某地下高鐵站暗挖段凍結(jié)法技術(shù)總結(jié)

某地下高鐵站暗挖段凍結(jié)法技術(shù)總結(jié)一、工程概況蘇州某地下高鐵站位于蘇州市工業(yè)園區(qū)。車站除下穿地鐵2、6號線區(qū)間處采用礦山法施工外，其余均采用明挖法施工。圖1-1工程概況圖二、凍結(jié)法介紹2.1凍結(jié)法的基本概念人工凍結(jié)法是利用人工制冷技術(shù)使地層中的水結(jié)冰形成凍土，隔絕地下水與地下工程的聯(lián)系，在凍結(jié)壁保護下進行地下工程施工的地基處理方法。作為一種臨時地基加固方法，目前已被廣泛應(yīng)用于城市地下工程施工中。2.1凍結(jié)法的特點國內(nèi)外人工凍結(jié)法施工實踐經(jīng)驗證明該工法有以下特點:(1)可有效隔絕地下水，其抗?jié)B透性能是其他任何方法不能相比的，對于含水率大于10%的任何含水、松散、不穩(wěn)定地層均可采用凍結(jié)法施工技術(shù)；可在極其復(fù)雜的工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件下使用，幾乎不受地質(zhì)條件的限制；可用于地下水流速小于40m/d的條件下。(2)凍結(jié)壁是典型黏彈塑性材料，其強度與土質(zhì)、重度、含水率、含鹽量及溫度等因素有關(guān)，土凍結(jié)后凍土強度可提高幾十到一百多倍，一般可以達到2~10MPa。(3)可形成任意深度、任意形狀的凍結(jié)壁；可根據(jù)結(jié)構(gòu)尺寸及圍巖地質(zhì)條件靈活布置凍結(jié)孔和調(diào)節(jié)鹽水溫度、改變和控制凍結(jié)壁厚度和強度，不受形狀和尺寸限制。(4)凍結(jié)法是一種環(huán)境友好的施工方法，用電能換取冷能，對周圍環(huán)境無污染，無有害物質(zhì)排放，對地下水無污染，無異物進入土壤；噪聲小，凍結(jié)結(jié)束后，不影響建筑物周圍地下結(jié)構(gòu)。凍結(jié)只是臨時改變巖土的承載、密封性能，為構(gòu)筑新的地下空間服務(wù)，施工完成后，根據(jù)需要可拔除凍結(jié)管，凍土將解凍融化；因此不污染環(huán)境，是“綠色”施工方法。(5)人工凍結(jié)法存在凍脹融沉的危害。實踐證明，在含粗粒成分特別是砂礫土中，幾乎無凍脹和凍融沉陷現(xiàn)象。在黏土等細粒土中，凍脹融沉可通過理論計算對其預(yù)測，并采取有關(guān)措施，抑制凍脹，減小融沉，達到工程要求。(6)凍結(jié)法是相對昂貴、需要精細施工管理、需要較多施工經(jīng)驗的方法，但在工程規(guī)模大、地質(zhì)條件較為復(fù)雜的情況下，人工凍結(jié)法可一次加固成功，相比先進行化學(xué)加固再進行凍結(jié)補充加固的方法，經(jīng)濟性較好。2.3凍結(jié)法施工的階段及工序1、凍結(jié)法施工可分為三個階段:(1)積極凍結(jié)期。凍結(jié)壁首先從每個凍結(jié)管向外擴展，在每個凍結(jié)管周圍形成凍結(jié)柱，當(dāng)各凍結(jié)管的凍結(jié)圓柱連成一片時隨著凍結(jié)時間的延長，地層的平均溫度逐漸降低，凍土墻的強度也逐漸增大。當(dāng)?shù)貙訙囟冗_到設(shè)計阻度時，該階段結(jié)束。(2)維護凍結(jié)期。此階段主要是補充地層的冷量損失，維持地層的溫度穩(wěn)定。(3)解凍(恢復(fù))期。當(dāng)?shù)貙娱_挖和永久結(jié)構(gòu)施工完成，就可以解凍，拔除凍結(jié)管。2、凍結(jié)法施工的四大工序:(1)凍結(jié)站安裝。凍結(jié)站由壓縮機、冷凝器、蒸發(fā)器、節(jié)流閥、中間冷卻器、鹽水循環(huán)系統(tǒng)設(shè)備等組成。(2)凍結(jié)管的施工。鉆凍結(jié)孔，在凍結(jié)孔內(nèi)設(shè)置凍結(jié)器，將不同凍結(jié)孔內(nèi)的凍結(jié)器連成一個系統(tǒng)，并與凍結(jié)站連接。(3)地層凍結(jié)。(4)地下工程掘進施工。三、凍結(jié)法各類型的孔3.1凍結(jié)孔凍結(jié)孔是在地面或地下有限空間環(huán)境中，對擬構(gòu)建凍結(jié)壁的地層進行鉆進施工，形成用于能安裝凍結(jié)器的鉆孔，有垂直、水平、傾斜等多種形式之分。其布置應(yīng)符合下列規(guī)定：1、凍結(jié)孔的布置應(yīng)滿足設(shè)計凍結(jié)壁的厚度和凍結(jié)平均溫度要求；2、凍結(jié)孔布置參數(shù)應(yīng)包括凍結(jié)孔開孔孔位、開孔間距、頂(傾)角、方位角、孔深、成孔偏斜度等；3、凍結(jié)偏斜控制參數(shù)應(yīng)包括偏斜率、偏值、偏向，最大相鄰孔鉆孔控制間距；4、凍結(jié)孔最大允許偏斜值即凍結(jié)孔鉆孔軌跡與設(shè)計軌跡之間的距離；5、凍結(jié)孔鉆孔間距應(yīng)按設(shè)計凍結(jié)壁厚度、凍結(jié)壁平均溫度、鹽水溫度、積極凍結(jié)時間和凍結(jié)工期要求等確定。本次下穿暗挖凍結(jié)法的橫向凍結(jié)孔布置還應(yīng)符合下列規(guī)定:1、區(qū)間兩隧道中心線間距小于20m時，可采用在隧道的單側(cè)布置凍結(jié)孔:區(qū)間兩隧道中心線間距大于等于20m時，宜采用在隧道的兩側(cè)布置凍結(jié)孔；2、橫通道凍結(jié)孔宜單側(cè)布置凍結(jié)孔，開孔應(yīng)避開支護結(jié)構(gòu)主筋，分段凍結(jié)時接續(xù)凍結(jié)孔應(yīng)留有搭接位置；3、單排凍結(jié)孔不能滿足凍結(jié)壁設(shè)計要求時，可布置雙排或多排凍結(jié)孔。多排凍結(jié)孔密集布置時，中間凍結(jié)孔距可適當(dāng)放大；4、單側(cè)供冷且隧道中心線間距小于20m的凍結(jié)孔布置，設(shè)計時應(yīng)布置不少于2個透孔；5、橫向凍結(jié)孔偏斜精度要求：6、單排橫向凍結(jié)孔鉆孔控制間距設(shè)計值3.2測溫孔測溫孔是在人工地層凍結(jié)工程中，布置在凍結(jié)壁及凍結(jié)降溫區(qū)內(nèi)，用于安裝溫度監(jiān)測裝置，觀測地層溫度變化而設(shè)置的管孔。測溫孔應(yīng)監(jiān)測凍結(jié)壁厚度、凍結(jié)壁平均溫度、凍結(jié)壁與襯砌結(jié)構(gòu)（管片）界面溫度和開挖區(qū)附近地層凍結(jié)情況。橫向凍結(jié)壁測溫孔布置應(yīng)符合下列規(guī)定：1、測溫孔宜布置在凍結(jié)孔間距較大的凍結(jié)壁界面上或凍結(jié)薄弱處；2、每個導(dǎo)洞測凍結(jié)壁厚度的測溫孔隧道每側(cè)不宜少于4個，凍結(jié)壁內(nèi)、外設(shè)計邊界上均應(yīng)布置測溫孔；3、凍結(jié)壁與地下建筑結(jié)構(gòu)交界面處，地下水流影響到的凍結(jié)壁位置處。3.3泄壓孔泄壓孔是在人工地層凍結(jié)工程施工中，為了減小地層凍脹的不利作用或危害，用來釋放因地層凍脹產(chǎn)生的水土壓力而設(shè)置的管孔。泄壓孔布置應(yīng)符合下列規(guī)定：1、當(dāng)凍結(jié)壁鄰近存在敏感管線、既有線軌道等重要地上地下建筑時，應(yīng)根據(jù)凍脹融沉分析設(shè)置泄壓孔；2、既止水又承載的凍結(jié)壁結(jié)構(gòu)內(nèi)至少布置2個以上泄壓孔，可與水文觀測孔共用；3、凍結(jié)工程中的泄壓孔，長度、孔徑、方位和數(shù)量應(yīng)凍脹防護要求匹配。3.4透孔用于校正鉆孔角度和穿設(shè)電纜線等。四、凍脹融沉人工凍結(jié)法能夠良好的達到止水、承載的作用，但凍脹和融沉對周圍環(huán)境產(chǎn)生不良影響。土體的凍脹融沉與土體本身的性質(zhì)和各種外部影響因素有關(guān)。本項目采用大直徑水平超高壓旋噴樁加固抑制凍脹融沉，以下從水泥摻入比、含水率、齡期、冷端溫度、荷載、滲透系數(shù)來分析凍脹特性的影響，從水泥摻入比和融化溫度分析融沉特性的影響。4.1水泥土對凍脹的影響控制因素4.1.1水泥摻入比對凍脹特性的影響如圖4.1給出了砂土質(zhì)水泥土和黏土質(zhì)水泥土的凍脹率和水泥摻入比的關(guān)系曲線。封閉系統(tǒng)中，未摻入水泥的粉質(zhì)黏土凍脹率為11.56%，屬于強凍脹土；砂土脹率為2.73%，屬于弱凍脹土。隨摻入比增大，水泥熟料中的礦物發(fā)生水化反應(yīng)，水化產(chǎn)物填充了孔隙并將土顆粒連接在一起，增大了固體顆粒結(jié)構(gòu)之間的抗力，且隨水泥摻入比增大，抵抗破壞顆粒骨架能力越大，凍脹率越小。兩種水泥土的凍脹率隨水泥摻入比增大均呈下降趨勢，滿足較好的指數(shù)關(guān)系。黏土、砂土中水泥摻入比對凍脹率影響均存在一最佳摻入比，當(dāng)水泥摻入比小于最佳摻入比時，水泥土對凍脹的抑制較顯著，當(dāng)大于最佳摻入比時，隨摻入比增大，凍脹抑制效果增大不明顯。最佳摻入比隨土質(zhì)不同而不同，黏土和砂土的最佳摻入比分別為10%、5%(此時凍脹率分別為1%和0.5%)。因此凍結(jié)法施工時，可預(yù)先采用水泥土（旋噴樁）改良相應(yīng)的凍結(jié)地層來抑制凍脹，減輕凍脹對周圍環(huán)境的影響。圖4.1.1凍脹率與水泥摻入比關(guān)系曲線4.1.2含水率對凍脹特性的影響如圖4.2給出了砂土質(zhì)水泥土和黏土質(zhì)水泥土的凍脹率和含水率關(guān)系曲線。相同密度、齡期、冷端溫度和荷載條件下，兩種水泥土的凍脹率與含水率呈良好的線性關(guān)系，黏土質(zhì)水泥土的斜率略大于砂土質(zhì)水泥土的斜率，即含水率的變化對黏土質(zhì)水泥土的影響略大于砂土質(zhì)水泥土。由于水泥摻人土中后經(jīng)過28d的標準養(yǎng)護，已具備了一定的強度，砂土質(zhì)水泥土較黏土質(zhì)水泥土強度更大，形成的水泥土顆粒膠結(jié)骨架能夠抵抗凍脹力，因此當(dāng)含水率變化1%時，砂土質(zhì)水泥土和黏土質(zhì)水泥土的凍脹率分別變化0.05%和0.08%，說明含水率變化對具有一定齡期的水泥土的凍脹影響不顯著。據(jù)線性關(guān)系式可推算出砂土質(zhì)水泥土和黏土質(zhì)水泥土的起始凍脹含水率分別為7.4%和10.3%。圖4.1.2凍脹率與含水率關(guān)系曲線4.1.3齡期對凍脹特性的影響圖4.1.3給出了砂土質(zhì)水泥土和黏土質(zhì)水泥土的凍脹率和齡期的關(guān)系曲線。兩種水泥土的凍脹率均隨齡期的增長而下降并逐漸穩(wěn)定，曲線均分為快速下降階段和逐漸穩(wěn)定階段。由于初期水泥在砂土中主要發(fā)生水化反應(yīng)，填充顆粒間的間隙，水泥膠結(jié)物和砂土顆粒產(chǎn)生凝結(jié)作用，因此14d以前砂土質(zhì)水泥土的凍脹率隨齡期快速減小，14d以后逐漸穩(wěn)定不變；而水泥在黏土中不僅發(fā)生水化、填充顆粒，膠結(jié)物與黏土顆粒之間的抱團作用增強了顆粒之間的作用力，強度緩慢增長，故齡期28d以前，由于黏土質(zhì)水泥土處于凍脹率處于快速下降階段，水泥對土體的凍脹抑制作用較為明顯，28d以后抑制作用減弱。但黏土質(zhì)水.泥土和砂土質(zhì)水泥土14d時的凍脹率分別僅為3%、0.5%，凍脹率已較小，可以滿足抑制凍脹的要求，因此對于凍結(jié)水泥改良土的養(yǎng)護齡期砂土質(zhì)水泥和黏土質(zhì)水泥土均可定為14d，既節(jié)約了工期，同時也抑制了凍脹。圖4.1.3凍脹率與齡期關(guān)系曲線4.1.4冷端溫度對凍脹特性的影響凍脹率和冷端溫度在試驗溫度范圍內(nèi)均呈良好的線性關(guān)系。砂土質(zhì)水泥土的凍脹率雖溫度升高變化不大，冷端溫度升高1℃，凍脹率增大0.012%，黏土質(zhì)水泥土凍脹率隨溫度升高而明顯增大，冷端溫度升高1℃，凍脹率增大0.22%。圖4.1.4凍脹率與冷端溫度關(guān)系曲線4.1.5荷載對凍脹特性的影響兩種水泥土凍脹率與荷載的關(guān)系曲線見圖4.1.5，二者之間呈明顯對數(shù)關(guān)系，凍脹率隨荷載增大而減小，即荷載對凍脹變形存在抑制作用，荷載越大抑制作用越明顯。外荷載的存在抵消了一部分凍脹力，影響了冰的體積膨脹，阻礙了水分的進一步遷移，故凍脹變形減小。圖4.1.5凍脹率與冷端溫度關(guān)系曲線4.1.6滲透系數(shù)對凍脹特性的影響水泥摻入比與滲透系數(shù)的關(guān)系曲線見圖4.1.6-1。相同水泥摻入比情況下，黏土質(zhì)水泥土的滲透系數(shù)較砂土質(zhì)水泥土大。兩種水泥土的滲透系數(shù)隨水泥摻入比的增大而減小。曲線分為兩個階段，砂土質(zhì)水泥土水泥摻入比小于5%時其滲透系數(shù)變化速率較大，水泥摻入比大于5%時滲透系數(shù)減小緩慢；水泥摻入比小于10%時黏土質(zhì)水泥土的滲透系數(shù)減小較快，水泥摻入比大于10%時黏土質(zhì)水泥土的滲透系數(shù)減小趨于平緩；與凍脹率隨水泥摻量變化出現(xiàn)臨界點是一致的，由此可知滲透系數(shù)與凍脹率之間聯(lián)系密切。滲透系數(shù)和凍脹率的關(guān)系曲線見圖4.1.6-2。水泥土凍脹率隨滲透系數(shù)減小而減小，相同滲透系數(shù)下黏土質(zhì)水泥土凍脹率較砂土質(zhì)水泥土大，水泥摻入比的增大兩種水泥土的滲透系數(shù)接近，其凍脹率也趨于一致。大量試驗表明，水分遷移作用是導(dǎo)致土體凍脹的主要根源，因此控制水分遷移是控制凍脹從而控制融沉的根本途徑。由于水分遷移的根本原因在于存在水分遷移的通道，試驗證明了水泥的摻人可從內(nèi)部減弱水分遷移的動力、堵塞水分遷移的通道，使土體凍脹率減小。圖4.1.6-1滲透系數(shù)與水泥摻入比關(guān)系曲線圖4.1.6-2凍脹率與滲透系數(shù)關(guān)系曲線4.2水泥土對融沉的影響控制因素4.2.1水泥摻入比對融沉特性的影響結(jié)合4.1.1和圖4.2.1，黏土、砂土中分別摻入10%、5%水泥量可使水泥土凍脹率較小，同時融沉也較小。圖4.2.1融沉系數(shù)與水泥摻入比關(guān)系曲線4.2.2融化溫度對融沉特性的影響融化溫度越高，融沉結(jié)束需要時間越短，但融化溫度對水泥土的融沉系數(shù)大小無影響，說明融化溫度只會改變地層的融沉速度，因此工程中采取強制解凍措施能夠加速融沉發(fā)生，但不會增加最終融沉量。4.3凍脹控制的工程措施4.3.1凍結(jié)體提前加固改良工程上常用的預(yù)加固方法有超前錨桿、超前小導(dǎo)管、旋噴加固、超前管棚加固、攪拌樁加固等。本工程采用大直徑水平超高壓旋噴樁和超前管棚抑制凍脹融沉，加固后的土體，除了強度提高以外，還會由于含水量的減少而減少土的凍脹、融沉效應(yīng)。凍結(jié)孔布設(shè)在加固體中，達到減緩凍脹的作用。4.3.2設(shè)置合理的凍結(jié)范圍和厚度，設(shè)置熱水孔控制凍結(jié)邊界凍土帷幕具有封水和承載兩大功能。為盡量減小凍脹的不利影響及減小凍土體量，設(shè)計凍土帷幕厚度應(yīng)以能提供足夠封水能力為主。根據(jù)施工方案制定原則，該工程采用分區(qū)凍結(jié)、分部構(gòu)筑的方式，進行該區(qū)段施工。凍結(jié)孔位采用圍繞結(jié)構(gòu)外輪廓的“〇字型”布置方式。第一排凍結(jié)孔間距為1300mm，第二排間距1500mm，鉆孔施工角度為0°，凍土帷幕厚度取1.4m，凍結(jié)壁設(shè)計平均溫度≤-10℃，積極凍結(jié)時間30d。經(jīng)驗算復(fù)核，孔位布置滿足要求。部分凍結(jié)孔考慮到鉆孔工作面可能受限制，調(diào)整為鉆孔施工角度略偏的凍結(jié)孔。每個結(jié)構(gòu)面中部布置2個透孔。4.3.2設(shè)置泄壓孔，降低凍脹壓力和孔隙水壓力設(shè)置泄壓孔控制凍脹即在凍土帷幕及附近未凍土中設(shè)置泄壓孔，通過注入泥水泄壓消散作用在結(jié)構(gòu)上的凍結(jié)附加力。在凍脹引起地層壓縮時，可從泄壓孔排除部分土體。目前設(shè)置泄壓孔已成為凍結(jié)法施工的普遍做法。本工程于每個凍結(jié)壁結(jié)構(gòu)布置2個泄壓孔。積極凍結(jié)期內(nèi)，需密切關(guān)注地表監(jiān)測數(shù)據(jù)和泄壓孔壓力表讀數(shù)。一旦發(fā)現(xiàn)地面出現(xiàn)持續(xù)隆起趨勢或壓力表讀數(shù)持續(xù)增長，應(yīng)立即打開泄壓孔閥門進行泄壓。泄壓時，利用電子自動采集系統(tǒng)實時采集地表變形情況，以控制單次泄壓量，并及時用清水沖洗泄壓孔以防泄壓孔堵塞。4.3.3改變封閉式凍結(jié)為開放凍結(jié)控制脹凍改變封閉式凍結(jié)為開放凍結(jié)控制脹凍即通過調(diào)整部分凍結(jié)孔的凍結(jié)順序，使部分凍結(jié)孔滯后凍結(jié)，因此在大部分水平凍結(jié)孔凍土交圈時期，凍脹壓力有一個釋放的通道，有利于避免在全面凍結(jié)下聯(lián)絡(luò)通道形成較大的凍脹壓力。本工程采用此方法，將部分凍結(jié)孔延遲凍結(jié)7d，在大部分凍結(jié)孔凍土交圈時期，凍脹壓力有釋放的通道。上海明珠二期上體場穿越上海地鐵一號線工程和上海大連路越江隧道聯(lián)絡(luò)通道都采用此方法。4.3.4連續(xù)控溫凍結(jié)通過溫控系統(tǒng)設(shè)置的解凍孔、測溫孔和泄壓孔之間的相互配合，有效控制凍脹對地面及地下管線的不利影響。根據(jù)溫控區(qū)測溫孔的監(jiān)測數(shù)據(jù)，如溫控區(qū)溫度低于-1℃時，應(yīng)及時解凍溫控區(qū)凍土，以保證泄壓孔有效工作；當(dāng)測溫孔溫度升至1℃時，應(yīng)及時停止解凍，以防過度解凍破壞凍土帷幕。4.3.5控制凍土的發(fā)展范圍由于下穿隧道與既有軌道交通2號線距離僅有6米，與既有軌道交通6號線緊貼，凍結(jié)法施工對既有線線將造成很大影響。因此在需要保護的結(jié)構(gòu)周圍布置溫度控制孔，根據(jù)凍結(jié)壁發(fā)展情況，及時調(diào)整溫度控制孔內(nèi)的鹽水流量和溫度，以控制凍結(jié)壁發(fā)展、減少凍脹力。六、工程實例6.1南京地鐵10號線某車站附屬結(jié)構(gòu)一號出入口及風(fēng)道水平凍結(jié)法南京地鐵10號線某車站附屬結(jié)構(gòu)一號出入口及風(fēng)道有三根高壓電纜橫向穿過，由于高壓電纜無法遷移，高壓電纜橫穿區(qū)域無法采用明挖法施工。考慮到一號出入口上部有高壓管線橫穿，而遷移管線的成本巨大，摒棄在附屬結(jié)構(gòu)施工中常用的明挖法施工，以暗挖法取代，而實施暗挖法需要對所在地層進行加固一號出入口及風(fēng)道所處地層主要以自立性較差的淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土夾粉土粉砂層為主，為保證上述附屬結(jié)構(gòu)暗挖施工的安全性及開挖面的穩(wěn)定性，經(jīng)比較分析針對本工程提出了一種全新的復(fù)合加固方案——管棚與水平凍結(jié)聯(lián)合加固方案。本方案以水平凍結(jié)為主，形成水平凍結(jié)壁擋土擋水。為了節(jié)約成本，采用局部凍結(jié)方案；開挖斷面采取全斷面注漿。由于暗挖頂部受高壓管線影響，僅可布置單排凍結(jié)孔，積極凍結(jié)30d，凍結(jié)壁厚度遠達不到所需。因此，在暗挖結(jié)構(gòu)上部打設(shè)管棚托住高壓管線，保證其在凍結(jié)以及開挖施工中的穩(wěn)定性，克服凍結(jié)法施工中凍脹融沉對高壓管線影響。圖6.1-1凍結(jié)施工參數(shù)設(shè)計凍結(jié)壁平均溫度不高于-10℃，凍結(jié)壁厚度不小于3.0m。頂部設(shè)有29個管棚管。圖6.1-2凍結(jié)孔布置剖面圖出入口開挖斷面寬度9.5m。開挖斷面較大，而且地質(zhì)條件主要以自立性較差的淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土夾粉土粉砂層為主。為確保暗挖段基坑順利安全的開挖，暗挖段方案采用交叉中隔壁(CRD)工法進行施工。圖6.1-3開挖順序?qū)嵺`證明，采用管棚與水平凍結(jié)聯(lián)合加固的方式很好地保護了高壓管線，并使暗挖方案順利進行。6.2蘇州地鐵S1號線鹿城路站～白馬涇路站區(qū)間隧道聯(lián)絡(luò)通道凍結(jié)法蘇州地鐵S1號線鹿城路站～白馬涇路站區(qū)間隧道長約1228m，設(shè)置兩座聯(lián)絡(luò)通道。1＃聯(lián)絡(luò)通道與泵房合建，位置設(shè)在里程右DK15+092.230(左DK15+088.744)處，聯(lián)絡(luò)通道線間距為14.312m，聯(lián)絡(luò)通道覆土厚度約為17.98m；2＃聯(lián)絡(luò)通道，無泵房，位于里程右DK15+480.00(左DK15+477.369)處，聯(lián)絡(luò)通道線間距為11.722m，聯(lián)絡(luò)通道覆土厚度約為15.58m。該工程位于較為平坦的平原地區(qū)，該區(qū)域內(nèi)具有較為穩(wěn)定的地質(zhì)構(gòu)造。從上至下依次為④2粉土夾粉砂層、④3粉土夾粉質(zhì)黏土層、⑤1粉質(zhì)黏土層及⑤2a粉砂層。圖6.2-1斷面圖凍結(jié)設(shè)計參數(shù)：(1)凍土帷幕厚度2.0m；(2)設(shè)計鹽水溫度為-28～-30℃；(3)所允許的凍結(jié)孔單孔的最低流量為5～7m3/h；(4)凍結(jié)孔終孔最大間距為1050mm，其凍土發(fā)展速度和凍結(jié)帷幕交圈時間分別為26mm/d和21d左右，40d為達到設(shè)計厚度的時間；(5)使用凍結(jié)管規(guī)格為φ89×8mm，型號為20＃低碳無縫鋼管，連接方式為使用絲扣進行焊接。用φ42×4mm的塑料管作為供液管，用φ159×6mm的無縫鋼管作為鹽水干管和集配液圈。凍結(jié)孔布設(shè)：在聯(lián)絡(luò)通道的周圍進行凍結(jié)孔的設(shè)置，以聯(lián)絡(luò)通道泵房結(jié)構(gòu)以及凍結(jié)帷幕厚度(2.0m)為依據(jù)，進行三個角度的設(shè)置，分別為下俯、近水平和上仰，共設(shè)置凍結(jié)孔74個，凍結(jié)站主側(cè)和對側(cè)隧道內(nèi)各為50個和24個。圖6.2-2凍結(jié)孔布設(shè)6.3上海軌道交通四號錢上海體育場穿越段凍結(jié)工程軌道交通4號線上海體育場站位于交通繁忙的漕溪北路、零陵路路口，為地下三層雙柱三跨箱型結(jié)構(gòu)，車站占地面積約5200㎡，長193m。軌道交通4號線上體場站與地鐵1號線上：體館站平面呈“丁”字相交。其中，1號線車站為地下二層箱型結(jié)構(gòu)，與4號線車站共享地下一層站廳層，實現(xiàn)兩線間的自由換乘。按使用功能要求，4號線車站下三層必須從1號線車站底板下穿越，以保證軌道線路通暢。該點地處鬧市中心，交通相當(dāng)繁忙，地下管線密如蛛網(wǎng)，東有上海體育館，西有華亭賓館和20世紀70年代建成的漕溪北路高層住宅群，其凈距僅有25m。工程位于極不穩(wěn)定地層中，上體場穿越段主要土層是上海④-1淤泥質(zhì)黏土與④-2飽和砂質(zhì)粉土夾粉質(zhì)黏土。④-1土層孔隙比大、含水豐富、承載力低、容易壓縮，在動力作用下易流變，開挖后天然土體本身難以自穩(wěn)。尤其是④-2飽和砂質(zhì)粉土夾粉質(zhì)黏土，透水性很好，極易發(fā)生水砂突出。采用凍結(jié)法加固土體。圖6.3-1穿越段凍結(jié)孔布設(shè)淤泥質(zhì)黏土設(shè)計凍結(jié)壁平均溫度為-10℃，凍土抗拉強度為2.1MPa。淤泥質(zhì)黏土-10℃條件下的剪切強度為l.5MPa。凍結(jié)壁結(jié)構(gòu)上作用的土壓力計算采用靜止土壓力并考慮2.0t/㎡的地面超載；凍結(jié)壁底板反力主要受底板靜水壓力和穿越段開挖時因底板向上變形，下部土體的作用力。凍土結(jié)構(gòu)按彈性理論模型計算，凍結(jié)壁被假設(shè)為均勻的受力結(jié)構(gòu)。分隧道開挖階段和完成型鋼支架支護兩個階段計算凍結(jié)壁結(jié)構(gòu)受力。6.4上海某地鐵出入口凍結(jié)法超前預(yù)加固上海某地鐵出人口結(jié)構(gòu)工程通道長度11.975m，凈寬5.7m，凈高2.55m，為矩形鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。圖6.4-1土層及管線分布示意圖出入口采用凍結(jié)法超前預(yù)加固的淺埋暗挖法施工工程難點較多。(1)凍脹控制難度大。由于出入口上方覆土較淺，故凍脹引起的地表抬升量較大；覆土內(nèi)市政管線眾多，其中雨水污水管下部距離凍結(jié)壁上邊界僅445mm；而且距離出人口東側(cè)9m處還有一幢6層居民樓，因而一旦覆土出現(xiàn)較大變形將會引起房屋傾斜開裂、道路破壞或地下管線破損，從而造成嚴重的負面社會影響。(2)地層條件差。地層為典型的上海地區(qū)軟土地層。地層中的灰色砂質(zhì)粉土具有高含水量、高壓縮性、高靈敏度和低強度的特點，極易突發(fā)涌水流砂事故。(3)出入口暗挖通道開挖斷面大。斷面寬度達7.5m，標準段斷面高5.15m，端部段斷面高6.155m。若施工不當(dāng)，極易引發(fā)塌方、冒頂?shù)仁鹿省榭刂苾雒洠诓伎自O(shè)計階段主要采用了以下設(shè)計方案：圖6.4-2車站側(cè)凍結(jié)孔位布置示意圖6.4-3工作井側(cè)凍結(jié)孔位布置示意(1)工作井側(cè)鉆孔施工前，在開挖面均勻布置20個注漿孔，以通過注漿對開挖面土體進行土質(zhì)改良。(2)出人口頂部凍結(jié)孔采用管棚凍結(jié)布孔方式。所謂管棚凍結(jié)，就是將凍結(jié)管布置成管棚型式，可承擔(dān)一定的荷載，起到管棚支護的作用，在保證凍結(jié)壁足夠封水能力的前提下能有效減小凍結(jié)壁厚度、減小凍土體量，從而達到控制凍脹的目的。基于這一思想，將出人口頂部的一排凍結(jié)孔調(diào)整為管棚型式，即將凍結(jié)管規(guī)格由重89mm×8mm改為更108mm×8mm，同時將凍結(jié)孔間距由800mm縮小為600mm。(3)在工作井側(cè)結(jié)構(gòu)面頂部的凍結(jié)壁上方布置兩排泄壓孔，以便及時控制凍脹對上部管線的不利影響。在結(jié)構(gòu)面四角分別布置3個泄壓孔，以控制開挖面內(nèi)部的凍脹，防止內(nèi)部凍脹抬升與頂部凍脹抬升產(chǎn)生的凍脹變形累加。泄壓孔采用φ108mmX8mm低碳無縫鋼管制作成花管型式。根據(jù)電子自動采集系統(tǒng)得到的地表沉降監(jiān)測結(jié)果，當(dāng)?shù)乇砺∑鹑兆兞窟_到+3mm時，及時打開泄壓孔閥門]進行泄壓；當(dāng)?shù)乇沓两等兆兞窟_到-3mm時，立即停止泄壓。避免單次泄壓過量，造成地面過大沉降。(4)在上部泄壓孔正下方布置了一排解凍孔。解凍孔與結(jié)構(gòu)面頂部的泄壓孔間隔交叉布置。一旦發(fā)生較大凍脹變形，可立即通過解凍孔內(nèi)