1、穿越段工程概況
　　上海地鐵明珠線上體場車站穿越原地鐵一號線上體館站段（以下簡稱穿越段）由上行線隧道和下行線隧道組成，隧道斷面尺寸6.16m×6.38m（高×寬），長22.6m.穿越段與地鐵一號線斜交成79°，方向為由東向西。穿越段東端與明珠線上體場站相連，西端為明珠線區(qū)間隧道盾構(gòu)工作井。
　　穿越段附近地面絕對標(biāo)高+4.19m.穿越段結(jié)構(gòu)頂面標(biāo)高為-10.08m，緊貼地鐵一號線車站底板。穿越段結(jié)構(gòu)底面標(biāo)高為-15.82m.穿越段所處地層主要為飽和灰色淤泥質(zhì)粘土和砂質(zhì)粉土，地下水位與地面接近。穿越段施工采用凍結(jié)法加固地層，礦山法開挖的方案。
　　穿越段工程施工難度及風(fēng)險均較大，主要原因一是穿越段上方為地鐵車站和城市干道立交橋，周邊有多幢住宅和重要公共建筑；二是穿越段結(jié)構(gòu)緊貼地鐵一號線車站底板，同時開挖范圍內(nèi)有近4m厚的超細(xì)粉砂地層，且地下水水壓較高；三是穿越段需穿透兩道厚0.8m的原地鐵一號線車站結(jié)構(gòu)圍護(hù)地下連續(xù)墻，開挖跨度較大。

　　2、凍結(jié)施工方案設(shè)計
　　由于穿越段開挖范圍內(nèi)有近4m厚的超細(xì)粉砂層，且地下水水壓較高，施工時很容易發(fā)生水砂突出災(zāi)難性事故。尤其是穿越段上方緊挨原地鐵車站，要求施工引起的原地鐵車站結(jié)構(gòu)沉降要控制在毫米級以內(nèi)，對施工方案選擇提出了很高的要求。根據(jù)以往施工經(jīng)驗，目前在隧道工程施工中經(jīng)常采用的降水、注漿、管棚以及頂管等工法在該工程中都難以實施，或存在極大的風(fēng)險，因而必須尋找一種新的施工方法，以徹底解決堵水、加固和有效控制周圍地層及建筑物變形的難題。
　　地層凍結(jié)法是用人工制冷的方法使含水地層凍結(jié)，形成凍土，從而提高地層穩(wěn)定性和止水性的地層加固方法，適用于飽和砂土、淤泥等各種復(fù)雜地層加固。地層凍結(jié)法技術(shù)可靠，對施工條件要求寬，國際工程界認(rèn)為它是在其他地層加固方法難以應(yīng)用時的最終解決方案。
　　盡管地層凍結(jié)法有很多優(yōu)點，但根據(jù)分析，在穿越段工程中應(yīng)用該項技術(shù)還存在一些技術(shù)難題。首先是地層凍結(jié)時會產(chǎn)生凍脹變形，最大凍脹量可以達(dá)到凍土體積的7%以上，而凍土解凍時又會發(fā)生收縮融沉，且收縮量可以超過凍脹量，從而使周圍地層出現(xiàn)明顯隆起和沉降現(xiàn)象，引起周圍建筑物移位或產(chǎn)生變形破壞。其次是穿越段工程凍結(jié)邊界條件極為復(fù)雜，凍結(jié)區(qū)與地鐵一號線車站底板、圍護(hù)地下連續(xù)墻等易散熱物體直接接觸，使得接觸面處特別容易出現(xiàn)凍結(jié)薄弱區(qū)，從而影響凍結(jié)維護(hù)結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度與封水性。第三是在擬開挖隧道周圍施工凍結(jié)鉆孔和安裝凍結(jié)管難度較大，鉆孔時容易發(fā)生水砂突出事故。
　　下行線隧道與上行線隧道均采用“田”字形斷面的凍結(jié)壁形式，凍結(jié)設(shè)計參數(shù)見附表。凍結(jié)系統(tǒng)設(shè)計最低鹽水溫度為-28～-30℃，維護(hù)凍結(jié)鹽水溫度為-20℃，單孔鹽水流量為5～7m3/h.每條隧道計算需冷量為470MJ/h，實際裝機(jī)制冷量為700MJ/h。

　　3、凍結(jié)施工關(guān)鍵技術(shù)
　　3.1水平凍結(jié)孔施工技術(shù)
　?。?）采用二次開孔工藝，以防鉆透地下連續(xù)墻時大量出泥出水。一次開孔采用金剛石取心鉆在地下連續(xù)墻上鉆進(jìn)300mm深左右，不鉆透連續(xù)墻。一次開孔鉆進(jìn)完畢，下入孔口管并安裝閥門，接著進(jìn)行二次開孔鉆進(jìn)，直至鉆透連續(xù)墻。連續(xù)墻鉆透后，立即退出開孔鉆頭，關(guān)閉閥門。
　?。?）用夯管法下凍結(jié)管，夯管和鉆進(jìn)時安裝類似軸封的孔口止水裝置。對于需要穿透對側(cè)地下連續(xù)墻的凍結(jié)孔，則先用夯管法下套管（套管下至對側(cè)連續(xù)墻墻面），然后用鉆機(jī)在套管中鉆透對側(cè)連續(xù)墻，再用夯管法下入凍結(jié)管。鉆進(jìn)對側(cè)地下連續(xù)墻時，鉆頭部位安裝逆止閥和巖心管。
　　（3）下完凍結(jié)管后，對凍結(jié)管與孔口管及套管間的間隙和孔口附近地層進(jìn)行注漿充填。
　?。?）下泄壓管（濾水管）時，在泄壓管內(nèi)裝滿三合土，以防夯進(jìn)泄壓管時出水，影響施工。
　?。?）確保凍結(jié)孔定位準(zhǔn)確。凍結(jié)管夯進(jìn)時，預(yù)設(shè)朝隧道外結(jié)構(gòu)面法向的外偏角為0.5～1°，以防凍結(jié)孔太靠近開挖面，影響凍結(jié)壁有效厚度。
　　3.2地層凍脹和融沉控制技術(shù)
　　（1）在凍結(jié)壁內(nèi)未凍土中設(shè)泄壓孔，通過放水、排泥來減小凍結(jié)壁內(nèi)的水土壓力和消散作用在地鐵一號線上體館站底板上的凍結(jié)附加力。泄壓孔采用Φ140mm以上的鉆孔。泄壓孔濾管不包紗網(wǎng)，以便在凍脹引起地層壓縮時，可從泄壓孔泄水或排除部分土體。施中可根據(jù)車站結(jié)構(gòu)及地層變形監(jiān)測結(jié)果和泄壓孔中的水壓變化情況進(jìn)行泄壓。
　?。?）在地鐵一號線上體館站底板附近增設(shè)凍結(jié)孔和加熱孔各1個，加熱孔兼作測溫孔。根據(jù)工程監(jiān)測結(jié)果，合理調(diào)整凍結(jié)孔的供冷量。在特殊情況下，還可通過在加熱孔中循環(huán)熱水來迅速提高凍結(jié)壁溫度，使凍結(jié)壁軟化，從而減小凍脹力。在采取上述措施的同時，還注意控制好上體館站底板附近凍結(jié)孔的鹽水流量，使車站底板下邊的溫度處在-5～-10℃之間，實現(xiàn)了在保證凍土強(qiáng)度的情況下，盡量減小車站底板溫度應(yīng)力的目的。