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一级建造师建筑工程辅导：饱和粉砂地层中地铁车站交叉穿越冻结法施工技术

来源：一级建造师考试网收藏本页 2010/6/14 http://www.jzsedu.org/

   摘　要：简要介绍了上海地铁明珠线上体场车站穿越原地铁一号线上体馆站段（简称穿越段）冻结施工情况。在穿越段施工中，根据工程特点，采用了水平冻结孔施工技术和地层冻胀融沉控制技术，并采取了在冻结壁易散热界面上现场喷涂聚胺脂泡沫层和敷设冷冻排管等保温与加强冻结措施来保证冻结壁质量，取得了良好效果，保证了安全顺利施工，同时确保了穿越段上方地铁一号线车站结构稳定及地铁运营安全。
    关键词：饱和粉砂；地铁车站；冻结法；水平冻结孔；冻胀变形

    1、穿越段工程概况
    上海地铁明珠线上体场车站穿越原地铁一号线上体馆站段（以下简称穿越段）由上行线隧道和下行线隧道组成，隧道断面尺寸6.16m×6.38m（高×宽），长22.6m.穿越段与地铁一号线斜交成79°，方向为由东向西。穿越段东端与明珠线上体场站相连，西端为明珠线区间隧道盾构工作井。
    穿越段附近地面绝对标高+4.19m.穿越段结构顶面标高为-10.08m，紧贴地铁一号线车站底板。穿越段结构底面标高为-15.82m.穿越段所处地层主要为饱和灰色淤泥质粘土和砂质粉土，地下水位与地面接近。穿越段施工采用冻结法加固地层，矿山法开挖的方案。
    穿越段工程施工难度及风险均较大，主要原因一是穿越段上方为地铁车站和城市干道立交桥，周边有多幢住宅和重要公共建筑；二是穿越段结构紧贴地铁一号线车站底板，同时开挖范围内有近4m厚的超细粉砂地层，且地下水水压较高；三是穿越段需穿透两道厚0.8m的原地铁一号线车站结构围护地下连续墙，开挖跨度较大。
    2、冻结施工方案设计
    由于穿越段开挖范围内有近4m厚的超细粉砂层，且地下水水压较高，施工时很容易发生水砂突出灾难性事故。尤其是穿越段上方紧挨原地铁车站，要求施工引起的原地铁车站结构沉降要控制在毫米级以内，对施工方案选择提出了很高的要求。根据以往施工经验，目前在隧道工程施工中经常采用的降水、注浆、管棚以及顶管等工法在该工程中都难以实施，或存在极大的风险，因而必须寻找一种新的施工方法，以彻底解决堵水、加固和有效控制周围地层及建筑物变形的难题。
    地层冻结法是用人工制冷的方法使含水地层冻结，形成冻土，从而提高地层稳定性和止水性的地层加固方法，适用于饱和砂土、淤泥等各种复杂地层加固。地层冻结法技术可靠，对施工条件要求宽，国际工程界认为它是在其他地层加固方法难以应用时的最终解决方案。
    尽管地层冻结法有很多优点，但根据分析，在穿越段工程中应用该项技术还存在一些技术难题。首先是地层冻结时会产生冻胀变形，最大冻胀量可以达到冻土体积的7%以上，而冻土解冻时又会发生收缩融沉，且收缩量可以超过冻胀量，从而使周围地层出现明显隆起和沉降现象，引起周围建筑物移位或产生变形破坏。其次是穿越段工程冻结边界条件极为复杂，冻结区与地铁一号线车站底板、围护地下连续墙等易散热物体直接接触，使得接触面处特别容易出现冻结薄弱区，从而影响冻结维护结构的强度与封水性。第三是在拟开挖隧道周围施工冻结钻孔和安装冻结管难度较大，钻孔时容易发生水砂突出事故。
    下行线隧道与上行线隧道均采用“田”字形断面的冻结壁形式，冻结设计参数见附表。冻结系统设计最低盐水温度为-28～-30℃，维护冻结盐水温度为-20℃，单孔盐水流量为5～7m3/h.每条隧道计算需冷量为470MJ/h，实际装机制冷量为700MJ/h。