地鐵車站風道結構凍結暗挖法施工工藝

中交第三航務工程局有限公司廈門分公司，福建 廈門 361000

1 工程概況

1.1 地鐵車站周邊的管廊分布情況

某地鐵10號線夢都大街站東側分布三條呈平行位置關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。根據車站的結構布置方案，1號出入口及風道、2號出入口、2號風道三個部分均屬于復雜施工條件區域，需要下穿既有高壓電纜管廊，對開挖施工工藝提出了較高的要求，且應當兼顧開挖施工質量和管廊正常使用的雙重要求。

1.2 地質、水文情況

項目地處長江漫灘區，開挖范圍內所遇地層主要為①-1雜填土層、②-2b4淤泥質粉質黏土夾粉砂層、②-3c3粉土夾粉砂層、②-4d2粉砂層。

水文方面以地下水為主，包含松散巖類孔隙水及基巖裂隙水兩類，其中孔隙潛水分布范圍的標高為2.89～4.26m，對應的是①-1層和②-2b4層。

2 施工難點

（1）地質條件欠佳。土層上部以淤泥質粉質黏土層為主，其特點是含水量高、壓縮性強，呈流塑狀，缺乏足夠的穩定性；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，該部分土層缺乏穩定性。

（2）結構高、跨度大。地下通道統一采取矩形斷面的形式，但尺寸不盡相同。2號出入口通道的跨度較大，與電纜通道呈47°相交關系；1號出入口及1號風道的高度較高，共計6.9m。在前期設計和后續施工中，應當立足于結構高、跨度大的難點，合理選擇與該類環境相適應的施工工法。

（3）電纜通道的保護要求高。現場覆土僅為2.9～4.3m，距電纜通道底板0.7～1.8m，而該電纜管廊的兩側采用磚砌結構，底部為素混凝土結構，下方分布碎石墊層，總體來看結構的穩定性不足，缺乏足夠的抗變形能力，應當切實加強防護，以免因側墻、底板等結構受損而影響電纜管廊的正常使用。

（4）現場干擾因素多。基坑周邊敷設φ800mm的自來水管，并且基坑緊鄰現有建筑，因而必須做好支護工作，形成具有完整性和穩定性的支護結構，以免出現失穩、漏水等質量問題。

3 凍結暗挖施工方案

3.1 施工分區及基本流程

高壓電纜管廊范圍內均為暗挖施工，兩側為明挖施工。在通道結構組成中，于頂部設密排管棚，利用該裝置托舉高壓管廊，以維持該類管廊的穩定性；沿通道周邊布設水平凍結管，目的是構成完整的凍結帷幕，發揮擋土和隔水的作用。凍結施工的基本流程如下：

（1）沿電纜通道兩側設置咬合樁，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程的推進，待結構底板封閉后，搭設管棚和凍結管。

（2）針對開挖掌子面采取全斷面加固措施，隨后引入CRD工法，進入暗挖施工環節。開挖遵循分塊、分段的基本原則，縱向開挖步距取0.5m。在施工過程中，每完成一塊開挖后，應隨即架設型鋼支架并掛網噴射混凝土，形成初期支護結構。

（3）開挖工作落實到位后，施工防水層，澆筑二襯混凝土。

（4）待前述主體結構的施工均完成后，開始填充注漿，再解凍，期間密切觀察融沉監測結果，對實際情況做出準確的判斷，進而采取針對性的跟蹤補償注漿措施。

3.2 凍結孔設計

凍結壁厚3m，結構兩側及底部均按照梅花形布置的方式設凍結孔，距初支外側1000mm，孔間距為700mm，排距為1000mm。在1號出入口及1號風道施工中，在中間區域增設橫向凍結孔（1排），通過此方式增強凍結帷幕的穩定性。2號出入口的跨度較大，穩定性要求較高，因此在中間區域增設垂直向凍結孔，類似于形成豎向支撐裝置，有利于維持結構的穩定性。

3.3 凍結參數設計

溫度方面，開挖施工過程中凍結鹽水的溫度宜穩定在-30～-28℃，凍結壁的平均溫度為-10℃。

凍結孔布設方面，1號出入口及1號風道的數量為101個，總長834m；2號出入口的數量為125個，總長1593m；2號風道的數量為78個，總長686m。外圍凍結孔布設時，要求其終孔距離Lmax≤1000mm。

凍結需冷量Q的計算，可采用以下公式：

式中：d為凍結管直徑，m；l為凍結總長度，m；k為凍結管散熱系數。

通過計算，得到以下結果：1號出入口及1號風道凍結需冷量為50.65×104kJ/h；2號出入口凍結需冷量為6.91×104kJ/h；2號風道凍結需冷量為41.73×104kJ/h。

3.4 管棚設計

管棚施工所用裝置為φ108mm×8mm鋼管，按照0.3m的距離依次布設；為充分發揮管棚的支護作用，要求其穿過兩端封堵墻；設置H型鋼支架，以起到支撐管棚的效果。

3.5 暗挖順序及臨時支護

1號出入口及1號風道、2號出入口、2號風道各自的開挖斷面跨度分別為8.5m、12.5m、6.0m。由此可見，開挖斷面普遍較大，同時施工現場的地質條件欠佳，如淤泥質黏土、砂層均缺乏穩定性。考慮到安全層面的要求，決定采取分層、分塊、階梯開挖的方法，適度減少單次開挖量，以免造成大范圍的擾動性影響[1-3]。

2號出入口共含2層，各層分為3個區域，由此形成6個開挖區。初期支護采用型鋼支架和掛網噴射混凝土結合的方案，材料為308工字鋼和C25混凝土（厚度按35cm控制）；此外，在中部臨時支撐施工中也采用網噴混凝土的方法。為有效保證型鋼支架的穩定性，在其后方墊5cm的木背板，該材料與凍結帷幕間存在不同程度的間隙，需采取高強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束并且滿足特定的強度要求后，進入外圍凍結壁的解凍環節，此過程中易出現融沉現象。為實現對融沉的有效控制，應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 注漿孔的布設方法

在初期支護外地層注漿，按照2m的間距依次布設注漿孔，縱向每2m設注漿斷面。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 注漿時間的控制

以施工需求為準，需制備足量的漿液，及時用于注漿施工。結構的實測強度達到設計強度的60%時，暫停凍結作業，安排3～7d的停機時間，隨后填充注漿。利用該方式可以有效解決凍土融化問題，以免其損傷上部以及周邊的管線。注漿遵循小壓力的原則，全程將壓力穩定在0.2～0.5MPa，分多次注入，全面保證漿液注入的飽滿性。

4.3 注漿量的控制

根據要求，相比凍土體積，注漿水泥用量以該值的50%較合適。據此推算，確定各處的注漿量，1號出入口及1號風道、2號出入口、2號風道分別為850t、1200t、700t。

4.4 注漿結束的標準

加強監測，若一天內上部地面的沉降量達到0.5mm以上，或是整個過程上部地面累計沉降達到3mm以上，均要及時組織融沉補償注漿作業。若凍結壁已經達到完全融化的狀態，且地層每半個月的沉降量未超過0.5mm，則此條件下可以結束融沉補償注漿作業[4-5]。

5 監測結果

（1）1號出入口及1號風道開機凍結54d后，最小凍結壁厚度為3.72mm，平均溫度為-14.2℃；2號出入口開機凍結45d后，最小凍結壁厚度為3.16mm，平均溫度為-12.1℃；2號風道開機凍結31d后，最小凍結壁厚度為2.2mm，平均溫度為-11.3℃。

（2）凍結土層的抗壓強度平均值為4.03MPa，抗剪強度為1.6MPa，在整個凍結過程中，高壓管廊可以維持相對穩定的狀態，最大隆起量為5mm，最大沉降量為30mm，各方面均得到有效控制，現場電力綜合管廊未受到不良影響，可以正常使用。

總體來看，施工狀況較為良好，由此說明凍結暗挖法施工工藝具有可行性。

6 結束語

綜上所述，凍結暗挖法施工工藝的應用有助于改善地鐵車站的施工環境，在保證車站正常施工的同時，可減輕對周邊現狀建（構）筑物的影響。文章通過對凍結暗挖法施工工藝的分析，提出了相應的技術要點，希望為類似工程提供參考。