中间风井基坑围护和封底冻结施工方案

XXX中间风井基坑围护与封底冻结施工方案

2001年12月

一、工程概况

上海轨道交通明珠线二期XXX站——XXX站区间中间风井位于里程SK11+949.6处、中山南路与外马路之间、董家渡路南侧，西边紧挨上海市音像制品公司，东边毗邻文庙泵站和黄浦江大堤。中间风井上部为矩形竖井，竖井内侧矩形的顶点坐标分别为（27811.585,18397.5464）,（27816.0018,18407.5552）,（27796.6213,18416.1078）, （27792.2044, 18406.099），地坪和井底标高分别为+4.250和-18.930，容积为20.984m （长）×10.74m（宽）×23.18m（深），结构风井的外围墙体厚度为380mm，底板厚度为1400mm。按原设计，基坑围护采用1.2m厚地下连续墙，其深度为29.85m（隧道上方）～45m。

竖井底部由两个矩形暗井分别与下方的上行线隧道和下行线隧道相连，暗井的平面尺寸均为7.82m（长）×3.176m（宽），外围混凝土墙厚度为500mm。暗井中间设隔墙，隔墙厚度为350mm。上行线隧道与下行线隧道中心设计标高分别为－29.737m和－30.049m，隧道中心线水平距离为10.984m。两隧道之间设旁通道和泵站。按原设计，两个暗井、旁通道及泵站均考虑采用旋喷法加固地层。

本方案为冻结法施工方案，即用冻土帷幕作为竖井、暗井、旁通道及泵站施工的围护结构。

二、工程地面环境及地层特点

中间风井位于黄浦江西岸，地势平坦，东侧距文庙污水泵站7~8m，风井内衬结构轮廓线距地下污水管道只有4m左右；西侧紧靠上海音像制品交易市场大楼，风井内衬结构距楼房基础约3m。上海音像制品交易市场大楼为5层混合结构，条形基础，估计抗地层不均匀沉降能力较差。

根据Q10G16和Q10G17钻孔柱状，中间风井附近地面标高大致为+3.86m～

+4.23m，自上而下地层分布为：

①杂填土，层厚6m～2m，层底标高-2.14m～+2.23m；

②2灰色粉质粘土，层厚10.5m～13.6m，层底标高-12.64m～-11.37m；

⑤1灰色粘土，层厚3.5m～5.1m，层底标高-16.14m～-16.47m；

⑤-2灰色粉质粘土，层厚4.5m～3.9m，层底标高-20.64m～-20.37m；

⑥暗绿色粉质粘土，层厚4.3m～4.4m，层底标高-24.94m～-24.77m；

⑦1草黄色砂质粉土，层厚9.2m～8.5m，层底标高-34.14m～-33.27m；

⑦2灰黄色粉砂，层底标高-51.14m（未钻透）。

根据土工试验资料和过去的施工经验，②2、⑤1和⑤2层土的含水量高、承载力低、容易压缩，在动力作用下易流变，开挖后天然土体本身难以自稳。其中②2层土局部砂性较大，透水性好，可能与黄浦江有水力联系，其稳定性最差。⑤1和⑤2层土基本上可为隔水层，其稳定性也比②2层土要好。⑥层土呈硬塑～可塑状，稳定性好，为良好的隔水层。⑦层土为透水性良好的含水砂层，承压水水头大约为地面以下10m，但其密度较高，承载力较大。

三、施工难点及关键技术措施

根据上述施工条件，本方案考虑采用冻结法进行中间风井和旁通道施工的地层加固围护施工。据初步分析，采用冻结法施工的技术关键有以下几个方面：

1、地表变形问题

由于中间风井开挖边界离上海音像制品交易市场后楼仅2m左右，该楼房为混合结构，采用条形基础，其抗地层不均匀变形的能力很差，因此，在钻孔、地层冻结和开挖构筑时必须采取措施，严格控制附近地表的隆起和沉降。

1）冻结孔钻进前先施工锁口（圈梁），深度约为1.5m，防止施工时地

表土层水平位移。

2）施工冻结孔时采用优质泥浆循环，以免塌孔引起地表沉降。

3）上海音像制品交易市场后楼附近的冻结孔倾斜钻进，并对浅部冻结管进行隔热处理，使冻土帷幕不扩入楼房基础下，从而进一步减小地层冻胀对楼房基础的影响。

4）设计较厚的冻土帷幕（布置双排冻结孔），并采取两层支护方式（初衬和内衬），确保围护结构的承载力和稳定性。

5）采用顺作法和逆作法相结合的方法。即初衬用逆作法，自上而下分七节施工，每节架设预应力钢支撑；内衬及内部结构分两段施工，第一段为一、二、三层，第二段为四、五层，段内顺作法施工，一～四节初衬完工后施工第一段内衬及内部结构，然后再施工五～七节初衬和第二段内衬。这样可以增加竖井深部冻土帷幕及冻土底板的厚度，并提高上部结构的支撑刚度和强度，减少钢支撑用量。

６）冻土帷幕解冻时，在附近房屋周围进行地层跟踪注浆，控制地层沉降量。

根据过去经验，采取以上措施后，估计冻结施工引起的地层变形可以控制在规定要求的范围之内。

２、基底地层稳定性与旁通道周围地层加固问题

在中间风井底板下有4.3m～4.4m厚隔水性良好的⑥暗绿色粉质粘土层，但是由于基坑深度大，且⑥层土下即为透水性很好的含水砂层，其承压水压力高，⑥层土很可能在基坑开挖时发生大的隆起，甚至破坏，因此有必要对基地地层进行加固。同时，加固基底地层也有利于控制冻土帷幕水平位移，减小开挖时的地表沉降。

设计在上、下行线隧道内施工冻结孔，形成“V”字形冻土帷幕底板，并与冻土帷幕竖井形成封闭结构。“V”字形冻土帷幕底板位于隧道下，不

但可大大提高风井基底的承载和隔水性能，同时也解决了暗井和旁通道施工时的地层加固和隔水问题。

由于暗井和旁通道在冻土帷幕包围之中，它们可以用普通的矿山法施工，边挖边架设临时支护，必要时（如在砂层中）可以采取降水和打钢板桩等措施提高土层的稳定性，以免开挖时坍塌。

３、地层冻结、隧道推进与开挖构筑工序合理配合问题

由于上、下行线隧道、中间风井、旁通道等立体交叉，施工工序较复杂，工程要求总工期比较紧张，有必要在确保施工安全和技术可行的前提下，合理施工顺序与进度，以有利于缩短施工工期、降低施工成本。

１）在第二条隧道推进到位前，施工风井锁口和冻结孔。晚推进的第条隧道正上方的冻结孔在该隧道推过去后下冻结管，保证冻结管下入深度能达到隧道管片表面。

2）第二条隧道推过去后立即进行竖井积极冻结。冻土帷幕交圈后10至15天即进行竖井开挖和结构施工，开挖时继续进行积极冻结。

3）开挖后即开始“V”字形冻土帷幕底板冻结。在上方竖井开挖到第三层时，“V”字形冻土帷幕底板应交圈封闭，开挖竖井第二段时冻土帷幕底板达到设计厚度。

4）暗井和旁通道开挖和结构施工均在竖井内施工，封底冻结采用从地面钻孔穿透隧道管片供冷，以免暗井与旁通道施工及封底冻结影响隧道铺轨。

四、冻土帷幕设计

冻土帷幕由等厚度矩形竖井和“V”字形底板两部分组成。冻土帷幕竖井的内边界为开挖断面，冻土帷幕深入隧道以下，因而在隧道处形成“∩”字形缺口。“V”字形冻土帷幕底板在两条隧道下方并与隧道管片相切。