CN110159275A - 富水砂层地质地铁旁通道冻结孔布置结构及施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种富水砂层地质地铁旁通道冻结孔布置结构及施工方法，属于地铁隧道旁通道冻结法施工技术领域。包括一对地铁隧道及连通地铁隧道的旁通道、冻结孔、透孔、泄压孔、测温孔和冷冻排管，冻结孔分布于旁通道四周，冻结孔内放置冻结管，冻结孔分为内排孔和外排孔，内排孔为主冻结孔，外排孔为辅助冻结孔，冻结孔外围为冻结帷幕，两侧地铁隧道沿旁通道外围冻结帷幕敷设冷冻排管，联络通道设透孔用于冷冻排管及对冻结管供冷；旁通道中心设置泄压孔用于释放冻结压力，冻结区域四周设置测温孔对冻结帷幕温度场进行监测。本发明创造能够保证施工冻结孔少出泥、施工对地层的扰动小，地面沉降可控性好。
Description
技术领域
本发明属于地铁隧道旁通道冻结法施工技术领域，具体涉及一种富水砂层地质地铁旁通道冻结孔布置结构及施工方法。
背景技术
近年来，城市地铁工程建设逐年增多，在地铁隧道施工过程中，所处地层地质条件对施工影响非常巨大，而地铁旁通道施工是地铁隧道施工中风险最大的一个环节。地铁旁通道是指地铁上行、下行线的两条大致平行隧道之间的连接通道，旁通道施工不仅要考虑自身结构安全，同时会影响到隧道结构及地面环境的安全与稳定，因此，旁通道开挖前必须对其周围土体进行加固。常见的土体加固方法有：地面旋喷桩加固、搅拌桩加固及隧道内水平旋喷桩加固等，但在地层复杂、地下水丰富或城市空间限制的情况下，这些方法很难达到预期的加固效果。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种富水砂层地质地铁旁通道冻结孔布置结构及施工方法。
为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
富水砂层地质地铁旁通道冻结孔布置结构，包括一对地铁隧道及连通地铁隧道的旁通道、冻结孔、透孔、泄压孔、测温孔和冷冻排管，冻结孔分布于旁通道四周，冻结孔内放置冻结管，冻结孔分为内排孔和外排孔，内排孔为主冻结孔，外排孔为辅助冻结孔，冻结孔外围为冻结帷幕，两侧地铁隧道沿旁通道外围冻结帷幕敷设冷冻排管，联络通道设透孔用于冷冻排管及对冻结管供冷；旁通道中心设置泄压孔用于释放冻结压力，冻结区域四周设置测温孔对冻结帷幕温度场进行监测。
进一步的，靠近左侧地铁隧道的旁通道的冻结孔的布置围绕着旁通道成矩形分布，两侧的中部对称的分布一对透孔，同侧的透孔上下设置，两侧还对称的分布两对测温孔，测温孔分布在同侧的冻结孔的两侧。
进一步的，上方的冻结孔分为上层的外排孔和下层的内排孔，上方的冻结孔的孔间距相同，下方的冻结孔分布分为三层，分别为上层的内排孔和中层的中排孔以及下层的外排孔，上层的内排孔的孔间距大于中排孔和外排孔的孔间距，两侧的冻结孔的孔间距小于上方的冻结孔的孔间距也小于下方的冻结孔的孔间距。
进一步的，靠近右侧的地铁隧道的旁通道的冻结孔的布置分布在旁通道的上方和下方，上方的冻结孔成直线分布，最边上的两个冻结孔的朝外的斜下方分别分布有冻结孔，下方的冻结孔分布成上下两排，上方的为内排孔，下方的为外排孔，旁通道的两侧分别设置一对上下设置的透孔，该侧的冻结区域四周设置四对测温孔对冻结帷幕温度场进行监测。
本发明创造还提及了一种富水砂层地质地铁旁通道施工方法，包括以下步骤：
S1：旁通道冻结孔设计；
S2：冻结孔定位测量；
S3：冻结孔施工；
S4：冻结施工，形成冻结帷幕；
S5：旁通道开挖与支护；
S6：停止冻结、解冻；
S7：补偿注浆、冻结孔封孔。
进一步的，步骤S2中冻结孔施工前必须对要破除的隧道管片位置及高程进行测量，确保定位准确；冻结孔开孔位置误差不大于100mm，应避开地铁隧道管片接缝、螺栓、主筋和钢管片肋板；冻结孔最大允许偏斜为150mm，旁通道处冻结孔成孔控制最大允许间距为1200mm。
进一步的，步骤S3中所有冻结管接头抗拉强度不低于母管的75％，打设冻结孔时须先对联络通道处隧道位置进行校核，并先打透孔，根据校核后数据打设其它冻结孔；主冻结孔控制终孔间距为1.2m，多排孔处相邻排最大间距不大于1.5m，旁通道两侧地铁隧道沿旁通道外围冻结帷幕敷设5～6排冷冻排管，冷冻排管间距为450mm，冷冻排管敷设应密贴隧道管片。
进一步的，步骤S4中在冻结帷幕附近地铁隧道管片内侧敷设保温层，敷设范围至设计冻结帷幕边界外2m，保温层采用阻燃的软质塑料泡沫软板，厚度不小于40mm，旁通道积极冻结时间为45～50天，要求冻结孔单孔流量不小于5m3/h，开挖区外围冻结孔布置圈上冻结帷幕与地铁隧道管片交界面处平均温度不高于-5℃，其它部位设计冻结帷幕平均温度小于等于-10℃。
进一步的，步骤S5中开挖前检验冻结帷幕厚度和平均温度均达到设计值，对发现冻结异常处补打探孔进行测温检验，检验合格后按设计要求安装隧道支撑和防护门，在两地铁隧道冻结帷幕内侧设泄压孔，泄压孔无水、泥流出，可进行通道断面开挖及支护，开挖过程每天要定时监测初期支护收敛变形和支护层后冻土温度，发现支护变形或冻土融化应分析原因，及时采取加强措施。
进一步的，步骤S7中解冻后根据地层监测情况进行冻结帷幕融沉补偿注浆，注浆结束后对冻结孔进行封堵。
本发明的有益效果在于：
(1)本发明创造在地铁旁通道施工中，利用本发明创造的方法能够保证施工冻结孔少出泥、施工对地层的扰动小，地面沉降可控性好；
(2)采用本发明创造冻结加固地铁旁通道周边土体，形成强度高、封闭性好的冻结帷幕，可有效保证开挖施工安全可靠，并能缩短施工工期，降低施工成本；
(3)本发明创造的布置结构及施工方法，形成冻结帷幕后，具有良好止水效果，便于施工，且不需要占用地面场地。
本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作优选的详细描述，其中：
图1为本发明创造实施例所述的旁通道冻结孔布置立面图；
图2为图1中A-A处的开孔位置图；
图3为图1中B-B处的开孔位置图。
附图标记：
1、地铁隧道；2、旁通道；3、冻结孔；4、透孔；5、测温孔；6、冷冻排管；7、冻结帷幕；8、泄压孔。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本发明的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
如图1至3所示，富水砂层地质地铁旁通道冻结孔布置结构，包括一对地铁隧道1及连通地铁隧道1的旁通道2、冻结孔3、透孔4、泄压孔8、测温孔5和冷冻排管6。冻结孔3分布于旁通道2四周，冻结孔3内放置冻结管，冻结孔3分为内排孔和外排孔，内排孔为主冻结孔3，外排孔为辅助冻结孔3。
靠近左侧地铁隧道1的旁通道2的冻结孔3的布置为围绕着旁通道2成矩形分布，上方的冻结孔3分为上层的外排孔和下层的内排孔，上方的冻结孔3的孔间距相同。下方的冻结孔3分布分为三层，分别为上层的内排孔和中层的中排孔以及下层的外排孔，上层的内排孔的孔间距大于中排孔和外排孔的孔间距。两侧的冻结孔3的孔间距小于上方的冻结孔3的孔间距也小于下方的冻结孔3的孔间距。两侧的中部对称的分布有一对透孔4，同侧的透孔4上下设置。两侧还对称的分布有两对测温孔5，测温孔5分布在同侧的冻结孔3的两侧。
靠近右侧的地铁隧道1的旁通道2的冻结孔3的布置分布在旁通道2的上方和下方，上方的冻结孔3成直线分布，最边上的两个冻结孔3的朝外的斜下方分别分布有冻结孔3。下方的冻结孔3分布成上下两排，上方的为内排孔，下方的为外排孔。旁通道2的两侧分别设置有一对上下设置的透孔4。该侧的冻结区域四周设置四对测温孔5对冻结帷幕7温度场进行监测。
冻结孔3的外围形成冻结帷幕7，两侧地铁隧道1沿旁通道2外围冻结帷幕7敷设5～6排冷冻排管6，冷冻排管6之间的间距为450mm。冷冻排管6与冻结孔3之间的联络通道内设透孔4用于冷冻排管6及对冻结管供冷。旁通道2中心设置2个泄压孔8用于释放冻结压力。
地铁旁通道施工方法：
(1)旁通道2冻结孔3设计：根据旁通道2处地质条件、旁通道2及隧道结构尺寸大小进行旁通道2冻结孔3设计。
(2)冻结孔3定位测量：冻结孔3施工前必须对要破除的地铁隧道1管片位置及高程进行测量，确保定位准确。冻结孔3开孔位置误差不大于100mm，应避开地铁隧道1管片接缝、螺栓、主筋和钢管片肋板；冻结孔3最大允许偏斜为150mm，旁通道2处冻结孔3成孔控制最大允许间距为1200mm。
(3)冻结孔3施工：所有冻结管用低碳钢无缝钢管，冻结管接头抗拉强度不低于母管的75％，个别冻结孔3开挖时割断后须立即用软管连接，恢复冻结，停止冻结时间不超过2小时。打设冻结孔3时须先对联络通道处隧道位置进行校核，并先打透孔4，根据校核后数据打设其它冻结孔3；主冻结孔3控制终孔间距为1.2m，多排孔处相邻排最大间距不大于1.5m。旁通道2两侧地铁隧道1沿旁通道2外围冻结帷幕7敷设5～6排冷冻排管6，排管间距为450mm，冷冻排管6采用无缝钢管或采用槽钢焊接加工，冷冻排管6敷设应密贴地铁隧道1管片。
(4)冻结施工，形成冻结帷幕7：在冻结帷幕7附近地铁隧道1管片内侧敷设保温层，敷设范围至设计冻结帷幕7边界外2m，保温层采用阻燃的软质塑料泡沫软板,厚度不小于40mm。积极冻结时，在冻结区附近200m范围内不得采取降水措施，在冻结区内土层中不得有集中水流。旁通道2积极冻结时间为45～50天，要求冻结孔3单孔流量不小于5m3/h，积极冻结7天盐水温度降至-18℃以下，积极冻结15天盐水温度降至-24℃以下，开挖时，去、回路盐水温差不大于2℃，盐水温度降至-28℃以下。开挖区外围冻结孔3布置圈上冻结帷幕7与地铁隧道1管片交界面处平均温度不高于-5℃，其它部位设计冻结帷幕7平均温度小于等于-10℃。
(5)旁通道2开挖与支护：开挖前检验冻结帷幕7厚度和平均温度均达到设计值，对发现冻结异常处补打探孔进行测温检验。检验合格后按设计要求安装隧道支撑和防护门，在两地铁隧道1冻结帷幕7内侧设泄压孔8，泄压孔8无水、泥流出，可进行旁通道断面开挖及支护。开挖过程每天要定时监测初期支护收敛变形和支护层后冻土温度，发现支护变形或冻土融化应分析原因，及时采取加强措施。
(6)停止冻结、解冻：联络通道体结构施工结束后即可停止冻结，冻结帷幕7采用自然解冻方式进行解冻，当地面及联络通道结构沉降稳定后视为解冻结束。
(7)补偿注浆、冻结孔3封孔：解冻后根据地层监测情况进行冻结帷幕7融沉补偿注浆，注浆结束后对冻结孔3进行封堵。
本发明针对富水砂层地铁旁通道2施工安全风险高、施工难度大、施工效率低的难题，通过调整冻结孔3布置结构，形成强度高、封闭性好的冻结帷幕7，并减少冻胀变形，避免了过量的冻胀融沉对周围环境的危害，保证了施工安全。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (10)
1.富水砂层地质地铁旁通道冻结孔布置结构，其特征在于：包括一对地铁隧道(1)及连通地铁隧道(1)的旁通道(2)、冻结孔(3)、透孔(4)、泄压孔(8)、测温孔(5)和冷冻排管(6)，冻结孔(3)分布于旁通道(2)四周，冻结孔(3)内放置冻结管，冻结孔(3)分为内排孔和外排孔，内排孔为主冻结孔(3)，外排孔为辅助冻结孔(3)，冻结孔(3)外围为冻结帷幕(7)，两侧地铁隧道(1)沿旁通道(2)外围冻结帷幕(7)敷设冷冻排管(6)，联络通道设透孔(4)用于冷冻排管(6)及对冻结管供冷；旁通道(2)中心设置泄压孔(8)用于释放冻结压力，冻结区域四周设置测温孔(5)对冻结帷幕(7)温度场进行监测。
2.根据权利要求1所述的富水砂层地质地铁旁通道冻结孔布置结构，其特征在于：靠近左侧地铁隧道(1)的旁通道(2)的冻结孔(3)的布置围绕着旁通道(2)成矩形分布，两侧的中部对称的分布一对透孔(4)，同侧的透孔(4)上下设置，两侧还对称的分布两对测温孔(5)，测温孔(5)分布在同侧的冻结孔(3)的两侧。
3.根据权利要求2所述的富水砂层地质地铁旁通道冻结孔布置结构，其特征在于：上方的冻结孔(3)分为上层的外排孔和下层的内排孔，上方的冻结孔(3)的孔间距相同，下方的冻结孔(3)分布分为三层，分别为上层的内排孔和中层的中排孔以及下层的外排孔，上层的内排孔的孔间距大于中排孔和外排孔的孔间距，两侧的冻结孔(3)的孔间距小于上方的冻结孔(3)的孔间距也小于下方的冻结孔(3)的孔间距。
4.根据权利要求1所述的富水砂层地质地铁旁通道冻结孔布置结构，其特征在于：靠近右侧的地铁隧道(1)的旁通道(2)的冻结孔(3)的布置分布在旁通道(2)的上方和下方，上方的冻结孔(3)成直线分布，最边上的两个冻结孔(3)的朝外的斜下方分别分布有冻结孔(3)，下方的冻结孔(3)分布成上下两排，上方的为内排孔，下方的为外排孔，旁通道(2)的两侧分别设置一对上下设置的透孔(4)，该侧的冻结区域四周设置四对测温孔(5)对冻结帷幕(7)温度场进行监测。
5.一种富水砂层地质地铁旁通道施工方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：旁通道(2)冻结孔(3)设计；
S2：冻结孔(3)定位测量；
S3：冻结孔(3)施工；
S4：冻结施工，形成冻结帷幕(7)；
S5：旁通道(2)开挖与支护；
S6：停止冻结、解冻；
S7：补偿注浆、冻结孔(3)封孔。
6.根据权利要求5所述的富水砂层地质地铁旁通道施工方法，其特征在于：步骤S2中冻结孔(3)施工前必须对要破除的地铁隧道(1)管片位置及高程进行测量，确保定位准确；冻结孔(3)开孔位置误差不大于100mm，应避开地铁隧道(1)管片接缝、螺栓、主筋和钢管片肋板；冻结孔(3)最大允许偏斜为150mm，旁通道(2)处冻结孔(3)成孔控制最大允许间距为1200mm。
7.根据权利要求5所述的富水砂层地质地铁旁通道施工方法，其特征在于：步骤S3中所有冻结管接头抗拉强度不低于母管的75％，打设冻结孔(3)时须先对联络通道处隧道位置进行校核，并先打透孔(4)，根据校核后数据打设其它冻结孔(3)；主冻结孔(3)控制终孔间距为1.2m，多排孔处相邻排最大间距不大于1.5m，旁通道(2)两侧地铁隧道(1)沿旁通道(2)外围冻结帷幕(7)敷设5～6排冷冻排管(6)，冷冻排管(6)间距为450mm，冷冻排管(6)敷设应密贴地铁隧道(1)管片。
8.根据权利要求5所述的富水砂层地质地铁旁通道施工方法，其特征在于：步骤S4中在冻结帷幕(7)附近地铁隧道(1)管片内侧敷设保温层，敷设范围至设计冻结帷幕(7)边界外2m，保温层采用阻燃的软质塑料泡沫软板，厚度不小于40mm，旁通道(2)积极冻结时间为45～50天，要求冻结孔(3)单孔流量不小于5m3/h，开挖区外围冻结孔(3)布置圈上冻结帷幕(7)与地铁隧道(1)管片交界面处平均温度不高于-5℃，其它部位设计冻结帷幕(7)平均温度小于等于-10℃。
9.根据权利要求5所述的富水砂层地质地铁旁通道施工方法，其特征在于：步骤S5中开挖前检验冻结帷幕(7)厚度和平均温度均达到设计值，对发现冻结异常处补打探孔进行测温检验，检验合格后按设计要求安装隧道支撑和防护门，在两地铁隧道(1)冻结帷幕(7)内侧设泄压孔(8)，泄压孔(8)无水、泥流出，可进行旁通道(2)断面开挖及支护，开挖过程每天要定时监测初期支护收敛变形和支护层后冻土温度，发现支护变形或冻土融化应分析原因，及时采取加强措施。
10.根据权利要求5所述的富水砂层地质地铁旁通道施工方法，其特征在于：步骤S7中解冻后根据地层监测情况进行冻结帷幕(7)融沉补偿注浆，注浆结束后对冻结孔(3)进行封堵。
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