冻结暗挖法在城市综合体项目地下连通口施工中的应用

2021-09-14朱体瀚

建筑施工 2021年12期

朱体瀚

浙江上嘉建设有限公司浙江嘉兴 314000

在复杂的周边环境和严苛的施工要求等因素制约下，地下连通口常规采用的明挖法将给城市交通带来很大不便，且已无法满足地下管线、邻近构筑物的保护要求。近年来，在市政地下工程施工中，冻结暗挖法施工技术的运用已趋于成熟，但在城市综合体工程中还未得到普及。为此，本文结合上海虹桥商务区核心区一期08地块D13街坊城市综合体项目地下连通口工程的特点，对冻结暗挖法在城市综合体地下连通口施工中的运用做进一步探索[1-2]。

1 工程概况

1.1工程场地位置概况

本次施工范围为上海市虹桥核心商务区08地块，北侧与外部共有2个连通口，分为甬虹路管沟、甬虹路地道。2个连通口内侧均采用φ1 300 mm钻孔灌注桩围护，外侧施工厚800 mm的TRD工法桩。连通口对侧为临时封堵墙封闭。连通口上方为已通车的甬虹路，西北侧为公交车站枢纽，甬虹路能源管沟连通口与既有虹桥能源管沟相贯通，甬虹路地道连通口与已营业的龙湖虹桥天街商业中心地下连廊相贯通。甬虹路能源管沟、甬虹路地道2座连通口底部埋深分别为12.250、12.406 m，均位于③淤泥质粉质黏土层和④淤泥质黏土层，呈流塑（松散）状态，具高压缩性。

1.2障碍物类型及清障方案选择

对工程产生影响的主要因素是来源于大气降水的地下水——浅部的潜水，地下水高水位为－0.5 m，低水位为－1.5 m。针对水位很浅的本场地潜水问题，可以推断地基土对混凝土有一定的微腐蚀作用，且地下水对钢也具有一定程度的弱腐蚀性。沿甬虹路布置有市政给水、φ600 mm污水、φ1 000 mm雨水、信息、电缆等管线。

为保证施工连通口安全，甬虹路管沟、甬虹路地道2个连通口采用冻结矿山暗挖法进行施工。

2 施工方案及工艺流程

2.1冻结方案设计

1）甬虹路管沟连通口、甬虹路地道连通口采用“08地块内钻孔，冻结临时加固土体，矿山法暗挖构筑”的施工方案，即：利用水平孔在08地块内冻结并且加固地层，使外围土体能够冻结，形成强度高、封闭性好的冻土帷幕，并在其中使用矿山法开挖构筑。2个连通口的地层冻结以及开挖构筑施工均需在08地块内进行。

2）根据冻土强度，设计甬虹路管沟连通口、甬虹路地道连通口以及申长路地道连通口的冻结壁厚度为：顶板冻结壁1.7 m，底板冻结壁1.7 m，侧墙冻结壁＞1.7 m，开挖区内的“十”字形冻结壁为1.4～2.2 m。冻土的平均温度≤－10 ℃。设计积极冻结时间为40 d，开挖施工期间可适当调节盐水温度，进行围护冻结。

3）根据设计冻结帷幕厚度和形状，甬虹路管沟连通口共布置37个冻结孔（包括1个透孔），孔深3.400～4.710 m。甬虹路地道连通口共布置50个冻结孔（包括1个透孔），孔深3.300～4.329 m。为稳定开挖撑子面的自立性，在分区间布设1排冻结孔，防止开挖时出现侧方坍塌。为及时掌握该温度场的变化情况，在其范围内设置6个测温孔，以监测冻结壁厚度、内墙界面温度、平均温度和开挖区附近地层冻结情况；监测时可根据实际情况适当调整孔的数量、位置和角度。具体冻结孔布置如图1、图2所示。

图1 甬虹路管沟连通口冻结孔布置示意

图2 甬虹路地道连通口冻结孔布置示意

在连通口内侧非冻结处布置2个泄压孔，可准确判断冻结壁是否出现交圈的情况，并且可以释放冻胀压力，达到保护周边环境的目的。

2.2开挖施工设计

在连通道开口处搭设工作平台，将08地块B2层车行道作为排渣及材料运输通道。通过冻结加固情况分析冻结壁是否达到设计要求，在确认探孔可以进行正式开挖后，凿除门洞部位钻孔灌注桩，用矿山法施工。

将甬虹路管沟、甬虹路地道2座连通口各分为2区开挖，1区开挖完成并完成初期支护后，方可进行2区开挖（图3、图4）。单区开挖时采用上下短台阶掘砌的方式进行施工，开挖掌子面可适当放坡，保证土体的自稳性。通过观察土体加固情况确定开挖步距，并控制其与初期支护一致，特殊情况下最大步距不超过0.8 m。

图3 甬虹路管沟连通口开挖分区

图4 甬虹路地道连通口开挖分区

开挖工序主要为：

1）凿除Ⅰ区断面内的钻孔灌注桩，进尺0.4 m，并架设第1榀钢架支撑。

2）断面进尺0.4 m，此范围均处于原08地块已完成的φ1 300 mm钻孔灌注桩加固范围内，进尺完成后架设第2榀钢架支撑。

3）断面继续进尺0.4 m并架设临时支撑，穿过钻孔灌注桩加固范围，特殊情况下最大开挖进尺不超过0.7 m。

4）凿除剩余土体，单次开挖进尺与临时钢架进尺间距保持一致。

5）Ⅰ区完成贯通后，开始Ⅱ区开挖。开挖工序与Ⅰ区一致，并架设临时钢架支撑，与Ⅰ区支撑完成对接并检测连接的牢固程度。

2.3初期支护设计

初期支护采用材质为Q235B的HW200 mm×204 mm×12 mm×12 mm型钢加工而成，型钢支撑连接方式主要为焊接和螺栓连接，构件拼接采用10.9级高强螺栓副。

为了防止支架间出现冻结壁变形的情况，并减少冷量损失，钢支撑后均需要用木背板密背填充，开挖面与木背板之间的空隙，采用M10水泥砂浆或C20混凝土充填密实，不得留有空隙。喷射混凝土厚度为250 mm，木背板厚度为30 mm。

3 施工要点

3.1钻孔施工

采用MD-60型钻机2台施工，单侧打钻。采用二次开孔工艺，并安装密封装置，以防钻透内墙时大量出泥、出水。施工前备好应急物资。成孔后及时充填注浆补充钻孔时的水土流失。

施工时要保证钻孔孔位、深度、偏斜、压力试漏达到设计要求，否则应打补孔。

本次施工范围内存在较多原围护结构，如遇围护结构难以钻进，应使用合金钻头掏孔成形后，下方布置冻结管。布置冻结管时应快速及时，避免水土充填已掏孔。

选择优质冻结管材，采用优质焊接材料保证焊接质量，接头焊缝厚度不少于管壁厚度，焊缝平缓、光滑，无咬肉、夹渣、突出棱角等现象，责任到人，做好钻孔施工记录。

3.2冻结施工

本次工程的2座连通口埋深较浅，施工期间冻结温度场受大气温度影响也值得关注，因此在积极冻结前需对冻结区域外2 m的范围采取保温措施。

采用技术自动化监测系统，通过在冻结站安装运行监控箱，采用流量计、自动液位仪等，实时监测盐水温度及流量、测温孔温度，及时分析冻结壁的扩展速度和厚度，预计冻结壁达到设计厚度的时间。

融沉注浆遵照多点、少量、多次、均匀的循序渐进原则，并通过监测结构、地面以及建筑物的沉降和解冻温度场等变化，适当调整注浆量以及时间间隔，确保其能稳定沉降。

3.3开挖支护

根据开挖工序，首先搭设底梁并检查平整度及精平找正，严格按照设计要求保证钢架支撑间距误差不大于5 cm。再搭设两边侧柱，利用水平尺检查垂直度，并与底梁连接牢固。最后利用叉车将顶梁安装就位，钢架支撑整体连接螺栓复拧并达到终拧要求。钢架支撑完成安装后立即于背后填充木背板，并使用水泥砂浆（或C20混凝土）充填密实空隙。

待通道开挖贯通后，钢支架外挂φ6 mm@200 mm钢丝网，用混凝土喷射机喷射混凝土，以达到初期支护的目的。喷射混凝土厚度要包住钢支撑。喷射完毕后，要及时进行表面的修整。

正常初期支护可每支护2～4榀钢支架施工1次喷射混凝土，但当临时支架受力明显时，架设支架后应立即喷射混凝土进行支护。

初期支护中喷射混凝土是很关键的工序，为减少喷射混凝土回弹量，提高质量，可以采用湿喷工艺，分层施工，每层厚度不大于5 cm。其流程为：安装调试→注水、送风→搅拌并按配比上料→喷射。