中间风井暗井和旁通道冻结施工方案.docx

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中间风井暗井和旁通道冻结施工方案

XXXX中间风井暗井与旁通道

地层冻结施工方案

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。

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。

本方案为暗井、旁通道及泵站的冻结施工方案。

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）。

本方案施工范围主要涉及⑥、⑦层土。

其中⑥层土呈硬塑～可塑状，稳定性好，为良好的隔水层。

⑦层土为透水含水砂层，承压水水头大约为地面以下10m，该地层密度较高，承载力较大。

三、方案技术要点

根据上述施工条件，提出用冻结法进行暗井和旁通道及集水井施工地层加固围护的初步方案。

其技术要点如下：

1、在中间风井底层进行冻结施工。

两个暗井用矩形冻土墙围护，矩形冻土墙与下方隧道管片一起形成封水结构。

在旁通道位置，采用满堂竖直冻结孔冻结加固，并设少量倾斜冻结孔，使冻结加固区不留死角。

在风井完成冻结施工，可以不影响后期隧道推进和铺轨，并且只用一个冻结系统，有利于节省施工费用。

2、在中间风井底板浇筑时预埋冻结孔口管，待两条隧道推过风井位置后再向下打冻结孔、安装冻结管、积极冻结。

为了提前工期，也可以在第二条隧道推进到位前，先施工第一条隧道上方的暗井。

3、暗井和旁通道开挖构筑也在风井内进行。

所以，在风井底板上要预留洞口，在预留洞口设素混凝土工艺底板。

4、冻土帷幕与隧道管片之间是冻结薄弱点，一方面要确保冻结管靠近隧道管片，并在隧道管片内侧进行大面积的保温，另一方面要加强施工监测，不留空挡。

5、由于冻结孔孔口在承压水头下，冻结孔钻进时要设孔口管和孔口密封装置，并采取封闭式泥浆循环系统，以免钻进时出土太多而造成隧道位移变形。

6、暗井和旁通道采用两次支护，初衬采用木背板+钢井圈+钢支撑。

并采取“短掘段砌”作业方式。

7、尽量先浇筑旁通道底板混凝土，使两条隧道连成一个整体，再施工暗井内衬。

8、暗井和旁通道结构施工完毕后，再打开隧道管片。

9、冻土帷幕化冻时进行跟踪注浆。

10、采用两套制冷机组，确保不间断供冷。

四、冻土帷幕设计

主要根据暗井、旁通道和隧道的结构特点与相互关系设计冻土帷幕。

附图给出冻结孔布置的平面图和剖面图。

旁通道冻结深度至集水井底板下3.5m，集水井内的冻结孔采取局部冻结；暗井冻结深度至隧道腰线下1.5m，隧道正上方的冻结孔以钻进到隧道管片为止。

共布置冻结孔108个，其中14个为倾斜冻结孔。

冻结孔总长度为1560m。

设计旁通道冻土帷幕厚度为2m；暗井冻土帷幕厚度为2.4~3.6m。

冻土的抗折、抗剪和抗压强度分别为1.5MPa、1.8MPa和5Mpa。

图1为冻土帷幕的有限元计算模型。

取计算深度为31m，土的平均重度为18.5kN/m3，内摩擦角28度，水头高度为21m,计算得土压力为0.386Mpa。

冻土的弹性模量和泊松比分别取150Mpa和0.35。

按平面弹性问题计算冻土帷幕的内力，这样简化是偏于安全的。

图2为应力分布图。

冻土帷幕所受最大拉应力为0.520Mpa,安全系数为2.88；非应力集中处所受最大压应力为1.529Mpa,安全系数为3.27,应力集中处所受最大压应力为1.981Mpa，安全系数为2.52。

说明冻土帷幕承载力是足够的。

图1冻土帷幕的有限元计算模型

（a）σx分布

（2）σy分布

图2冻土帷幕的应力分布图

预计旁通道冻土帷幕达到设计厚度时间为30天；暗井冻土帷幕达到设计厚度时间为40天。

其它冻结施工设计参数如下：

1、设计最低盐水温度为-26～-30℃，并要求冻结15天盐水温度达到-20℃。

2、冻土帷幕平均温度不高于-10℃。

。

3、冻结孔单孔盐水流量为7～10m3/h。

4、冻结管规格为φ108×7mm。

5、设水文孔3个，W1和W2水文孔的深度至隧道管片，W3水文孔深度至集水井底板。

设测温孔5个，深度与附近的冻结孔相同。

6、冻结需冷量：

冻结管的散热系数取300kcalh-1m-2，冷量损耗取20%。

竖井冻结冻结总需冷量为：

Q=0.108×3.14×1560×300×1.2=190547kcal/h

选用YSLGF600和YSLGF300型制冷机组各一套。

冻结施工设计参数详见表1。

表1主要冻结施工参数一览表

序号

参数名称

单位

数量

备注

1

地层加固体积

m3

2

冻土帷幕设计厚度

m

2/2.4~3.7

旁通道/暗井，以下皆同

3

冻土帷幕平均温度

℃

-10

取冻土抗折、抗剪和抗压强度分别为1.5MPa、1.8MPa和4.5MPa

４

冻土帷幕交圈时间

天

20/25

5

积极冻结时间

天

30/40

6

冻结孔个数

个

108

7

冻结孔允许偏斜

%

0.5

竖直孔

8

%

1

倾斜孔

9

设计最低盐水温度

℃

-26～-30

冻结10天盐水温度达-20℃以下

10

维护冻结盐水温度

℃

11

单孔盐水流量

m3/h

7～10

12

冻结管规格

mm

φ108×3

无缝钢管；围护冻结孔

13

水文孔个数

个

3

管材同冻结管

14

水文孔深度

m

8~10

15

测温孔个数

个

5

16

测温孔深度

17

冻结孔总长度

m

1655

包括冻结孔、测温孔、水文孔

18

冻结总需冷量

kcal/h

190547

工况条件

五、施工流程

埋设孔口管——施工冻结孔——积极冻结——开挖旁通道工作竖井，倾斜孔冻结——开挖暗井及集水井——开挖联络通道——浇筑旁通道、集水井和暗井内衬混凝土——打开隧道管片——停止冻结——地层跟踪注浆。

详见施工流程图。

六、施工进度及资源配置

6.1施工进度

冻结施工准备工期7天。

冻结孔施工30天。

冻结站安装15天，盐水管路安装10天。

旁通道积极冻结30天，暗井积极冻结40天，倾斜孔积极冻结15天。

暗井和旁通道开挖构筑40天。

从开始施工冻结孔到结构施工结束总工期为100天。

施工进度计划见表2。

6.2劳动力配备

打钻和冻结安装施工人员约45人，其中施工管理人员10人，施工作业人员35人。

6.3水、电用量

冻结钻孔施工和冻结站安装期间用电约为80kw。

积极冻结时最大用电量约为380kw。

冻结运转期间新鲜冷却水补给量约30m3/h。

6.4冻结施工用地

冻结站设在基坑附近，设备占地面积约126m2。

参见“冻结站布置与冻结系统简图”。

表2

工程进度计划表

编号

工序

工期

开工

完工

工程进度（天）

（天）

日期

日期

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1120

120

1

施工准备

7

2

冻结孔施工

30

3

冷冻系统安装

20

4

盐水管路安装

10

5

旁通道积极冻结

30

6

暗井积极冻结

40

7

旁通道工作井施工

5

8

倾斜孔积极冻结

15

9

旁通道开挖与初衬

10

10

旁通道内衬

5

11

暗井开挖与初衬

20

12

暗井内衬