凍結暗挖法在城市綜合體項目地下連通口施工中的應用

朱體瀚

浙江上嘉建設有限公司 浙江 嘉興 314000

在復雜的周邊環境和嚴苛的施工要求等因素制約下，地下連通口常規采用的明挖法將給城市交通帶來很大不便，且已無法滿足地下管線、鄰近構筑物的保護要求。近年來，在市政地下工程施工中，凍結暗挖法施工技術的運用已趨于成熟，但在城市綜合體工程中還未得到普及。為此，本文結合上海虹橋商務區核心區一期08地塊D13街坊城市綜合體項目地下連通口工程的特點，對凍結暗挖法在城市綜合體地下連通口施工中的運用做進一步探索[1-2]。

1 工程概況

1.1工程場地位置概況

本次施工范圍為上海市虹橋核心商務區08地塊，北側與外部共有2個連通口，分為甬虹路管溝、甬虹路地道。2個連通口內側均采用φ1 300 mm鉆孔灌注樁圍護，外側施工厚800 mm的TRD工法樁。連通口對側為臨時封堵墻封閉。連通口上方為已通車的甬虹路，西北側為公交車站樞紐，甬虹路能源管溝連通口與既有虹橋能源管溝相貫通，甬虹路地道連通口與已營業的龍湖虹橋天街商業中心地下連廊相貫通。甬虹路能源管溝、甬虹路地道2座連通口底部埋深分別為12.250、12.406 m，均位于③淤泥質粉質黏土層和④淤泥質黏土層，呈流塑（松散）狀態，具高壓縮性。

1.2障礙物類型及清障方案選擇

對工程產生影響的主要因素是來源于大氣降水的地下水——淺部的潛水，地下水高水位為－0.5 m，低水位為－1.5 m。針對水位很淺的本場地潛水問題，可以推斷地基土對混凝土有一定的微腐蝕作用，且地下水對鋼也具有一定程度的弱腐蝕性。沿甬虹路布置有市政給水、φ600 mm污水、φ1 000 mm雨水、信息、電纜等管線。

為保證施工連通口安全，甬虹路管溝、甬虹路地道2個連通口采用凍結礦山暗挖法進行施工。

2 施工方案及工藝流程

2.1凍結方案設計

1）甬虹路管溝連通口、甬虹路地道連通口采用“08地塊內鉆孔，凍結臨時加固土體，礦山法暗挖構筑”的施工方案，即：利用水平孔在08地塊內凍結并且加固地層，使外圍土體能夠凍結，形成強度高、封閉性好的凍土帷幕，并在其中使用礦山法開挖構筑。2個連通口的地層凍結以及開挖構筑施工均需在08地塊內進行。

2）根據凍土強度，設計甬虹路管溝連通口、甬虹路地道連通口以及申長路地道連通口的凍結壁厚度為：頂板凍結壁1.7 m，底板凍結壁1.7 m，側墻凍結壁＞1.7 m，開挖區內的“十”字形凍結壁為1.4～2.2 m。凍土的平均溫度≤－10 ℃。設計積極凍結時間為40 d，開挖施工期間可適當調節鹽水溫度，進行圍護凍結。

3）根據設計凍結帷幕厚度和形狀，甬虹路管溝連通口共布置37個凍結孔（包括1個透孔），孔深3.400～4.710 m。甬虹路地道連通口共布置50個凍結孔（包括1個透孔），孔深3.300～4.329 m。為穩定開挖撐子面的自立性，在分區間布設1排凍結孔，防止開挖時出現側方坍塌。為及時掌握該溫度場的變化情況，在其范圍內設置6個測溫孔，以監測凍結壁厚度、內墻界面溫度、平均溫度和開挖區附近地層凍結情況；監測時可根據實際情況適當調整孔的數量、位置和角度。具體凍結孔布置如圖1、圖2所示。

圖1 甬虹路管溝連通口凍結孔布置示意

圖2 甬虹路地道連通口凍結孔布置示意

在連通口內側非凍結處布置2個泄壓孔，可準確判斷凍結壁是否出現交圈的情況，并且可以釋放凍脹壓力，達到保護周邊環境的目的。

2.2開挖施工設計

在連通道開口處搭設工作平臺，將08地塊B2層車行道作為排渣及材料運輸通道。通過凍結加固情況分析凍結壁是否達到設計要求，在確認探孔可以進行正式開挖后，鑿除門洞部位鉆孔灌注樁，用礦山法施工。

將甬虹路管溝、甬虹路地道2座連通口各分為2區開挖，1區開挖完成并完成初期支護后，方可進行2區開挖（圖3、圖4）。單區開挖時采用上下短臺階掘砌的方式進行施工，開挖掌子面可適當放坡，保證土體的自穩性。通過觀察土體加固情況確定開挖步距，并控制其與初期支護一致，特殊情況下最大步距不超過0.8 m。

圖3 甬虹路管溝連通口開挖分區

圖4 甬虹路地道連通口開挖分區

開挖工序主要為：

1）鑿除Ⅰ區斷面內的鉆孔灌注樁，進尺0.4 m，并架設第1榀鋼架支撐。

2）斷面進尺0.4 m，此范圍均處于原08地塊已完成的φ1 300 mm鉆孔灌注樁加固范圍內，進尺完成后架設第2榀鋼架支撐。

3）斷面繼續進尺0.4 m并架設臨時支撐，穿過鉆孔灌注樁加固范圍，特殊情況下最大開挖進尺不超過0.7 m。

4）鑿除剩余土體，單次開挖進尺與臨時鋼架進尺間距保持一致。

5）Ⅰ區完成貫通后，開始Ⅱ區開挖。開挖工序與Ⅰ區一致，并架設臨時鋼架支撐，與Ⅰ區支撐完成對接并檢測連接的牢固程度。

2.3初期支護設計

初期支護采用材質為Q235B的HW200 mm×204 mm×12 mm×12 mm型鋼加工而成，型鋼支撐連接方式主要為焊接和螺栓連接，構件拼接采用10.9級高強螺栓副。

為了防止支架間出現凍結壁變形的情況，并減少冷量損失，鋼支撐后均需要用木背板密背填充，開挖面與木背板之間的空隙，采用M10水泥砂漿或C20混凝土充填密實，不得留有空隙。噴射混凝土厚度為250 mm，木背板厚度為30 mm。

3 施工要點

3.1鉆孔施工

采用MD-60型鉆機2臺施工，單側打鉆。采用二次開孔工藝，并安裝密封裝置，以防鉆透內墻時大量出泥、出水。施工前備好應急物資。成孔后及時充填注漿補充鉆孔時的水土流失。

施工時要保證鉆孔孔位、深度、偏斜、壓力試漏達到設計要求，否則應打補孔。

本次施工范圍內存在較多原圍護結構，如遇圍護結構難以鉆進，應使用合金鉆頭掏孔成形后，下方布置凍結管。布置凍結管時應快速及時，避免水土充填已掏孔。

選擇優質凍結管材，采用優質焊接材料保證焊接質量，接頭焊縫厚度不少于管壁厚度，焊縫平緩、光滑，無咬肉、夾渣、突出棱角等現象，責任到人，做好鉆孔施工記錄。

3.2凍結施工

本次工程的2座連通口埋深較淺，施工期間凍結溫度場受大氣溫度影響也值得關注，因此在積極凍結前需對凍結區域外2 m的范圍采取保溫措施。

采用技術自動化監測系統，通過在凍結站安裝運行監控箱，采用流量計、自動液位儀等，實時監測鹽水溫度及流量、測溫孔溫度，及時分析凍結壁的擴展速度和厚度，預計凍結壁達到設計厚度的時間。

融沉注漿遵照多點、少量、多次、均勻的循序漸進原則，并通過監測結構、地面以及建筑物的沉降和解凍溫度場等變化，適當調整注漿量以及時間間隔，確保其能穩定沉降。

3.3開挖支護

根據開挖工序，首先搭設底梁并檢查平整度及精平找正，嚴格按照設計要求保證鋼架支撐間距誤差不大于5 cm。再搭設兩邊側柱，利用水平尺檢查垂直度，并與底梁連接牢固。最后利用叉車將頂梁安裝就位，鋼架支撐整體連接螺栓復擰并達到終擰要求。鋼架支撐完成安裝后立即于背后填充木背板，并使用水泥砂漿（或C20混凝土）充填密實空隙。

待通道開挖貫通后，鋼支架外掛φ6 mm@200 mm鋼絲網，用混凝土噴射機噴射混凝土，以達到初期支護的目的。噴射混凝土厚度要包住鋼支撐。噴射完畢后，要及時進行表面的修整。

正常初期支護可每支護2～4榀鋼支架施工1次噴射混凝土，但當臨時支架受力明顯時，架設支架后應立即噴射混凝土進行支護。

初期支護中噴射混凝土是很關鍵的工序，為減少噴射混凝土回彈量，提高質量，可以采用濕噴工藝，分層施工，每層厚度不大于5 cm。其流程為：安裝調試→注水、送風→攪拌并按配比上料→噴射。

3.4施工監測

2座連通口積極凍結40 d后，平均溫度為－11.5 ℃，凍結壁平均發展速度為25～48 mm/d，按最低凍結壁發展速度計算，凍結壁厚度為1 749 mm，達到設計要求。

施工完成后，甬虹路連通口附近構筑物累計最大沉降點的沉降值為－1.8 mm，鄰近管線的最大沉降累計值為－6.5 mm，地表最大沉降累計值為－7.0 mm。

4 結語

1）本工程安全完成，可以證明在城市綜合體項目中使用凍結暗挖法施工地下連通口的可行性和合理性。通過合理設計凍結孔、泄壓孔、分區開挖，完善凍結監測系統，可準確判斷凍結帷幕的發展情況。

2）在商業區等城市繁華區域內采用凍結暗挖法施工地下工程，可在一定程度上減少對現有環境的影響，減緩建筑施工時對交通的服務性影響。