CN113294205A - 一种地铁车站地下水导流结构及施工方法 - Google Patents
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Abstract
本公开提供了一种地铁车站地下水导流结构及施工方法，属于施工技术领域，该结构包括设置在车站迎水侧的汇水系统、车站底部的补偿径流系统以及车站背水侧的排水系统；汇水系统、补偿径流系统以及排水系统相互连通，排水系统与汇水系统结构相同，所述汇水系统包括设置在支护桩间沿着车站高度方向上设置的竖向渗流补偿通道、基坑坑壁与车站之间的肥槽渗流补偿通道以及沿着车站走向设置的纵向渗流管，肥槽渗流补偿通道内填强透水填料，纵向渗流管设置在肥槽渗流补偿通道的底部，所述纵向渗流管通过第一连接通道与竖向渗流补偿通道相连通，通过第二连接管道与补偿径流系统相连通。
Description
技术领域
本公开属于施工技术领域，具体是涉及一种地铁车站地下水导流结构及施工方法。
背景技术
这里的陈述仅提供与本公开相关的背景技术，而不必然地构成现有技术。
随着经济社会的发展，人民群众对于轨道交通等重大地下工程的呼声越来越高，但在与地下水渗流通道垂向相交的地铁车站工程中，受基坑支护工程和车站结构的影响，地下水的渗流通道往往被局部或全部阻隔，对地下水环境造成一定的影响，在水力坡度变化较大的地段可能局部形成地下水壅高现象，带来车站的抗浮安全隐患，甚至有可能引发工程渗水、涌水等安全问题。
泉水是济南的名片，地铁工程设计施工中泉水保护应放在首位，涉及地下水渗流问题在泉水补给区、渗流区、出露区均受到严格审查。目前的地铁车站设计方案已规避深部岩溶含水层，但对于浅层岩溶含水层地下水的渗流通道局部阻挡问题尚无有效的解决方案。因此，如何在保护地下水径流环境不受地铁车站阻隔影响的前提下进行轨道交通建设，已成为亟待解决的重大工程问题。
发明内容
针对现有技术存在的技术问题，本公开提供了一种地铁车站地下水导流结构及施工方法。该结构能通过汇水系统、地下水补偿径流系统及排水系统的有机结合，通过汇水系统将被车站结构堵塞的地下水流迅速汇集，径由地下水补偿径流系统将被车站结构堵塞的地下水导流到车站背水侧，通过排水系统将地下水流尽快疏散到原地层中。最大程度减小地铁车站建设对地下水环境的影响，以实现地铁建设与泉水保护的协调发展和共融共生。
本公开至少一实施例提供了一种地铁车站地下水导流结构，该结构包括设置在地铁车站迎水侧的汇水系统、车站底部的补偿径流系统以及车站背水侧的排水系统；汇水系统、补偿径流系统以及排水系统相互连通，排水系统与汇水系统结构相同，所述汇水系统包括在地铁车站一侧支护桩间沿着车站高度方向上设置的竖向渗流补偿通道、基坑坑壁与车站之间的肥槽渗流补偿通道，肥槽渗流补偿通道内填强透水填料，在肥槽渗流补偿通道的底部设有用于收集肥槽渗流补偿通道内渗流水的纵向渗流管，纵向渗流管通过第一连接通道与竖向渗流补偿通道相连通，通过第二连接管道与补偿径流系统相连通。
进一步地，所述竖向渗流补偿通道设有竖向渗流管，其中竖向渗流管在高度方向依次设有无缝管和滤水管，其中无缝管设置在岩地层以上弱透水地层，无缝管周围回填黏土填料，滤水管的底部与纵向渗流管相连通。
进一步地，所述竖向渗流补偿通道靠近车站的一侧设有土工布。
进一步地，基坑坑壁与透水填料之间设有土工布。
进一步地，竖向渗流补偿通道的深度大于车站底板若干米。
进一步地，在肥槽渗流补偿通道底部紧靠基坑侧壁且沿着车站走向设有纵向渗流槽，所述纵向渗流管设置在纵向渗流槽内，纵向渗流槽内填充透水填料，且在纵向渗流槽的上部覆盖土工布防护层。
进一步地，所述补偿径流系统包括设置在车站底板的横向补偿径流槽，横向补偿径流槽内设有横向渗流管，其中横向渗流管长度方向的两端分别与汇水系统和排水系统中的纵向渗流管相连通。
本公开至少一实施例还提供了一种地铁车站地下水导流结构施工方法，该方法包括如下步骤：
计算确定通过车站断面的地下水流量；并根据计算结果，确定所需汇水系统、补偿径流系统及排水系统的结构参数；
待地铁车站两侧的支护桩施工完成后，在支护桩周围施工地质钻孔，向所述钻孔内安装竖向渗流管形成竖向渗流补偿通道；
进行基坑开挖，基坑开挖到基底设计标高后，开挖纵向渗流槽及横向补偿径流槽；纵向渗流槽放置纵向渗流导管，在横向补偿径流槽放置横向渗流管，横向渗流管长度方向的两端分别与纵向渗流导管连通；
施工车站结构，待车站结构施工完毕，采用透水填料对支护桩与车站结构之间肥槽进行回填，直至灰岩顶板，灰岩顶板以上土层范围内采用黏土回填，不同填料之间采用土工防护材料进行防护。
进一步地，将所述竖向渗流管分成无缝管和滤水管两部分，其中灰岩地层以下的地层放滤水管，灰岩地层以上的弱透水地层放无缝管，无缝管周围充填黏土填料。
进一步地，在施工地质钻孔过程中，钻孔深度超过车站结构底板3-5m。
本公开的有益效果如下：
1、本公开提供的地下水导流结构可有效提高地铁车站断面位置的透水能力，最大程度的保护原有地下水渗流状态不受工程结构阻隔的影响，有助于地下水径流环境的保护。
2、本公开提供的地下水导流结构可最大程度减小工程结构产生的地下水壅高现象，避免引起地下水压力过大，带来车站的抗浮安全隐患。
3、本公开提供的地下水导流结构工程造价低廉，施工简便，有利于节省工程造价。
4、本公开提供的地下水导流结构能够有效隔断地表水与地下水的水力联系，避免地表水污染地下水。
附图说明
构成本公开的一部分的说明书附图用来提供对本公开的进一步理解，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的不当限定。
图1为本公开实施例提供的地铁车站地下水导流结构截面图；
图2为本公开实施例提供的地铁车站地下水导流结构内肥槽渗流补偿通道的局部放大图；
图3为本公开实施例提供的地铁车站地下水导流结构内纵向渗流补偿通道的局部放大图；
图4为本公开实施例提供的地铁车站地下水导流结构俯视图；
图5为本公开实施例提供的地铁修建后裂隙岩溶水模拟流场俯视图；
图6为本公开实施例提供的地铁修建后裂隙岩溶水模拟流场剖视图；
图7为本公开实施例提供的地铁车站修建前后基坑迎水侧边界水位情况；
图8为本公开实施例提供的导流管布设整体效果图；
图9为本公开实施例提供的加入导流措施时模拟流场俯视图；
图10为本公开实施例提供的加入导流管时模拟流场剖视图；
图11为本公开实施例提供的加入导流管后基坑南侧边界水位情况。
图中：1、竖向渗流补偿管道，2、肥槽渗流补偿通道，21、强透水填料，3、纵向渗流补偿通道，31、纵向渗流导管，32、强透水填料，33、第一连接通道，34、第二连接通道，4、地铁车站，5、地铁车站底板，6、横向补偿径流槽。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本公开提供进一步的说明。除非另有指明，本公开使用的所有技术和科学术语具有与本公开所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
本公开实施例提供了一种地铁车站地下水导流结构，该结构主要包括设置在地铁车站迎水侧(图1中车站的左侧)的汇水系统、地铁车站底板底部5的地下水补偿径流系统以及地铁车站4背水侧(图1中车站的右侧)的排水系统。其中这三个通道相互连通，且汇水系统和排水系统结构相同，且以地下水补偿径流系统的中心相互对称。
具体地，如图1所示，本实施例中的汇水系统主要包括支护桩间的竖向渗流补偿管道1、肥槽渗流补偿通道2以及车站底板两侧的纵向渗流补偿通道3。
其中所述所述支护桩间竖向渗流补偿通道由灰岩区地质钻孔、滤水管、无缝管、填料等组成，滤水管和无缝管设置在灰岩区地质钻孔内，且在钻孔内灰岩地层以上的地层放置无缝管，灰岩区内下放滤水管，所述无缝管与滤水管之间或数根不同长度管材之间可采用热熔或丝扣连接，为了放置地表水污染地下水，本实施例中优选地在灰岩地层以上的弱透水地层宜采用无缝管，并在无缝管周围充填黏土填料。
优选地，本实施例中的所述钻孔及滤水管的直径可根据需要选择426mm,325mm,273mm,219mm,150mm,110mm等不同规格；同时所述所述滤水管材质从考虑耐久性及不影响后期开发角度宜采用钢管、塑料或PE等材质。
所述支护桩间竖向渗流补偿通道1应尽量靠近基坑边线，同时应在所述竖向渗流补偿通道1外侧设置一层200-300g/m2土工布，这样基坑开挖后当采取喷浆措施的时候，通过所述土工布可以防止浆液污染竖向渗流补偿通道。
另外，本实施例中的所述支护桩间竖向渗流通道深度1应大于车站底板3-5m，深于车站结构底板部分作为沉淀段，防止补偿通道被泥沙堵塞。
进一步地，本实施例中的所述肥槽渗流补偿通道2充分利用基坑坑壁与车站之间的肥槽空隙，在所述肥槽空隙内填强透水填料21，见图2，以汇集未设竖向渗流补偿通道的支护桩间的渗水，同时基坑坑壁与强透水填料之间，可采用一层200-300g/m2土工布进行分隔，以避免水中泥沙堵塞强透水填料。
需要说明的就是，本实施例中的所述肥槽渗流补偿通道内也可根据需要设置前述竖向渗流补偿通道。
进一步地，如图3所示，本实施例中的所述车站底板纵向渗流补偿通道由纵向渗流槽、纵向渗流导管31、强透水填料32、土工布防护层等组成。
所述纵向渗流槽是设置在肥槽渗流补偿通道的底部，且沿地铁车站走向设置，断面宜为矩形或方形，尺寸宜选择0.5-1.0m，且宜紧靠基坑侧壁设置。
所述纵向渗流槽可在灰岩地层开挖形成。
所述纵向渗流槽内设置所述纵向渗流导管31，纵向渗流导管外侧空间充填强透水填料32，其纵向渗流导管的上部采用土工布防护层覆盖，以防纵向渗流槽被泥沙污染。
优选地，所述纵向渗流导管的材质可选择钢管或PE材质，纵向渗流导管根据需要可选择426mm,325mm,273mm,219mm,150mm,110mm等不同规格的滤水管，纵向渗流导管外侧宜包裹一层土工布防护层，防止泥沙进入导管。
进一步地，参见图3所示，本实施例中纵向渗流导管通过第一连接通道33与竖向渗流补偿通道相连通，具体是与竖向渗流补偿通道内滤水管的底部相连通，纵向渗流导管通过第二连接通道34与设置在地铁车站底部的地下水补偿径流系统内的渗流管涵相连通，这样可以将车站迎水侧的渗流水通过底部的地下水补偿径流系统传送到车站背水侧。
进一步地，本实施例中的所述地下水补偿径流系统设置于车站底板，为垂直于车站走向或沿地下水流向与车站走向相交的横向补偿径流槽6。
优选地，所述地下水补偿径流系统中的横向补偿径流槽应根据地下水流量选择尺寸及间距等参数，尺寸可选择边长为0.5-1.0m的矩形，并安装上述尺寸开挖横向补偿地下水渗流管涵，而且所述地下水补偿径流系统两端预留与所述纵向渗流导管直径相等的孔洞，其余封闭。
所述设置在横向补偿径流槽内的横向补偿地下水渗流管涵长度方向上的两端分别与汇水系统和排水系统中的纵向渗流导管31相连通。
所以本实施例公开的地铁车站地下水导流结构通过地铁车站迎水侧的汇水系统将地下水通过地铁车站的底部的地下水补偿径流系统引流到地铁车站背水的排水系统中，这样有效隔断地表水与地下水的水力联系，避免地表水污染地下水。
下面详细说明一下基于上述一种地铁车站地下水导流结构的施工方法，该方法具体为：
1、首先，根据地下水动力学相关原理及公式进行计算确定通过车站断面的地下水流量，当无相关经验时，可采用
进行估算，式中，h1，h2为两个勘察孔潜水厚度，L为两勘察孔距离，K为渗透系数，B为车站长度；当条件复杂时，宜采用数值模拟等技术手段确定车站断面流量；
2、根据相关计算结果，确定所需汇水系统、地下水补偿径流系统及排水系统尺寸、数量、间距等参数；
3、待地铁车站两侧的支护桩施工完成后，在相邻的支护桩之间施工地质钻孔，钻孔深度超过车站结构底板3-5m，灰岩区内下放滤水管，灰岩地层以上的地层采用无缝管，无缝管周围充填黏土填料，形成所述支护桩间竖向渗流补偿通道1；
4、进行基坑开挖，基坑开挖过程中注意对所述支护桩间竖向渗流补偿通道进行保护，可在所述竖向渗流补偿通道外侧设置一层200-300g/m2土工布，防止表面喷护时，浆液污染竖向渗流补偿通道；
5、基坑开挖到基底设计标高后，开挖纵向渗流槽及横向补偿径流槽；
6、在横向补偿径流槽施工钢筋混凝土地下水渗流管涵，并在两端预留与纵向渗流导管直径相同的孔洞；
7、纵向渗流槽内设置纵向渗流导管，纵向渗流导管与钢筋混凝土地下水渗流管涵及竖向渗流补偿通道之间通过三通导管连接；
8、施工车站结构，待车站结构施工完毕，采用强透水填料对支护桩与车站结构之间肥槽进行回填，直至灰岩顶板，灰岩顶板以上弱透水土层范围或距地面3-5m范围内采用黏土回填，不同填料之间采用土工防护材料进行防护，防止上部泥沙污染强透水填料。
下面以一个具体的案例对地铁车站修建后渗流场模拟分析：
拟建山师东路地铁站主体为浅埋地下二层岛式站台车站，车站总体长314.65m，标准段净宽22.1m，基坑埋深约16.85m，其中在基坑东西两侧各有两条盾构隧道，隧道直径6.5m，两条隧道之间相距9.2m。在实际建模过程中将基坑和隧道处理为非活动单元格，模型模拟过程中非活动单元格不参与计算。得到的地铁车站修剪后的渗流场如图5、图6，壅高水位见图7。图7为按步长10m输出基坑南侧边界水位变化曲线，由图可以看出，由于修建地铁后地下水过水断面的面积减小，地下水出现壅水现象；其中西南侧壅水高度最大，最大壅水高度0.44m左右；其它位置的壅水高度基本介于0.1m—0.40m之间；基坑两端由于可以向两侧绕流因此壅水高度较小。
采取本实施例公开的地铁车站地下水导流结构后的渗流场模拟：
通过在拟建工程断面修筑本实施例公开的地铁车站地下水导流结构(其中竖向为尺寸325mm圆形导水通道，南北向为尺寸1000mm方形导水通道)，使壅高在基坑南侧的地下水通过导水通道顺利进入下游。导流措施布置方式见图8。通过利用数值模型对不同的导流管布置方式进行反复模拟验证，最终确定当导流管数目为7根并按照如下图所示进行布置时(左侧第一根导流管距离基坑西侧2m，然后每隔56m布置一根导流管，地下水壅高可以基本消失，地下水流场基本恢复到原始状态(图9～图11)。从图10、图11可以看出，布置导流管后，地下水壅水现象基本消失，地下水整体渗流场基本恢复到原始状态，进行地铁建设基本不会影响到地下水正常渗流。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本公开的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本公开进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本公开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，其均应涵盖在本公开的权利要求范围当中。
上述虽然结合附图对本公开的具体实施方式进行了描述，但并非对本公开保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本公开的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本公开的保护范围以内。
Claims (10)
1.一种地铁车站地下水导流结构，其特征在于，包括设置在地铁车站迎水侧的汇水系统、车站底部的补偿径流系统以及车站背水侧的排水系统；汇水系统、补偿径流系统以及排水系统相互连通，排水系统与汇水系统结构相同，所述汇水系统包括在地铁车站一侧支护桩间沿着车站高度方向上设置的竖向渗流补偿通道、基坑坑壁与车站之间的肥槽渗流补偿通道，肥槽渗流补偿通道内填强透水填料，在肥槽渗流补偿通道的底部设有用于收集肥槽渗流补偿通道内渗流水的纵向渗流管，纵向渗流管通过第一连接通道与竖向渗流补偿通道相连通，通过第二连接管道与补偿径流系统相连通。
2.如权利要求1所述的一种地铁车站地下水导流结构，其特征在于，所述竖向渗流补偿通道设有竖向渗流管，其中竖向渗流管在高度方向依次设有无缝管和滤水管，其中无缝管设置在岩地层以上弱透水地层，无缝管周围回填黏土填料，滤水管的底部与纵向渗流管相连通。
3.如权利要求2所述的一种地铁车站地下水导流结构，其特征在于，所述竖向渗流补偿通道靠近车站的一侧设有土工布。
4.如权利要求1所述的一种地铁车站地下水导流结构，其特征在于，基坑坑壁与透水填料之间设有土工布。
5.如权利要求1所述的一种地铁车站地下水导流结构，其特征在于，竖向渗流补偿通道的深度大于车站底板若干米。
6.如权利要求1所述的一种地铁车站地下水导流结构，其特征在于，在肥槽渗流补偿通道底部紧靠基坑侧壁且沿着车站走向设有纵向渗流槽，所述纵向渗流管设置在纵向渗流槽内，纵向渗流槽内填充透水填料，且在纵向渗流槽的上部覆盖土工布防护层。
7.如权利要求1所述的一种地铁车站地下水导流结构，其特征在于，所述补偿径流系统包括设置在车站底板的横向补偿径流槽，横向补偿径流槽内设有横向渗流管，其中横向渗流管长度方向的两端分别与汇水系统和排水系统中的纵向渗流管相连通。
8.一种地铁车站地下水导流结构施工方法，其特征在于，包括如下步骤：
计算确定通过车站断面的地下水流量；并根据计算结果，确定所需汇水系统、补偿径流系统及排水系统的结构参数；
待地铁车站两侧的支护桩施工完成后，在支护桩周围施工地质钻孔，向所述钻孔内安装竖向渗流管形成竖向渗流补偿通道；
进行基坑开挖，基坑开挖到基底设计标高后，开挖纵向渗流槽及横向补偿径流槽；纵向渗流槽放置纵向渗流导管，在横向补偿径流槽放置横向渗流管，横向渗流管长度方向的两端分别与纵向渗流导管连通；
施工车站结构，待车站结构施工完毕，采用透水填料对支护桩与车站结构之间肥槽进行回填，直至灰岩顶板，灰岩顶板以上土层范围内采用黏土回填，不同填料之间采用土工防护材料进行防护。
9.如权利要求8所述的施工方法，其特征在于，将所述竖向渗流管分成无缝管和滤水管两部分，其中灰岩地层以下的地层放滤水管，灰岩地层以上的地层放无缝管，无缝管周围充填黏土填料。
10.如权利要求8所述的施工方法，其特征在于，在施工地质钻孔过程中，钻孔深度超过车站结构底板3-5m。
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