥漿液中加入早強(qiáng)劑，早強(qiáng)劑摻入量需根據(jù)試驗(yàn)確定，要求12 h后不低于原始土強(qiáng)度。

圖2 跳樁施工示意

但由于實(shí)際工期需要，MJS與凍結(jié)管需要交叉施工，MJS沒(méi)有條件跳二打一，等待12 h后施工。因此造成半圓MJS會(huì)出現(xiàn)串漿，保壓困難，使得MJS施工時(shí)地面上抬，完成后地面又下沉，因此，調(diào)整設(shè)計(jì)，改成了全圓MJS。

局部MJS調(diào)整為全圓，相應(yīng)地在北段MJS施工階段，地面沉降得到有效控制。南側(cè)MJS于2019年11月30日開(kāi)工，于2020年3月26日完成。由于一開(kāi)始使用半圓加固，且沒(méi)有條件跳二打一，等待12 h后施工，造成前期地面沉降較大，最大沉降值12 cm，北側(cè)MJS調(diào)整為全圓施工后，施工時(shí)有效控制了地面的沉降情況，最大沉降值4 cm。在施工中采用大面積的水平MJS加固工藝，對(duì)土體進(jìn)行加固，加固效果良好，確保了開(kāi)挖時(shí)開(kāi)挖面無(wú)需放坡，開(kāi)挖面可成85°～90°，土體自立性良好，無(wú)塌方現(xiàn)象。

3.3 車站分塊分段分層暗挖、整體澆筑施工技術(shù)

3.3.1 施工技術(shù)路線

因整個(gè)凍結(jié)周期長(zhǎng)達(dá)1年多，為解決大斷面開(kāi)挖的困難，減小凍脹影響，將整個(gè)暗挖段分層9個(gè)獨(dú)立部分分區(qū)分期凍結(jié)，采取分塊分段暗挖，整體澆筑的技術(shù)線路。本工程分為南、北2段工作區(qū)域，二者獨(dú)立施工，單側(cè)施工中采用先地下2層后地下1層的施工原則，減少結(jié)構(gòu)沉降。

1）地下2層整體交圈后，開(kāi)挖地下2層中硐上臺(tái)階，每開(kāi)挖一個(gè)步距后及時(shí)進(jìn)行型鋼支架臨時(shí)支護(hù)，隨后噴射混凝土支護(hù)，每開(kāi)挖3～4榀噴射頂部及兩側(cè)墻混凝土。

2）開(kāi)挖中硐下臺(tái)階，開(kāi)挖完成后側(cè)墻、頂板、底板掛網(wǎng)噴射混凝土，每開(kāi)挖3～4榀噴射頂部及兩側(cè)墻混凝土。

3）地下2層中硐施工完畢后，開(kāi)始對(duì)地下2層左、右硐上臺(tái)階進(jìn)行開(kāi)挖，方法同上。

4）開(kāi)挖左、右硐下臺(tái)階，開(kāi)挖完成后側(cè)墻、頂板、底板掛網(wǎng)噴射混凝土。

5）待地下2層開(kāi)挖完成后，澆筑地下2層二襯結(jié)構(gòu)，地下2層結(jié)構(gòu)分底板、側(cè)墻及梁柱、頂部第3次澆筑。

6）待地下2層二襯結(jié)構(gòu)做完后，開(kāi)始開(kāi)挖地下1層中硐，開(kāi)挖完成后側(cè)墻、頂板、底板掛網(wǎng)噴射混凝土。

7）待地下1層中硐開(kāi)挖完成后，同時(shí)開(kāi)挖地下1層左、右硐，開(kāi)挖完成后側(cè)墻、頂板、底板掛網(wǎng)噴射混凝土。

8）待地下1層開(kāi)挖完成后，澆筑地下1層二襯結(jié)構(gòu)混凝土，地下1層結(jié)構(gòu)分側(cè)墻及梁柱、頂部第2次澆筑。

9）待地下1層澆筑完后，拆除鋼支撐。

3.3.2 機(jī)械＋人工暗挖施工技術(shù)

暗挖段挖土共計(jì)8 200 m3，相當(dāng)于55個(gè)旁通道大小。暗挖段分9個(gè)區(qū)進(jìn)行開(kāi)挖且初襯型鋼密集，單個(gè)通道最小寬度2.0 m，最小高度3.3 m。常規(guī)挖機(jī)無(wú)法進(jìn)入，最終選定設(shè)備進(jìn)口BROKK機(jī)器人和小挖機(jī)上、下臺(tái)階法施工，局部土體進(jìn)行人工開(kāi)挖，加快整個(gè)開(kāi)挖速度，縮短初襯形成時(shí)間。

3.3.3 混凝土澆筑技術(shù)研究

本工程結(jié)構(gòu)底板厚1.1 m，兩側(cè)側(cè)墻厚1 m，中板厚0.45 m，結(jié)構(gòu)頂板厚0.9 m。因整個(gè)混凝土澆筑需在暗挖段內(nèi)進(jìn)行，需在地面接澆筑管，泵送澆筑，尤其是中板、頂板混凝土需從下往上澆筑，要求較高，采用C40P8防水、高耐久性自密實(shí)聚丙烯纖維混凝土澆筑，部分采用粒徑5～10 mm的石子，充分填充中板、頂板。因初襯型鋼澆入結(jié)構(gòu)內(nèi)增加結(jié)構(gòu)滲漏水風(fēng)險(xiǎn)，底板分2次澆筑，第1次0.9 m，待整個(gè)2層結(jié)構(gòu)完成割除型鋼后，澆筑第2層厚0.3 m底板。高穿透自密實(shí)混凝土性能指標(biāo)：坍落度250 mm±30 mm，初始擴(kuò)展度700～780 mm，流淌半徑6 m，初凝時(shí)間10～14 h，終凝時(shí)間13～16 h。

4 結(jié)語(yǔ)

江浦路站受暗挖空間限制，采取分塊分段暗挖，現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)以小微型機(jī)械設(shè)備為主、人工為輔。自打設(shè)第1根凍結(jié)管開(kāi)始，至地下1層結(jié)構(gòu)頂板封頂結(jié)束，歷時(shí)399 d，挖土達(dá)到了8 200 m3。每個(gè)暗挖段開(kāi)挖斷面最大23.70 m×12.92 m，頂部管棚與管線最近位置只有4 cm，為全國(guó)地鐵首例大斷面、首次在淺覆土（雜填土）車站整體凍結(jié)暗挖施工的工程。本工程在復(fù)雜環(huán)境、交通無(wú)法中斷、管線無(wú)法搬遷的十字換乘車站處采用了“水平MJS＋凍結(jié)＋管棚”復(fù)合加固，在其他類似的超淺覆土、交通管線無(wú)法搬遷的工程中具有可復(fù)制、可推廣性。