浅覆土条件下地铁出入口冻结法暗挖施工技术_付财_韩圣铭_韩玉福

2014 年 4 月上 第 43 卷 第 7 期 DOI： 10. 7672 / sgjs2014070091
施 工 技 术 CONSTＲUCTION TECHNOLOGY
Hale Waihona Puke 91浅覆 土 条件 下地铁 出入口冻 结 法 暗 挖施工技术
付 财， 韩圣铭， 韩玉福
（ 北京中煤矿山工程有限公司， 北京 100013 ）
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［ 摘要］ 通过工程实例， 介绍了在地面交通繁忙 、 地下市政管线众多、 周边环境复杂的情况下， 利用冻结法对上海某 地铁出入口进行地基加固， 然后采用暗挖法进行施工的全过程 。 从冻结孔施工、 积极冻结、 冻胀控制措施、 地层融 沉注浆等方面对冻结法施工进行了详细介绍 。 ［ 关键词］ 地铁车站； 冻结法； 暗挖法； 施工技术 ［ 中图分类号］ U231. 4 ［ 文献标识码］ A ［ 8498 （ 2014 ） 07009103 文章编号］ 1002-
2014 No． 7 表5 Table 5
序号 1 2 GNSS 测得 高程 H B1 / m 14. 496 2 29. 007 9
冻结法施工 施工工艺流程
施工准备→ 冻结孔钻进 → 冻结管路连接 → 积 极冻结 → 冻结效果分析 → 凿除工作井侧连续墙 → 探孔检验→开挖施工→构筑施工→融沉注浆。 4. 2 冻结孔施工 300Y25 型开孔钻机进行地下连续 采用 AOX墙开孔工作， 利用 H190 型夯管锤进行夯管成孔， 利 用经纬仪灯光测斜法进行冻结孔测斜工作 。 冻结管选用89mm × 8mm 低碳无缝钢管， 采用 内节箍对焊连接， 供液管采用 48mm × 4. 5mm 焊接 钢管， 卸压孔选用 108mm × 8mm 及 89mm × 8mm 低碳无缝钢管， 采取内接箍对焊连接。 卸压孔采用 花 管 形 式，管 端 部 安 装 单 向 阀。 测 温 管 选 用 89mm × 8mm 低碳无缝钢管。 冻结孔施工完毕进 行管路打压试漏， 试压合格后进行安装工作。 盐水干管和集、 配液管均选用 159mm × 5mm 焊接 钢 管， 集、 配 液 管 与 羊 角 连 接 选 用 1. 5inch （ 1inch = 2. 54cm） 高压胶管。 盐水干管每 50m 安装 1 个控制阀门， 阀门和干管之间用软接头连接。 冷 却水管用 133mm × 4mm 焊接钢管。
效果达到设计要求。 破除工作井侧混凝土地下连 续墙， 进行试挖。 试挖尺寸为 400mm × 400mm， 挖 深 500mm 后， 开挖区域内土体干燥， 可见零星霜迹， 温度计 测 温 值 为 － 0. 5℃ ， 经分析具备正式开挖 条件。 开挖施工时， 由于开挖断面较大， 且出入口上 方道路为繁忙的交通要道， 开挖不当易引起塌方， 采用分块分区域开挖可降低风险。 根据本工程的 特点， 将通道分为 6 块区域进行开挖， 开挖分区如图 5 所示。 先进行 I 区的开挖及初期支护， 开挖进尺 达 3m 后进行 III 区的开挖及初期支护。 开挖步距 控制在 0. 5m， 并及时安装钢支架、 木背板等。 I 区 及 III 区开挖至对侧地下连续墙后， 进行 II 区的开 挖及初期支护工作， 开挖进尺达 3m 后进行 IV 区的 开挖及初期支护。 通道挖通后对顶部和侧墙喷射 C20 素混凝土， 以提高初期支护强度。 开挖下层通道时， 临时钢支架要与上层通道钢 支架连接牢固， 支架拼装采用摩擦型高强螺栓， 上 下层支架连接采用中厚钢托板焊接连接 ， 临时钢支 架形式如图 6 所示。
图2 Fig． 2
工作井侧冻结孔布置
4. 3
积极冻结
Freezing holes layout beside the working well
冻结管 路 安 装 完 毕 后， 进行设备调试及试运 转， 试运转正常后转入正式冻结。 积极冻结 7d， 盐 水温度降至 － 18℃ ； 积极冻结 15d， 盐水温度降至 － 25℃ 。 4. 4 冻胀控制措施 出入口所处位置上部填土和 ②3-1 灰色砂质粉土
含水量较丰富， 采用冻结法施工极易产 透水性高， 生较大冻胀区， 加之出入口上部覆土较浅， 冻胀效 应更为显著。由于施工区域环境复杂， 地面交通繁 ， 忙 出入口顶板上方土层内有许多重要市政管线 ， 施工过程中采用了大量措施， 以减轻冻胀对地面及 管线的影响。 在出入口地面主要管线的下部设置温控区域， 包含卸压孔、 解冻孔、 测温孔， 孔位布置如图 4 所示。
Mining Method with Freezing Method Used in Subway Passageway Under Shallow Covering Condition
Fu Cai，Han Shengming，Han Yufu
（ Beijing China Coal Mine Engineering Co． ，Ltd． ，Beijing 100013 ，China）
图5 Fig． 5 图4 Fig． 4 温控区孔位布置 Layout of holes in temperature control area
通道开挖示意 Passage excavation
一旦测温孔温度降至 通过对 测 温 孔 的 观 测， 0℃ 以下， 通过解冻孔进行人工强制解冻， 有效控制 冻土发展半径， 确保卸压孔周边土体不被冻结， 保 证卸压孔有效性。 根据地面沉降监测， 如地面出现持续隆起趋势 时， 立刻打 开 卸 压 孔 阀 门， 使 用 清 水 冲 洗 卸 压 孔。 卸压时， 要利用电子自动采集系统实时采集地面变 形情况， 避免单次卸压后， 地面沉降过大。 4. 5 开挖施工 积极冻结 46d， 通过测温孔温度数据分析， 冻结
主要 冻 结 参 数 如 下： 冻 结 壁 设 计 有 效 厚 度 1. 8m， 冻结壁设计平均温度 ≤ － 10℃ ， 积极冻结时 间 40d， 冻结孔 91 个， 卸压孔 37 个， 解冻孔 10 个， 测温孔 19 个。
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财等： 浅覆土条件下地铁出入口冻结法暗挖施工技术
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Fig． 3 图3 车站侧冻结孔布置
工程难点 1 ） 土层 条 件 差
的社会影响。 3 ） 施工断面大
Freezing holes layout beside the station
程开挖断面大， 开挖长度较长， 冻土体量大， 结构面 顶部距离 重 要 市 政 管 线 较 近， 冻胀融沉控制较为 困难。 如何减小冻结施工过程中冻胀对管线及地面 的影响， 以及解决好暗挖施工过程中初期支护与二 次衬砌形成过程中受力体系转换及力的平衡 ， 防止 结构变形及失稳破坏， 避免出现地面过量沉降和坍 塌是本工程的重点。 3 冻结设计 针对本工程的工程特点及施工控制要求， 冻结 3 所示。 设计如图 2 ，
图1 Fig． 1
土层及管线位置示意 Soil and pipeline position
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施工技术
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根 据 地 质 资 料， 灰色砂质粉 土具有高 含 水 量 、 高 压 缩 性、 高 灵 敏 度、 低强度的 特性 ， 在钻孔和开挖施工时易造成坍孔等不良 。 现象 2 ） 周边环境复杂 出入口位于上海市交通繁 忙的主干道， 人、 车流量大。 出入口顶板覆土较浅， 仅为 6. 4m。出入口结构顶部覆土内管线众多 ， 包含 上水、 煤气、 雨水、 电力等重要市政管线， 且距离本 出入口东侧 9m 位置为 6 层居民楼， 一旦发生管线 破损或地面沉降过大造成楼层沉降， 将会造成严重 出入口结构净尺寸为宽 5. 7m、 高 2. 55m， 实 际 暗 挖 尺 寸 为 宽 7. 5m、 正常段高 4. 8m、 入 口 段 高 6. 155m。 开 挖 断 面 最 大 面 积 为 46m2 ， 开 挖 施 工 不 当 极 易 引 起 塌 方、 冒顶等严重 后果。 4 ） 冻胀融沉控制无有效施工经验可循 本工 4 4. 1
Abstract： Based on the engineering practice ，this paper mainly introduced the construction process of foundation strengthening in the subway exit and entrance under complicated conditions in Shanghai． The freezing method was introduced in detail from freezing hole construction ，active freezing，frost heaving control measures and stratum thaw settlement grouting． Key words： subway stations； freezing method； mining method； construction 城市建设的不断发 随着我国国民经济的增长， 展， 城市交通拥堵的问题日益严重， 人们对城市公 共交通发展的需求和要求不断加大， 城市轨道交通 发展迅速。在城市地铁施工中采用明挖的方法， 严 重干扰了地面交通， 并破坏环境。 浅埋暗挖法是一 种在离地面很近的地方施行各种地下结构暗挖施 ［13 ］ 。 但因施工中 工的方法， 对地面交通影响较小 场地环境、 地下管线错综复杂， 如何在有效加固地 层的基础上， 防止施工过程中土方坍塌并有效控制 地表和管线沉降， 是暗挖工程施工中经常遇到的难 ［45 ］ 。 题之一 本文通过工程实例， 详细介绍了在地面交通繁 忙、 地下市政管线众多、 周边环境复杂的情况下， 利 用冻结法对上海某地铁出入口进行地基加固 、 然后 采用暗挖法进行施工的全过程。 1 工程概况 上海某地铁出入口位于交通繁忙的金沙江路 上， 由于地铁车站施工原因 ， 出入口所处路段为单
Fig． 6 图6 临时钢支架结构形式
Structure of temporary steel support