1工程概况
出入口顶板覆土较浅，仅为6.4m，管线众多，主要有300mm上水管，500mm煤气管道，800mm雨污水管道以及7孔高压电缆等。综合考虑交通影响、管线安全、施工安全及施工工期等因素，决定采用冻结法进行施工。出入口所处地层为②1砂质粉土、②3-1灰色砂质粉土、④淤泥质黏土及⑤1-1黏土层，出入口土层及管线位置如图1所示。
2工程难点
1)土层条件差根据地质资料，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，将会造成严重的社会影响。3)施工断面大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，冻结设计如图2，3所示。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。图3车站侧冻结孔布置Fig．3Freezingholeslayoutbesidethestation
4冻结法施工
4.1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冻结孔施工采用AOX-300Y-25型开孔钻机进行地下连续墙开孔工作，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。4.3积极冻结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灰色砂质粉土透水性高，含水量较丰富，采用冻结法施工极易产生较大冻胀区，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。通过对测温孔的观测，一旦测温孔温度降至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。左右侧通道完全挖通并完成初期支护后，对侧墙进行喷射C20素混凝土，最后进行Ⅴ区和Ⅵ区的开挖及初期支护工作。4.6构筑施工开挖施工完成后，进行防水施工。由于地铁工程对防水等级要求很高，按设计要求，采用技术上比较成熟的无钉孔铺设防水板的施工工艺。采用PVC防水板进行全包防水处理，缓冲层采用土工布。防水施工完成后进行钢筋绑扎，钢筋绑扎完成后安装模板并浇筑混凝土。出入口结构底板采用C40，P8商品混凝土。考虑到出入口的防水等级要求，结构侧墙及顶板采用C40自密实混凝土，以保证结构密实性。4.7地层融沉注浆结构施工完成后进行了3个月的融沉补偿注浆工作，注浆浆液以水泥-水玻璃双液浆为主，遵循多点、少量、多次、均匀的原则，注浆范围为整个冻结区域。
5结语
施工期间管线最大隆起量为上水管线11.4mm，最大沉降量为信息管线－8.5mm;地表深沉点垂直位移累计最大隆起量为10.1mm，最大沉降量为－12.4mm。冻胀融沉控制效果较为理想。本地铁出入口暗挖段是在复杂环境条件下修建的出入口，经监测，地表及结构沉降均满足安全性要求。在工程施工中，在保证地面交通不中断且管线保持正常使用的前提下，成功地运用冻结法，修建了地铁出入口，为城市地下结构施工积累了成功经验。
作者：付财 韩圣铭 韩玉福 单位：北京中煤矿山工程有限公司
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