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(huán)境影響小等優(yōu)勢,自1955年在開灤礦區(qū)首次使用以來,凍結(jié)法作為一種特殊施工方法,在我國的井筒建設(shè)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(nèi)開發(fā)水平凍結(jié)技術(shù)并成功應用于北京、上海和廣州等一線大城市的地鐵建設(shè)工程后,人工地層凍結(jié)技術(shù)就逐步進入到市政地下建設(shè)領(lǐng)域,并起到了越來越重要的作用[4-5],目前在數(shù)值分析及其應用、施工監(jiān)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(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、低強度,在鉆孔和開挖施工時易造成塌孔等不良現(xiàn)象,見表1,圖1。

表1 暗挖段穿過地層統(tǒng)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(jié)暗挖段距離長。該換乘通道穿越地下室凍結(jié)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(gòu)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(jié)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(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號樓與C1號樓之間地下室下,地下室為園區(qū)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(jié)構(gòu)鋼板樁,施工難度極大。

5)凍結(jié)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(gòu)筑時間約5個月,再加上積極凍結(jié)時間約50 d,預計凍結(jié)時間達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(jié)設(shè)計情況

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

凍結(jié)孔及其他施工孔布置:

1)凍結(jié)孔布置要求能達到凍土帷幕設(shè)計厚度。

2)沿換乘通道凍結(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孔,將結(jié)構(gòu)面劃分為幾個小矩形,方便分部分區(qū)開挖。

4)工作井側(cè)結(jié)構(gòu)面內(nèi)部設(shè)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(jié)構(gòu)右側(cè),為保護地庫集水井,設(shè)置溫控區(qū)域,設(shè)置4個測溫孔,2個加熱孔,5個泄壓孔。

凍結(jié)孔布置圖見圖5,圖6。主要凍結(jié)施工參數(shù)見表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日開始,至2019年5月6日結(jié)束,工作井側(cè)共鉆孔133個,其中凍結(jié)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(cè)共鉆孔123個,其中凍結(jié)孔118個,測溫孔5個。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(shè)計要求。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(jīng)檢測,凍結(jié)效果滿足設(shè)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(qū)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(xù)流出。滿足開挖要求,卸壓孔壓力統(tǒng)計表見表3。

表3 換乘通道凍結(jié)施工泄壓孔壓力統(tǒng)計表

卸壓孔與換乘通道凍結(jié)圈外圍無水力聯(lián)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(jié)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(qū)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(jié)合凍結(jié)及地下車庫監(jiān)測,及時開啟泄壓孔釋放凍結(jié)凍脹力,確保了地層變形符合設(shè)計要求,保障了施工安全,同時本工程對相鄰地區(qū)及類似工程施工有一定的借鑒和參考意義。