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，西端為明珠線區間隧道盾構工作井。
　　穿越段附近地面絕對標高+4.19m.穿越段結構頂面標高為-10.08m，緊貼地鐵一號線車站底板。穿越段結構底面標高為-15.82m.穿越段所處地層主要為飽和灰色淤泥質粘土和砂質粉土，地下水位與地面接近。穿越段施工采用凍結法加固地層，礦山法開挖的方案。
　　穿越段工程施工難度及風險均較大，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；二是穿越段結構緊貼地鐵一號線車站底板，同時開挖范圍內有近4m厚的超細粉砂地層，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構圍護地下連續墻，開挖跨度較大。

　　2、凍結施工方案設計
　　由于穿越段開挖范圍內有近4m厚的超細粉砂層，且地下水水壓較高，施工時很容易發生水砂突出災難性事故。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構沉降要控制在毫米級以內，對施工方案選擇提出了很高的要求。根據以往施工經驗，目前在隧道工程施工中經常采用的降水、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。
　　地層凍結法是用人工制冷的方法使含水地層凍結，形成凍土，從而提高地層穩定性和止水性的地層加固方法，適用于飽和砂土、淤泥等各種復雜地層加固。地層凍結法技術可靠，對施工條件要求寬，國際工程界認為它是在其他地層加固方法難以應用時的最終解決方案。
　　盡管地層凍結法有很多優點，但根據分析，在穿越段工程中應用該項技術還存在一些技術難題。首先是地層凍結時會產生凍脹變形，最大凍脹量可以達到凍土體積的7%以上，而凍土解凍時又會發生收縮融沉，且收縮量可以超過凍脹量，從而使周圍地層出現明顯隆起和沉降現象，引起周圍建筑物移位或產生變形破壞。其次是穿越段工程凍結邊界條件極為復雜，凍結區與地鐵一號線車站底板、圍護地下連續墻等易散熱物體直接接觸，使得接觸面處特別容易出現凍結薄弱區，從而影響凍結維護結構的強度與封水性。第三是在擬開挖隧道周圍施工凍結鉆孔和安裝凍結管難度較大，鉆孔時容易發生水砂突出事故。
　　下行線隧道與上行線隧道均采用“田”字形斷面的凍結壁形式，凍結設計參數見附表。凍結系統設計最低鹽水溫度為-28～-30℃，維護凍結鹽水溫度為-20℃，單孔鹽水流量為5～7m3/h.每條隧道計算需冷量為470MJ/h，實際裝機制冷量為700MJ/h。

　　3、凍結施工關鍵技術
　　3.1水平凍結孔施工技術
　　（1）采用二次開孔工藝，以防鉆透地下連續墻時大量出泥出水。一次開孔采用金剛石取心鉆在地下連續墻上鉆進300mm深左右，不鉆透連續墻。一次開孔鉆進完畢，下入孔口管并安裝閥門，接著進行二次開孔鉆進，直至鉆透連續墻。連續墻鉆透后，立即退出開孔鉆頭，關閉閥門。
　　（2）用夯管法下凍結管，夯管和鉆進時安裝類似軸封的孔口止水裝置。對于需要穿透對側地下連續墻的凍結孔，則先用夯管法下套管（套管下至對側連續墻墻面），然后用鉆機在套管中鉆透對側連續墻，再用夯管法下入凍結管。鉆進對側地下連續墻時，鉆頭部位安裝逆止閥和巖心管。
　　（3）下完凍結管后，對凍結管與孔口管及套管間的間隙和孔口附近地層進行注漿充填。
　　（4）下泄壓管（濾水管）時，在泄壓管內裝滿三合土，以防夯進泄壓管時出水，影響施工。
　　（5）確保凍結孔定位準確。凍結管夯進時，預設朝隧道外結構面法向的外偏角為0.5～1°，以防凍結孔太靠近開挖面，影響凍結壁有效厚度。
　　3.2地層凍脹和融沉控制技術
　　（1）在凍結壁內未凍土中設泄壓孔，通過放水、排泥來減小凍結壁內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附加力。泄壓孔采用Φ140mm以上的鉆孔。泄壓孔濾管不包紗網，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。施中可根據車站結構及地層變形監測結果和泄壓孔中的水壓變化情況進行泄壓。
　　（2）在地鐵一號線上體館站底板附近增設凍結孔和加熱孔各1個，加熱孔兼作測溫孔。根據工程監測結果，合理調整凍結孔的供冷量。在特殊情況下，還可通過在加熱孔中循環熱水來迅速提高凍結壁溫度，使凍結壁軟化，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孔的鹽水流量，使車站底板下邊的溫度處在-5～-10℃之間，實現了在保證凍土強度的情況下，盡量減小車站底板溫度應力的目的。