***中間風井基坑圍護與封底
凍結施工方案
2023年12月
一、工程概況
上海軌道交通明珠線二期***站——***站區間中間風井位於里程sk11+949.6處、中山南路與外馬路之間、董家渡路南側，西邊緊挨上海市音像製品公司，東邊毗鄰文廟幫浦站和黃浦江大堤。中間風井上部為矩形豎井，豎井內側矩形的頂點座標分別為（27811.
585,18397.5464）,（27816.0018,18407.
5552）,（27796.6213,18416.1078）, （27792.
2044,
18406.099），地坪和井底標高分別為+4.250和-18.
930，容積為20.984m（長）×10.74m（寬）×23.
18m（深），結構風井的外圍牆體厚度為380mm，底板厚度為1400mm。按原設計，基坑圍護採用1.2m厚地下連續牆，其深度為29.
85m（隧道上方）～45m。
豎井底部由兩個矩形暗井分別與下方的上行線隧道和下行線隧道相連，暗井的平面尺寸均為7.82m（長）×3.176m（寬），外圍混凝土牆厚度為500mm。
暗井中間設隔牆，隔牆厚度為350mm。上行線隧道與下行線隧道中心設計標高分別為－29.737m和－30.
049m，隧道中心線水平距離為10.984m。兩隧道之間設旁通道和幫浦站。
按原設計，兩個暗井、旁通道及幫浦站均考慮採用旋噴法加固地層。
本方案為凍結法施工方案，即用凍土帷幕作為豎井、暗井、旁通道及幫浦站施工的圍護結構。
二、 工程地面環境及地層特點
中間風井位於黃浦江西岸，地勢平坦，東側距文廟汙水幫浦站7~8m，風井內襯結構輪廓線距地下汙水管道只有4m左右；西側緊靠上海音像製品交易市場大樓，風井內襯結構距樓房基礎約3m。上海音像製品交易市場大樓為5層混合結構，條形基礎，估計抗地層不均勻沉降能力較差。
根據q10g16和q10g17鑽孔柱狀，中間風井附近地面標高大致為+3.86m～+4.23m，自上而下地層分布為：
①雜填土，層厚6m～2m，層底標高-2.14m～+2.23m；
②2灰色粉質粘土，層厚10.5m～13.6m，層底標高-12.64m～-11.37m；
⑤1灰色粘土，層厚3.5m～5.1m，層底標高-16.14m～-16.47m；
⑤-2灰色粉質粘土，層厚4.5m～3.9m，層底標高-20.64m～-20.37m；
⑥暗綠色粉質粘土，層厚4.3m～4.4m，層底標高-24.94m～-24.77m；
⑦1草黃色砂質粉土，層厚9.2m～8.5m，層底標高-34.14m～-33.27m；
⑦2灰黃色粉砂，層底標高-51.14m（未鑽透）。
根據土工試驗資料和過去的施工經驗，②2、⑤1和⑤2層土的含水量高、承載力低、容易壓縮，在動力作用下易流變，開挖後天然土體本身難以自穩。其中②2層土區域性砂性較大，透水性好，可能與黃浦江有水力聯絡，其穩定性最差。⑤1和⑤2層土基本上可為隔水層，其穩定性也比②2層土要好。
⑥層土呈硬塑～可塑狀，穩定性好，為良好的隔水層。⑦層土為透水性良好的含水砂層，承壓水水頭大約為地面以下10m，但其密度較高，承載力較大。
三、 施工難點及關鍵技術措施
根據上述施工條件，本方案考慮採用凍結法進行中間風井和旁通道施工的地層加固圍護施工。據初步分析，採用凍結法施工的技術關鍵有以下幾個方面：
1、地表變形問題
由於中間風井開挖邊界離上海音像製品交易市場後樓僅2m左右，該樓房為混合結構，採用條形基礎，其抗地層不均勻變形的能力很差，因此，在鑽孔、地層凍結和開挖構築時必須採取措施，嚴格控制附近地表的隆起和沉降。
1）凍結孔鑽進前先施工鎖口（圈樑），深度約為1.5m，防止施工時地表土層水平位移。
2）施工凍結孔時採用優質泥漿迴圈，以免塌孔引起地表沉降。
3）上海音像製品交易市場後樓附近的凍結孔傾斜鑽進，並對淺部凍結管進行隔熱處理，使凍土帷幕不擴入樓房基礎下，從而進一步減小地層凍脹對樓房基礎的影響。
4）設計較厚的凍土帷幕（布置雙排凍結孔），並採取兩層支護方式（初襯和內襯），確保圍護結構的承載力和穩定性。
5）採用順作法和逆作法相結合的方法。即初襯用逆作法，自上而下分七節施工，每節架設預應力鋼支撐；內襯及內部結構分兩段施工，第一段為
一、二、三層，第二段為
四、五層，段內順作法施工，一～四節初襯完工後施工第一段內襯及內部結構，然後再施工五～七節初襯和第二段內襯。這樣可以增加豎井深部凍土帷幕及凍土底板的厚度，並提高上部結構的支撐剛度和強度，減少鋼支撐用量。
６）凍土帷幕解凍時，在附近房屋周圍進行地層跟蹤注漿，控制地層沉降量。
根據過去經驗，採取以上措施後，估計凍結施工引起的地層變形可以控制在規定要求的範圍之內。
２、基底地層穩定性與旁通道周圍地層加固問題
在中間風井底板下有4.3m～4.4m厚隔水性良好的⑥暗綠色粉質粘土層，但是由於基坑深度大，且⑥層土下即為透水性很好的含水砂層，其承壓水壓力高，⑥層土很可能在基坑開挖時發生大的隆起，甚至破壞，因此有必要對基地地層進行加固。
同時，加固基底地層也有利於控制凍土帷幕水平位移，減小開挖時的地表沉降。
設計在上、下行線隧道內施工凍結孔，形成「v」字形凍土帷幕底板，並與凍土帷幕豎井形成封閉結構。「v」字形凍土帷幕底板位於隧道下，不但可大大提高風井基底的承載和隔水效能，同時也解決了暗井和旁通道施工時的地層加固和隔水問題。
由於暗井和旁通道在凍土帷幕包圍之中，它們可以用普通的礦山法施工，邊挖邊架設臨時支護，必要時（如在砂層中）可以採取降水和打鋼板樁等措施提高土層的穩定性，以免開挖時坍塌。
３、地層凍結、隧道推進與開挖構築工序合理配合問題
由於上、下行線隧道、中間風井、旁通道等立體交叉，施工工序較複雜，工程要求總工期比較緊張，有必要在確保施工安全和技術可行的前提下，合理施工順序與進度，以有利於縮短施工工期、降低施工成本。
１）在第二條隧道推進到位前，施工風井鎖口和凍結孔。晚推進的第條隧道正上方的凍結孔在該隧道推過去後下凍結管，保證凍結管下入深度能達到隧道管片表面。
2）第二條隧道推過去後立即進行豎井積極凍結。凍土帷幕交圈後10至15天即進行豎井開挖和結構施工，開挖時繼續進行積極凍結。
3）開挖後即開始「v」字形凍土帷幕底板凍結。在上方豎井開挖到第三層時，「v」字形凍土帷幕底板應交圈封閉， 開挖豎井第二段時凍土帷幕底板達到設計厚度。
4）暗井和旁通道開挖和結構施工均在豎井內施工，封底凍結採用從地面鑽孔穿透隧道管片供冷，以免暗井與旁通道施工及封底凍結影響隧道鋪軌。
四、凍土帷幕設計
凍土帷幕由等厚度矩形豎井和「v」字形底板兩部分組成。凍土帷幕豎井的內邊界為開挖斷面，凍土帷幕深入隧道以下，因而在隧道處形成「∩」字形缺口。「v」字形凍土帷幕底板在兩條隧道下方並與隧道管片相切。
設計「v」字形凍土底板的厚度為2m。根據以往經驗，要求地連牆插入基底深度為開挖深度的0.6倍。
凍結封底範圍平均深度接近40m,加上凍土和⑥、⑦1層土的強度比淺部土體要高數倍，故可以確保豎井開挖時的基底穩定。設計豎井凍土帷幕的厚度為3.4m。
凍土的抗折、抗剪和抗壓強度分別為1.5mpa、1.8 mpa和4.
5mpa
凍結孔布置詳見附圖。豎井凍土帷幕設計兩排凍結孔，排間距為0.8m，外排凍結深度為30m，凍結孔數為56個，內排凍結深度為45m，凍結孔數為52個。
開孔間距為1.06m（風井長邊）～1.10m（風井短邊）,成孔控制間距為1.
5m。底板凍土帷幕設計凍結孔開孔間距１m，成孔控制間距為1.2m，短凍結孔長度為５m，長凍結孔長度為8m，短凍結孔和長凍結孔數均為32個。
豎井凍土帷幕凍結孔總長度為4020m。底板凍土帷幕凍結孔總長度為416m
預計豎井凍土帷幕交圈時間為30天，凍土帷幕達到設計厚度時間為60天。預計底板凍土帷幕交圈時間為20天，凍土帷幕達到設計厚度時間為40天。
其它凍結施工設計引數如下：
1、設計最低鹽水溫度為-26～-30℃，並要求凍結15天鹽水溫度達到-20℃。
2、凍土帷幕平均溫度不高於-10℃。。
3、凍結孔單孔鹽水流量為7～10 m3/h。
4、凍結管規格為φ127×6mm。
5、設測溫孔4個, 深度40m。每個測溫孔管內布置5～8個測溫點。設水文孔3個， 1個深度28m,其餘深度22m。水文孔兼作降水孔。
6、凍結需冷量：凍結管的散熱係數取300 kcalh-1m-2，冷量損耗取20%。豎井凍結凍結總需冷量為：
q =0.127×3.14×4020×250×1.15= 461124 kcal/h
底板凍結凍結總需冷量為：
q =0.127×3.14×416×250×1.15= 47718kcal/h
選用yslgf600型製冷機組3套。
凍結施工設計引數詳見表1。
表1 主要凍結施工引數一覽表
五、施工流程
平整場地和施工鎖口——施工圍護凍結孔——積極凍結，施工封底凍結孔——豎井開挖，封底凍結——自上而下分兩段（第一段施工1~3層結構，第二段施工4~5層結構）施工豎井，段內分節（每節3~4m）逆作法施工初襯，設鋼支撐，並進行井內降水——豎井封底後施工暗井——施工旁通道——停止凍結——地層跟蹤注漿 。詳見施工流程圖。
六、施工進度及資源配置
6.1 施工進度
凍結施工準備工期5天。鎖口施工20天。豎井凍結孔施工和凍結站安裝均為30天，鹽水管路安裝5天，積極凍結60天，開挖與結構施工100。
底板凍結孔施工10天，鹽水管路安裝3天，積極凍結40天。暗井和旁通道施工40天。從開始施工凍結孔到旁通道施工結束總工期為7個月，從第二條隧道推進過風井位置至旁通道施工結束工期不少於170天，從第二條隧道貫通到旁通道施工結束工期為115天。
中間風井凍結施工方案
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