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淺覆土條件下地鐵出入口凍結(jié)法暗挖施工技術(shù)

文檔作者：付財(cái)，韓圣銘，韓玉福文檔來源：北京中煤礦山工程有限公司		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2025年05月08日
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2014年4月上
第43卷第7期
施工技術(shù)
CONSTRUCTl0N TECHNOLOGY 91
DOI：10．7672／s舀s201407009l
淺覆土條件下地鐵出入口凍結(jié)法暗挖施工技術(shù)木
付財(cái)，韓圣銘，韓玉福
(北京中煤礦山工程有限公司，北京100013)
[摘要]通過工程實(shí)例，介紹了在地面交通繁忙、地下市政管線眾多、周邊環(huán)境復(fù)雜的情況下，利用凍結(jié)法對(duì)上海某
地鐵出入口進(jìn)行地基加固，然后采用暗挖法進(jìn)行施工的全過程。從凍結(jié)孔施工、積極凍結(jié)、凍脹控制措施、地層融
沉注漿等方面對(duì)凍結(jié)法施工進(jìn)行了詳細(xì)介紹。
[關(guān)鍵詞]地鐵車站；凍結(jié)法；暗挖法；施工技術(shù)
[中圖分類號(hào)]u231．4 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A [文章編號(hào)]l002-8498(2014)07-009l加3
Mining Method with Freezing Method Used in Subway Passageway
Under Shallow CoVering Condition
Fu Cai，Han Shengming，Han Yufu
(占e彬昭儺iM Co口Z^fi肥E昭inee^ng Co．，nd．，Be彬增100叭3，C婦m)
Abstract：Based on the engineering practice， this paper mainly introduced the construction process of
fbundation strengthening in the subway exit and entrance under complicated conditions in Shanghai． The
freezing method was introduced in detail from freezing hole construction， active freezing，f而st heaVing
control measures and stratum thaw settlement grouting．
Key words：subway stations；freezing method；mining metIlod；construction
隨著我國國民經(jīng)濟(jì)的增長，城市建設(shè)的不斷發(fā)
展，城市交通擁堵的問題日益嚴(yán)重，人們對(duì)城市公
共交通發(fā)展的需求和要求不斷加大，城市軌道交通
發(fā)展迅速。在城市地鐵施工中采用明挖的方法，嚴(yán)
重干擾了地面交通，并破壞環(huán)境。淺埋暗挖法是一
種在離地面很近的地方施行各種地下結(jié)構(gòu)暗挖施
工的方法，對(duì)地面交通影響較小¨’31。但因施工中
場(chǎng)地環(huán)境、地下管線錯(cuò)綜復(fù)雜，如何在有效加固地
層的基礎(chǔ)上，防止施工過程中土方坍塌并有效控制
地表和管線沉降，是暗挖工程施工中經(jīng)常遇到的難
題之一‘4別。
本文通過工程實(shí)例，詳細(xì)介紹了在地面交通繁
忙、地下市政管線眾多、周邊環(huán)境復(fù)雜的情況下，利
用凍結(jié)法對(duì)上海某地鐵出入口進(jìn)行地基加固、然后
采用暗挖法進(jìn)行施工的全過程。
1 工程概況
上海某地鐵出人口位于交通繁忙的金沙江路
上，由于地鐵車站施工原因，出人口所處路段為單
·中國煤炭科工集團(tuán)有限公司科技創(chuàng)新基金項(xiàng)目(2012Ms024)
[作者簡介】付財(cái)，碩士研究生，助理工程師，E—mail：fucaigzyxi@
163．com
[收稿日期】2013．08．2l
向兩車道，車流量大。出人口頂板覆土較淺，僅為
6．4m，管線眾多，主要有西300mm上水管，
咖500mm煤氣管道，咖800mm雨污水管道以及7孔
高壓電纜等。綜合考慮交通影響、管線安全、施工
安全及施工工期等因素，決定采用凍結(jié)法進(jìn)行
施工。
出人口所處地層為②。砂質(zhì)粉土、②¨灰色砂質(zhì)
粉土、④淤泥質(zhì)黏土及⑤¨黏土層，出入口土層及管
線位置如圖1所示。
圖1 土層及管線位置示意
Fig．1 S0il and pipeline positiOn
萬方數(shù)據(jù)
92 施工技術(shù)第43卷
2 工程難點(diǎn)
1)土層條件差根據(jù)地質(zhì)資料，灰色砂質(zhì)粉
土具有高含水量、高壓縮性、高靈敏度、低強(qiáng)度的
特性，在鉆孔和開挖施工時(shí)易造成坍孔等不良
現(xiàn)象。
2)周邊環(huán)境復(fù)雜出入口位于上海市交通繁
忙的主干道，人、車流量大。出人口頂板覆土較淺，
僅為6．4m。出入口結(jié)構(gòu)頂部覆土內(nèi)管線眾多，包含
上水、煤氣、雨水、電力等重要市政管線，且距離本
出入口東側(cè)9m位置為6層居民樓，一旦發(fā)生管線
破損或地面沉降過大造成樓層沉降，將會(huì)造成嚴(yán)重
的社會(huì)影響。
3)施工斷面大出人口結(jié)構(gòu)凈尺寸為寬5．7m、
高2．55m，實(shí)際暗挖尺寸為寬7．5m、正常段高
4．8m、入口段高6．155m。開挖斷面最大面積為
46m2，開挖施工不當(dāng)極易引起塌方、冒頂?shù)葒?yán)重
后果。
4)凍脹融沉控制無有效施工經(jīng)驗(yàn)可循本工
程開挖斷面大，開挖長度較長，凍土體量大，結(jié)構(gòu)面
頂部距離重要市政管線較近，凍脹融沉控制較為
困難。
如何減小凍結(jié)施工過程中凍脹對(duì)管線及地面
的影響，以及解決好暗挖施工過程中初期支護(hù)與二
次襯砌形成過程中受力體系轉(zhuǎn)換及力的平衡，防止
結(jié)構(gòu)變形及失穩(wěn)破壞，避免出現(xiàn)地面過量沉降和坍
塌是本工程的重點(diǎn)。
3凍結(jié)設(shè)計(jì)
針對(duì)本工程的工程特點(diǎn)及施工控制要求，凍結(jié)
設(shè)計(jì)如圖2，3所示。
泄壓
泄壓
解凍
圖2工作井側(cè)凍結(jié)孔布置
Fig．2 Freezing hoIes Iayout beside the wOrkiⅡg weU
主要凍結(jié)參數(shù)如下：凍結(jié)壁設(shè)計(jì)有效厚度
1．8m，凍結(jié)壁設(shè)計(jì)平均溫度≤一10℃，積極凍結(jié)時(shí)
間40d，凍結(jié)孔91個(gè)，卸壓孑L 37個(gè)，解凍孔10個(gè)，
測(cè)溫孔19個(gè)。
螺鼎
F=甲簧譬i}；凇平’D。傾．-透孔
終孔位開孔位
．-解凍孔(Fp水平，F(xiàn)x傾斜)
·泄壓孔(xp水平，融傾斜)
·F干測(cè)溫孔(Cp水平，cx傾斜)
終孔位開孔位
圖3車站側(cè)凍結(jié)孔布置
Fig．3 Freezing hOles Iayout beside the station
4凍結(jié)法施工
4．1施工工藝流程
施工準(zhǔn)備-+凍結(jié)孔鉆進(jìn)_凍結(jié)管路連接_÷積
極凍結(jié)一凍結(jié)效果分析_+鑿除工作井側(cè)連續(xù)墻一
探孔檢驗(yàn)一開挖施工一構(gòu)筑施工一融沉注漿。
4．2凍結(jié)孑L施工
采用A0x-300Y-25型開孔鉆機(jī)進(jìn)行地下連續(xù)
墻開孔工作，利用H190型夯管錘進(jìn)行夯管成孔，利
用經(jīng)緯儀燈光測(cè)斜法進(jìn)行凍結(jié)孔測(cè)斜工作。
凍結(jié)管選用咖89mm×8mm低碳無縫鋼管，采用
內(nèi)節(jié)箍對(duì)焊連接，供液管采用舭8mm×4．5mm焊接
鋼管，卸壓孔選用西108mm×8mm及西89mm×8mm
低碳無縫鋼管，采取內(nèi)接箍對(duì)焊連接。卸壓孔采用
花管形式，管端部安裝單向閥。測(cè)溫管選用
咖89mm×8mm低碳無縫鋼管。凍結(jié)孔施工完畢進(jìn)
行管路打壓試漏，試壓合格后進(jìn)行安裝工作。
鹽水干管和集、配液管均選用西159mm×5mm
焊接鋼管，集、配液管與羊角連接選用1．5inch
(1inch=2．54cm)高壓膠管。鹽水干管每50m安裝
1個(gè)控制閥門，閥門和干管之間用軟接頭連接。冷
卻水管用西133mm×4mm焊接鋼管。
4．3積極凍結(jié)
凍結(jié)管路安裝完畢后，進(jìn)行設(shè)備調(diào)試及試運(yùn)
轉(zhuǎn)，試運(yùn)轉(zhuǎn)正常后轉(zhuǎn)入正式凍結(jié)。積極凍結(jié)7d，鹽
水溫度降至一18℃；積極凍結(jié)15d，鹽水溫度降至
一25℃。
4．4凍脹控制措施
出入口所處位置上部填土和②?；疑百|(zhì)粉土
萬方數(shù)據(jù)
付財(cái)?shù)龋簻\覆土條件下地鐵出入口凍結(jié)法暗挖施i：技術(shù)
透水性高，含水量較豐富，采用凍結(jié)法施工極易產(chǎn)
生較大凍脹區(qū)，加之出入口上部覆土較淺，凍脹效
應(yīng)更為顯著。由于施工區(qū)域環(huán)境復(fù)雜，地面交通繁
忙，出入口頂板上方土層內(nèi)有許多重要市政管線，
施工過程中采用了大量措施，以減輕凍脹對(duì)地面及
管線的影響。
在出入口地面主要管線的下部設(shè)置溫控區(qū)域，
包含卸壓孔、解凍孔、測(cè)溫孔，孔位布置如圖4所示。
灘簍正要硼蛩v薹。。：譬j1巴。。—。一。。一。。一。上一泄壓腳孔籬x?x寫l～’6，。7 解避凍壓孔婺F蚤j卜pj整3扣重“重4巨一t“受1奠。!一邈“墮。郾一面。目。!螢一唾—甜藩一藻{芤?己?p’8j。14
葉一十一卸R一一一一一一■芏一一凍結(jié)
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圖4溫控區(qū)孔位布置
Fig．4 Layout of hol船in tempemtIlre cont∞l area
通過對(duì)測(cè)溫孔的觀測(cè)，一旦測(cè)溫孔溫度降至
0℃以下，通過解凍孔進(jìn)行人工強(qiáng)制解凍，有效控制
凍土發(fā)展半徑，確保卸壓孔周邊土體不被凍結(jié)，保
證卸壓孔有效性。
根據(jù)地面沉降監(jiān)測(cè)，如地面出現(xiàn)持續(xù)隆起趨勢(shì)
時(shí)，立刻打開卸壓孔閥門，使用清水沖洗卸壓孔。
卸壓時(shí)，要利用電子自動(dòng)采集系統(tǒng)實(shí)時(shí)采集地面變
形情況，避免單次卸壓后，地面沉降過大。
4．5開挖施工
積極凍結(jié)46d，通過測(cè)溫孔溫度數(shù)據(jù)分析，凍結(jié)
效果達(dá)到設(shè)計(jì)要求。破除工作井側(cè)混凝土地下連
續(xù)墻，進(jìn)行試挖。試挖尺寸為400mm×400mm，挖
深500mm后，開挖區(qū)域內(nèi)土體干燥，可見零星霜跡，
溫度計(jì)測(cè)溫值為一0．5℃，經(jīng)分析具備正式開挖
條件。
開挖施工時(shí)，由于開挖斷面較大，且出入口上
方道路為繁忙的交通要道，開挖不當(dāng)易引起塌方，
采用分塊分區(qū)域開挖可降低風(fēng)險(xiǎn)。根據(jù)本工程的
特點(diǎn)，將通道分為6塊區(qū)域進(jìn)行開挖，開挖分區(qū)如圖
5所示。先進(jìn)行I區(qū)‘的開挖及初期支護(hù)，開挖進(jìn)尺
達(dá)3m后進(jìn)行III區(qū)的開挖及初期支護(hù)。開挖步距
控制在0．5m，并及時(shí)安裝鋼支架、木背板等。I區(qū)
及III區(qū)開挖至對(duì)側(cè)地下連續(xù)墻后，進(jìn)行II區(qū)的開
挖及初期支護(hù)工作，開挖進(jìn)尺達(dá)3m后進(jìn)行IV區(qū)的
開挖及初期支護(hù)。通道挖通后對(duì)頂部和側(cè)墻噴射
C20素混凝土，以提高初期支護(hù)強(qiáng)度。
開挖下層通道時(shí)，臨時(shí)鋼支架要與上層通道鋼
支架連接牢固，支架拼裝采用摩擦型高強(qiáng)螺栓，上
下層支架連接采用中厚鋼托板焊接連接，臨時(shí)鋼支
架形式如圖6所示。
-------------------|-----------------J------------·-·-----一
a分區(qū)
3．300 F
《
l 工作井
《瀛i臻士《；i墓薹l地下連續(xù)培∽|i_；‘?斟嚼鞠糍：地rj王纓增
b開挖示意
圖5通道開挖示意
Fig．5 Passage excaVation
圖6臨時(shí)鋼支架結(jié)構(gòu)形式
Fig．6 Stmctun of temporary steeI support
左右側(cè)通道完全挖通并完成初期支護(hù)后，對(duì)側(cè)
墻進(jìn)行噴射c20素混凝土，最后進(jìn)行V區(qū)和Ⅵ區(qū)的
開挖及初期支護(hù)工作。
4．6構(gòu)筑施工
開挖施工完成后，進(jìn)行防水施工。由于地鐵工
程對(duì)防水等級(jí)要求很高，按設(shè)計(jì)要求，采用技術(shù)上
比較成熟的無釘孔鋪設(shè)防水板的施工工藝。采用
PVC防水板進(jìn)行全包防水處理，緩沖層采用土
工布。
防水施工完成后進(jìn)行鋼筋綁扎，鋼筋綁扎完成
后安裝模板并澆筑混凝土。出人口結(jié)構(gòu)底板采用
C40，P8商品混凝土?？紤]到出入口的防水等級(jí)要
求，結(jié)構(gòu)側(cè)墻及頂板采用C40自密實(shí)混凝土，以保
證結(jié)構(gòu)密實(shí)性。
4．7地層融沉注漿
結(jié)構(gòu)施工完成后進(jìn)行了3個(gè)月的融沉補(bǔ)償注漿
工作，注漿漿液以水泥-水玻璃雙液漿為主，遵循多
點(diǎn)、少量、多次、均勻的原則，注漿范圍為整個(gè)凍結(jié)
區(qū)域。
5 結(jié)語
施工期間管線最大隆起量為上水管線
11．4mm，最大沉降量為信息管線一8．5mm；地表深
(下轉(zhuǎn)第117頁)
雌
萬方數(shù)據(jù)
2014 No．7 趙雪云：徠卡GNss在高層建筑施工測(cè)量中的應(yīng)用117
表5高程數(shù)據(jù)對(duì)比
Table 5 Compa—son Of eleVa60n data
6垂直度計(jì)算及標(biāo)高控制
高層建筑每層施工軸線點(diǎn)的正確引投與傳遞
是保證建筑物的豎向垂直度及其幾何尺寸的關(guān)鍵。
若施工軸線點(diǎn)位含有較大誤差，會(huì)直接造成高層建
筑物各部位產(chǎn)生較大的施工誤差，由此導(dǎo)致高層建
筑的強(qiáng)度和穩(wěn)定性降低∞1。
以本工程29號(hào)樓為例，根據(jù)文獻(xiàn)[6]，每次觀
測(cè)后，可計(jì)算各次觀測(cè)相對(duì)于首次觀測(cè)(±O．000)
時(shí)的垂直度，垂直度計(jì)算部分結(jié)果如表6所示。
表6垂直度計(jì)算結(jié)果
T曲le 6 C址cuh廿oⅡr囂u№of ver岵cality
建筑標(biāo)高的控制部分結(jié)果如表7所示。
表7標(biāo)高控制結(jié)果
Table 7 Cmcula廿on瑚ulb of eleva60n controI
注：表中實(shí)測(cè)標(biāo)高為施工層面上各基準(zhǔn)傳遞點(diǎn)的大地高平均值
由表6，7可見，垂直度計(jì)算結(jié)果和標(biāo)高控制結(jié)
果滿足《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》JGJ3—
2010要求。
7結(jié)語
軸線、標(biāo)高、垂直度類似于建筑物的經(jīng)絡(luò)。對(duì)
高層建筑來說¨1，常規(guī)方法在高層建筑基準(zhǔn)傳遞中
各有利弊，對(duì)環(huán)境條件也有特定要求，并且隨著建
筑總高度的升高，誤差累積會(huì)加大，高精度垂直度
控制的難度越來越大。而GNSS定位技術(shù)作為～種
全新的測(cè)量手段，在工程控制測(cè)量中已得到普遍應(yīng)
用，其技術(shù)的先進(jìn)性、優(yōu)越性已為廣大測(cè)量工作者
所認(rèn)同。
本文通過在某工程中運(yùn)用徠卡Viva GSl5
GNSS接收機(jī)對(duì)高層建筑進(jìn)行平面和高程基準(zhǔn)傳
遞，同時(shí)在部分樓層使用常規(guī)方法進(jìn)行施測(cè)，并及
時(shí)對(duì)兩種方法觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析，最后對(duì)垂直
度和高程控制進(jìn)行了計(jì)算，結(jié)果吻合性較好，也很
好地滿足了該工程項(xiàng)目的設(shè)計(jì)限差要求。
實(shí)踐表明，GNSS系統(tǒng)經(jīng)典靜態(tài)相對(duì)定位法可
以滿足高層建筑施工基準(zhǔn)傳遞的需要，并且無需預(yù)
留樓層間基準(zhǔn)傳遞通視孔，大大提高工作效率，同
時(shí)由于其控制基點(diǎn)的位置可設(shè)置在施工區(qū)外圍，各
層基準(zhǔn)值統(tǒng)一由地面控制點(diǎn)傳遞，可有效避免因分
階段進(jìn)行基準(zhǔn)傳遞而引起的誤差積累。隨著建筑
總高度的不斷增高，GNss定位的高精度、快速度、
工作方式靈活等優(yōu)勢(shì)會(huì)越來越明顯。
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(上接第93頁)
沉點(diǎn)垂直位移累計(jì)最大隆起量為10．1 mm，最大沉降
量為一12．4mm。凍脹融沉控制效果較為理想。
本地鐵出入口暗挖段是在復(fù)雜環(huán)境條件下修
建的出人口，經(jīng)監(jiān)測(cè)，地表及結(jié)構(gòu)沉降均滿足安全
性要求。在工程施工中，在保證地面交通不中斷且
管線保持正常使用的前提下，成功地運(yùn)用凍結(jié)法，
修建了地鐵出入口，為城市地下結(jié)構(gòu)施工積累了成
功經(jīng)驗(yàn)。
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