地铁车站风道结构冻结暗挖法施工工艺

中交第三航务工程局有限公司厦门分公司，福建 厦门 361000

1 工程概况

1.1 地铁车站周边的管廊分布情况

某地铁10号线梦都大街站东侧分布三条呈平行位置关系的地下高压电缆管廊，即220kV（1200mm×500mm）、110kV（1600mm×400mm）、10kV（900mm×600mm）， 总 宽 度约为6m。根据车站的结构布置方案，1号出入口及风道、2号出入口、2号风道三个部分均属于复杂施工条件区域，需要下穿既有高压电缆管廊，对开挖施工工艺提出了较高的要求，且应当兼顾开挖施工质量和管廊正常使用的双重要求。

1.2 地质、水文情况

项目地处长江漫滩区，开挖范围内所遇地层主要为①-1杂填土层、②-2b4淤泥质粉质黏土夹粉砂层、②-3c3粉土夹粉砂层、②-4d2粉砂层。

水文方面以地下水为主，包含松散岩类孔隙水及基岩裂隙水两类，其中孔隙潜水分布范围的标高为2.89～4.26m，对应的是①-1层和②-2b4层。

2 施工难点

（1）地质条件欠佳。土层上部以淤泥质粉质黏土层为主，其特点是含水量高、压缩性强，呈流塑状，缺乏足够的稳定性；下部则以厚层粉砂为主，局部赋存微承压水，在水体的作用下，该部分土层缺乏稳定性。

（2）结构高、跨度大。地下通道统一采取矩形断面的形式，但尺寸不尽相同。2号出入口通道的跨度较大，与电缆通道呈47°相交关系；1号出入口及1号风道的高度较高，共计6.9m。在前期设计和后续施工中，应当立足于结构高、跨度大的难点，合理选择与该类环境相适应的施工工法。

（3）电缆通道的保护要求高。现场覆土仅为2.9～4.3m，距电缆通道底板0.7～1.8m，而该电缆管廊的两侧采用砖砌结构，底部为素混凝土结构，下方分布碎石垫层，总体来看结构的稳定性不足，缺乏足够的抗变形能力，应当切实加强防护，以免因侧墙、底板等结构受损而影响电缆管廊的正常使用。

（4）现场干扰因素多。基坑周边敷设φ800mm的自来水管，并且基坑紧邻现有建筑，因而必须做好支护工作，形成具有完整性和稳定性的支护结构，以免出现失稳、漏水等质量问题。

3 冻结暗挖施工方案

3.1 施工分区及基本流程

高压电缆管廊范围内均为暗挖施工，两侧为明挖施工。在通道结构组成中，于顶部设密排管棚，利用该装置托举高压管廊，以维持该类管廊的稳定性；沿通道周边布设水平冻结管，目的是构成完整的冻结帷幕，发挥挡土和隔水的作用。冻结施工的基本流程如下：

（1）沿电缆通道两侧设置咬合桩，作为封堵墙而使用，其他部位均采用SMW桩。随着明挖基坑施工进程的推进，待结构底板封闭后，搭设管棚和冻结管。

（2）针对开挖掌子面采取全断面加固措施，随后引入CRD工法，进入暗挖施工环节。开挖遵循分块、分段的基本原则，纵向开挖步距取0.5m。在施工过程中，每完成一块开挖后，应随即架设型钢支架并挂网喷射混凝土，形成初期支护结构。

（3）开挖工作落实到位后，施工防水层，浇筑二衬混凝土。

（4）待前述主体结构的施工均完成后，开始填充注浆，再解冻，期间密切观察融沉监测结果，对实际情况做出准确的判断，进而采取针对性的跟踪补偿注浆措施。

3.2 冻结孔设计

冻结壁厚3m，结构两侧及底部均按照梅花形布置的方式设冻结孔，距初支外侧1000mm，孔间距为700mm，排距为1000mm。在1号出入口及1号风道施工中，在中间区域增设横向冻结孔（1排），通过此方式增强冻结帷幕的稳定性。2号出入口的跨度较大，稳定性要求较高，因此在中间区域增设垂直向冻结孔，类似于形成竖向支撑装置，有利于维持结构的稳定性。

3.3 冻结参数设计

温度方面，开挖施工过程中冻结盐水的温度宜稳定在-30～-28℃，冻结壁的平均温度为-10℃。

冻结孔布设方面，1号出入口及1号风道的数量为101个，总长834m；2号出入口的数量为125个，总长1593m；2号风道的数量为78个，总长686m。外围冻结孔布设时，要求其终孔距离Lmax≤1000mm。

冻结需冷量Q的计算，可采用以下公式：

式中：d为冻结管直径，m；l为冻结总长度，m；k为冻结管散热系数。

通过计算，得到以下结果：1号出入口及1号风道冻结需冷量为50.65×104kJ/h；2号出入口冻结需冷量为6.91×104kJ/h；2号风道冻结需冷量为41.73×104kJ/h。

3.4 管棚设计

管棚施工所用装置为φ108mm×8mm钢管，按照0.3m的距离依次布设；为充分发挥管棚的支护作用，要求其穿过两端封堵墙；设置H型钢支架，以起到支撑管棚的效果。

3.5 暗挖顺序及临时支护

1号出入口及1号风道、2号出入口、2号风道各自的开挖断面跨度分别为8.5m、12.5m、6.0m。由此可见，开挖断面普遍较大，同时施工现场的地质条件欠佳，如淤泥质黏土、砂层均缺乏稳定性。考虑到安全层面的要求，决定采取分层、分块、阶梯开挖的方法，适度减少单次开挖量，以免造成大范围的扰动性影响[1-3]。

2号出入口共含2层，各层分为3个区域，由此形成6个开挖区。初期支护采用型钢支架和挂网喷射混凝土结合的方案，材料为308工字钢和C25混凝土（厚度按35cm控制）；此外，在中部临时支撑施工中也采用网喷混凝土的方法。为有效保证型钢支架的稳定性，在其后方垫5cm的木背板，该材料与冻结帷幕间存在不同程度的间隙，需采取高强砂浆填充的处理方法。

4 充填注浆及融沉控制

待暗挖段的二次衬砌施工结束并且满足特定的强度要求后，进入外围冻结壁的解冻环节，此过程中易出现融沉现象。为实现对融沉的有效控制，应采取地层跟踪注浆的方法（注双液水泥浆），利用浆液压密加固土体。

4.1 注浆孔的布设方法

在初期支护外地层注浆，按照2m的间距依次布设注浆孔，纵向每2m设注浆断面。材料方面，将焊接管作为注浆管使用，在该装置的顶端接管箍，用丝堵封闭。

4.2 注浆时间的控制

以施工需求为准，需制备足量的浆液，及时用于注浆施工。结构的实测强度达到设计强度的60%时，暂停冻结作业，安排3～7d的停机时间，随后填充注浆。利用该方式可以有效解决冻土融化问题，以免其损伤上部以及周边的管线。注浆遵循小压力的原则，全程将压力稳定在0.2～0.5MPa，分多次注入，全面保证浆液注入的饱满性。

4.3 注浆量的控制

根据要求，相比冻土体积，注浆水泥用量以该值的50%较合适。据此推算，确定各处的注浆量，1号出入口及1号风道、2号出入口、2号风道分别为850t、1200t、700t。

4.4 注浆结束的标准

加强监测，若一天内上部地面的沉降量达到0.5mm以上，或是整个过程上部地面累计沉降达到3mm以上，均要及时组织融沉补偿注浆作业。若冻结壁已经达到完全融化的状态，且地层每半个月的沉降量未超过0.5mm，则此条件下可以结束融沉补偿注浆作业[4-5]。

5 监测结果

（1）1号出入口及1号风道开机冻结54d后，最小冻结壁厚度为3.72mm，平均温度为-14.2℃；2号出入口开机冻结45d后，最小冻结壁厚度为3.16mm，平均温度为-12.1℃；2号风道开机冻结31d后，最小冻结壁厚度为2.2mm，平均温度为-11.3℃。

（2）冻结土层的抗压强度平均值为4.03MPa，抗剪强度为1.6MPa，在整个冻结过程中，高压管廊可以维持相对稳定的状态，最大隆起量为5mm，最大沉降量为30mm，各方面均得到有效控制，现场电力综合管廊未受到不良影响，可以正常使用。

总体来看，施工状况较为良好，由此说明冻结暗挖法施工工艺具有可行性。

6 结束语

综上所述，冻结暗挖法施工工艺的应用有助于改善地铁车站的施工环境，在保证车站正常施工的同时，可减轻对周边现状建（构）筑物的影响。文章通过对冻结暗挖法施工工艺的分析，提出了相应的技术要点，希望为类似工程提供参考。