CN117702791A - 一种过江隧道基坑接口的堵水体系及施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及隧道基坑施工技术领域，特别涉及一种过江隧道基坑接口的堵水体系。该过江隧道基坑接口的堵水体系具体包括：隔断桩、若干MJS桩、及冻结帷幕；若干MJS桩分别咬合形成第一排桩、第二排桩和第三排桩，第一排桩、第二排桩分别设置在隔断桩的左右两侧并排设置，隔断桩与第一排桩相互咬合设置，第三排桩设置在隔断桩的上下两端，第三排桩与隔断桩、第一排桩、及第二排桩相互咬合垂直设置；MJS桩内打设冻结孔，冻结孔通过冻结MJS桩形成冻结帷幕，冻结帷幕封堵基坑底部及侧边漏水的通道。本发明具有完全封闭截断江中及江底河床水土再次涌入基坑范围的优点。
Description
技术领域
本发明涉及隧道基坑施工技术领域，特别涉及一种过江隧道基坑接口的堵水体系及施工方法。
背景技术
近年来，提高城市交通通达度和出行效率成为市民的迫切心声，隧道成为了跨江城市或地表水系发达地区解决这一问题的有力手段，目前穿越地表水系隧道一般采用盾构法施工，但受规划及隧道接入条件的制约，常出现浅覆土甚至零覆土的情况，不具备盾构、顶管等暗挖施工条件，采用明挖施工。
因防汛排洪需求，保证施工期间有效过水断面，需分多期筑岛围堰施工，工程接口较多，施工作业场地狭小、受限。
该类隧道基坑工程大多位于富水饱和粉砂或粉土地层，地层渗透性高与江水存在较强水力联系，工程及水文地质条件复杂，分期施工对坑底原状土扰动大，施工难度大，不可预见不可控制的因素较多，一旦基坑围护交界面发生涌水涌沙险情，水量大，水压高，水流快，封堵困难，次生灾害严重。
因此发生涌水或涌砂事故后，如何完全封闭截断江中及江底河床水土再次涌入基坑范围造成更大的人员伤亡和损失，是过江明挖隧道工程亟待解决的一个难题。
因此，针对现有技术的不足提供一种过江隧道基坑接口的堵水体系。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提供一种过江隧道基坑接口的堵水体系及施工方法，该工法具有解决江中及江底河床水土再次涌入基坑范围的问题。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种过江隧道基坑接口的堵水体系，位于两期基坑的接口处，包括：隔断桩、若干MJS桩、及冻结帷幕；
若干所述MJS桩分别咬合形成第一排桩、第二排桩和第三排桩，所述第一排桩、所述第二排桩分别设置在所述隔断桩的左右两侧并排设置，所述隔断桩与所述第一排桩相互咬合设置，所述第三排桩设置在所述隔断桩的上下两端，所述第三排桩与所述隔断桩、所述第一排桩、及所述第二排桩相互咬合垂直设置；
所述MJS桩内打设冻结孔，所述冻结孔通过冻结所述MJS桩形成冻结帷幕，所述冻结帷幕封堵基坑底部及侧边漏水的通道。
作为本发明技术方案的进一步改进，还包括供冷装置，所述供冷装置设有与所述冻结孔连通的冻结管；
所述冻结管包括供液管道和排气管道，供冷装置与所述供液管道连通，所述供液管道连通至所述冻结孔底部，所述排气管道与所述冻结孔顶部连通；
所述供冷装置为液氮供给船。
作为本发明技术方案的进一步改进，所述冻结管外壁套设有防护管道，所述防护管道为双层隔离保护兼保温的管道；
在基坑上设有所述防护管道的吊装装置，所述吊装装置与所述防护管道之间设有钢丝绳；
所述防护管道包括第一管节和若干第二管节，所述第一管节外壁设有与所述钢丝绳连接的吊耳，所述第一管节与所述第二管节内壁均设有凸起和凹陷，所述第一管节的所述凹陷与相邻所述第二管节的所述凸起限位连接，若干相邻所述第二管节首尾相接；
所述第一管节和所述第二管节均为开口设置。
一种过江隧道基坑接口的堵水体系的施工方法，适用于上述的过江隧道基坑接口的堵水体系，包括以下步骤：
S1：当发生涌水或涌砂事故后，往基坑处填入抢险反压土；
S2：在两期基坑的接口处围绕隔断桩分别打入第一排桩、第二排桩和第三排桩至不透水层；
S3：MJS桩内打设冻结孔，往冻结孔内注入冻结液，形成冻结帷幕；
S4：开挖事故后的基坑，切割隔断桩和凿除冻结的第一排桩；
S5：开挖至坑底后停冻第一排桩并浇筑混凝土，施工隧道底板；
S6：回筑隧道结构，期间持续冻结第二排桩和第三排桩；
S7：回筑完成后停冻第二排桩，封堵底板和顶板的开孔，停冻第三排桩，施作顶板隔水层；
S8：覆土后拆除围堰恢复江面。
作为本发明技术方案的进一步改进，在步骤S2中，在隔断桩的上下两侧垂直于土体方向引孔施作两排第三排桩加固；
在隔断桩左侧土体内引孔施作第一排桩，在距离隔断桩右侧1m处引孔施作第二排桩加固。
作为本发明技术方案的进一步改进，在步骤S4中，待冻结交圈形成满足厚度要求的冻结壁后，开挖事故后的基坑并架设支撑系统；
在开挖过程中，同步在冻结管外壁安装防护管道。
作为本发明技术方案的进一步改进，在步骤S5、S7中，第一排桩和第二排桩停冻后采用混凝土填充冻结孔。
作为本发明技术方案的进一步改进，在步骤S6中，在隧道结构的顶板和中隔墙预留通风兼人员进出通道。
作为本发明技术方案的进一步改进，在步骤S6中，在封堵底板和顶板施工时，将鼓风机置于地面上，风筒伸入洞口，通过鼓风机和风筒把地面上的新鲜空气通过封堵墙上的孔洞送到通道内。
作为本发明技术方案的进一步改进，在步骤S7中，在施作顶板隔水层时，通过对顶板开孔进行混凝土填充及钢板封堵外，对顶板上表面及连接处进行凿毛处理，顶板上部浇筑隔离防护层，连接处设置止水胶。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明的过江隧道基坑接口的堵水体系中，在两期基坑的接口处，通过在隔断桩上下左右四周均设置冻结帷幕，在接口的三维空间上封堵了所有可能的渗水通道，不会造成涌水或涌砂再次发生的事故，保证基坑安全。冻结MJS桩达到快速堵漏效果的同时降低了土体的含水量，有效控制后续冻结施工带来的冻胀融沉的不利影响。本过江隧道基坑接口的堵水体系，具有完全封闭截断江中及江底河床水土再次涌入基坑范围的特点。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明的技术作进一步地详细说明：
图1是本发明过江隧道基坑接口的堵水体系的俯视图；
图2是本发明过江隧道基坑接口的堵水体系中背景技术涌水或涌砂事故剖面图；
图3是本发明过江隧道基坑接口的堵水体系的施工方法中步骤S1、S2的剖面示意图；
图4是本发明过江隧道基坑接口的堵水体系的施工方法中步骤S3的剖面示意图；
图5是本发明过江隧道基坑接口的堵水体系的施工方法中步骤S4开挖基坑的剖面示意图；
图6是本发明过江隧道基坑接口的堵水体系的施工方法中步骤S4切割隔断桩和凿除第一排桩和步骤S5施工隧道底板的剖面示意图；
图7是本发明过江隧道基坑接口的堵水体系的施工方法中步骤S6的剖面示意图；
图8是本发明过江隧道基坑接口的堵水体系的施工方法中步骤S7的剖面示意图；
图9是本发明过江隧道基坑接口的堵水体系的施工方法中步骤S8的剖面示意图；
图10是本发明过江隧道基坑接口的堵水体系中隧道的剖面示意图；
图11是本发明过江隧道基坑接口的堵水体系的施工方法中步骤S4的冻结管吊装示意图；
图12是本发明过江隧道基坑接口的堵水体系的施工方法中步骤S4的防护管道的连接示意图；
图13是本发明过江隧道基坑接口的堵水体系的施工方法中步骤S4的第一管节的示意图；
图14是本发明过江隧道基坑接口的堵水体系的施工方法中步骤S4的第二管节的示意图；
图15是本发明过江隧道基坑接口的堵水体系的施工方法中步骤S7的隧道底板的结构示意图；
图16是本发明过江隧道基坑接口的堵水体系的施工方法中步骤S7的隧道底板的结构示意图；
图17是本发明过江隧道基坑接口的堵水体系的施工方法中步骤S7的隧道顶板的结构示意图。
图中：
1、隔断桩；
2、MJS桩；21、第一排桩；22、第二排桩；23、第三排桩；24、冻结孔；
3、供冷装置；
4、冻结管；41、防护管道；42、吊装装置；43、钢丝绳；44、第一管节；45、第二管节；46、供液管道；47、排气管道；
5、冻结帷幕；
6、隧道；61、底板；62、顶板；63、开孔；
631、注浆管；632、第一封堵钢板；633、凹槽；634、止水胶；635、短钢筋；636、第二封堵钢板；637、第三封堵钢板；638、钢筋笼；639、第四封堵钢板。
具体实施方式
以下将结合实施例和附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果进行清楚、完整的描述，以充分地理解本发明的目的、方案和效果。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。附图中各处使用的相同的附图标记指示相同或相似的部分。
参照图1至图17，一种过江隧道基坑接口的堵水体系，包括：隔断桩1、若干MJS桩2、及冻结帷幕5；
在一个实施例中，若干MJS桩2分别咬合形成第一排桩21、第二排桩22和第三排桩23，第一排桩21、第二排桩22分别设置在隔断桩1的左右两侧并排设置，隔断桩1与第一排桩21相互咬合设置，第三排桩23设置在隔断桩1的上下两端，第三排桩23与隔断桩1、第一排桩21、及第二排桩22相互咬合垂直设置；MJS桩2内打设冻结孔24，冻结孔24通过冻结MJS桩2形成冻结帷幕5，冻结帷幕5封堵基坑底部及侧边漏水的通道。优选地，MJS桩为MJS微扰动加固。
其中，在两期基坑的接口处，通过在隔断桩1上下左右四周均设置冻结帷幕5，在接口的三维空间上封堵了所有可能的渗水通道，不会造成涌水或涌砂再次发生的事故，保证基坑安全。针对分期实施基坑接口底部及侧方来水问题，冻结MJS桩2达到快速堵漏效果的同时降低了土体的含水量，有效控制后续冻结施工带来的冻胀融沉的不利影响，对于涌水涌砂灾害应急性处理具有重要作用，同时对坑底扰动土的MJS桩加固也避免了后期运营阶段的不均匀沉降问题。本过江隧道基坑接口的堵水体系，具有完全封闭截断江中及江底河床水土再次涌入基坑范围的特点。解决了“水量大，水压高，水流快”的江中隧道基坑施工交界面发生大量流动渗漏点后封堵困难的问题。
在一个实施例中，参照图5所示，堵水体系还包括供冷装置3，供冷装置3设有与冻结孔24连通的冻结管4，通过MJS桩与液氮的冻结组合封堵涌沙漏水通道施工、堵水帷幕形成后的基坑开挖及隧道结构回筑直至工程安全贯通；供冷装置3为液氮供给船。冻结管4外壁套设有防护管道41，防护管道41为双层隔离保护兼保温的管道。优选地，防护管道41采用钢-聚乙烯软质泡沫双层隔离保护兼保温的材料，在保温的同时避免破坏冻结管4导致液氮泄露造成低温冻伤事故。优选地，冻结管4采用φ108*6mm的R304不锈钢管，总共44个冻结孔24，孔间距800-1060mm,孔深20.8m。
一种过江隧道基坑接口的堵水体系的施工方法，适用于上述的过江隧道基坑接口的堵水体系，包括以下步骤：
S1：当发生涌水或涌砂事故后，往基坑处填入抢险反压土；
S2：在两期基坑的接口处围绕隔断桩1分别打入第一排桩21、第二排桩22和第三排桩23至不透水层；在隔断桩1的上下两侧垂直于土体方向引孔施作两排第三排桩23加固；在隔断桩1左侧土体内引孔施作第一排桩21，在距离隔断桩1右侧1m土体处引孔施作第二排桩22加固；
S3：MJS桩内打设冻结孔，往冻结孔24内注入液氮，形成冻结帷幕5；
S4：开挖事故后的基坑，切割隔断桩1和凿除冻结的第一排桩21；
S5：开挖至坑底后停冻第一排桩21并浇筑混凝土，施工隧道6底板61；
S6：回筑隧道6结构，在隧道6结构的顶板62和中隔墙预留通风兼人员进出通道，在封堵底板61和顶板62施工时，将鼓风机置于地面上，风筒伸入洞口，通过鼓风机和风筒把地面上的新鲜空气通过封堵墙上的孔洞送到通道内；期间持续冻结第二排桩22和第三排桩23；
S7：回筑完成后停冻第二排桩22，封堵底板61和顶板62的开孔63，停冻第三排桩23，在施作顶板62隔水层时，通过对顶板62开孔63进行混凝土填充及钢板封堵外，对顶板62上表面及连接处进行凿毛处理，顶板62上部浇筑隔离防护层，连接处设置止水胶；
S8：覆土后拆除围堰恢复江面。
在一个实施例中，在步骤S4中，待冻结交圈形成满足厚度要求的冻结壁后，开挖事故后的基坑并架设支撑系统；在开挖过程中，人工凿除第一排桩21和第二排桩22的冻结孔24连接的冻结管4周边的冻土，凿除期间注意禁止磕碰冻结管4，冻土凿除完成后及时对冻结管4外壁安装防护管道进行保温处理。
参照图11-14所示，步骤S4中，在基坑上设有防护管道41的吊装装置42，吊装装置42与防护管道41之间通过钢丝43连接，防护管道41包括第一管节44和若干第二管节45，第一管节44外壁设有与钢丝绳43连接的吊耳，第一管节44与第二管节45内壁均设有凸起和凹陷，第一管节44的凹陷与相邻第二管节45的凸起连接，若干相邻第二管节45首尾相接。第一管节44和第二管节45均为开口设置。开挖过程中，往下开挖基坑，根据冻结管4的外露长度及时通过吊装装置42安装第二管节45，下挖的过程中，随着下挖深度，钢丝绳43带动第一管节44向下移动，同时依次安装第二管节45，随着基坑挖深的加大，适时松动钢丝绳43，第一管节44在重力的作用下下沉并带动上面的若干个第二管节45往下移动。优选地，冻结管4包括供液管道46和排气管道47，在冻结时，通过供冷装置3往供液管道46注入零下180度的液氮，液氮到达冻结孔24底部排出，吸收土体内的热量，然后从冻结孔24顶部的排气管道47排出。
在一个实施例中，参照图8所示，在步骤S5、S7中，第一排桩21和第二排桩22停冻后采用混凝土填充冻结孔24。
在一个实施例中，参照图15-16所示，在步骤S7中，封堵底板61开孔63的步骤：
(1)预加工注浆管631及第一封堵钢板632：提前加工完成预埋注浆管631及第一封堵钢板632，第一封堵钢板632上部预留注浆管631；
(2)切割冻结管4：清理开孔63周围的土体，在冻结管4周围凿出凹槽633，割除冻结管4后立即往冻结管4内填充水泥砂浆；
(3)安装钢板：在冻结孔24周边的凹槽633底面涂抹止水胶634，将第一封堵钢板632固定在凹槽633底面，在第一封堵钢板632四周涂抹止水胶634；
(4)填充凹槽633：采用短钢筋635连接凿除凹槽633时被截断的钢筋，铺设钢筋网片，往凹槽633内填充混凝土；
(5)填充冻结孔24：通过注浆管631往冻结孔24内加注双液浆，直至注浆压力满足要求，割除注浆管631并封堵注浆管631；
(6)封堵凹槽633上部：在凹槽633上部安装第二封堵钢板636，采用高强膨胀螺丝将第二封堵钢板636固定在结构表面。
同理，参照图17所示，在步骤S7中，封堵顶板62开孔63的步骤：
(1)切割冻结管：割除冻结管4，在冻结管4周围凿出凹槽633，用于后续浇筑混凝土；
(2)安装钢板：在冻结孔24的底板61底部安装第三封堵钢板637；
(3)填充开孔63：在开孔63内安装钢筋笼638，钢筋笼638主筋上部弯锚至凹槽633内周壁，在凹槽633四周涂抹止水胶634，采用短钢筋635连接凿除凹槽633时被截断的钢筋，铺设钢筋网片，往凹槽633内填充混凝土；
(4)封堵凹槽633上部：在凹槽633上部安装第四封堵钢板639，采用高强膨胀螺丝将第四封堵钢板639固定在结构表面；
(5)顶板62防水按照施工缝方案进行加强。
本发明所述的过江隧道基坑接口的堵水体系的施工方法的其它内容参见现有技术，在此不再赘述。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”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，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。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在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
以上，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，故凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (10)
1.一种过江隧道基坑接口的堵水体系，位于两期基坑的接口处，其特征在于，包括：隔断桩、若干MJS桩、及冻结帷幕；
若干所述MJS桩分别咬合形成第一排桩、第二排桩和第三排桩，所述第一排桩、所述第二排桩分别设置在所述隔断桩的左右两侧并排设置，所述隔断桩与所述第一排桩相互咬合设置，所述第三排桩设置在所述隔断桩的上下两端，所述第三排桩与所述隔断桩、所述第一排桩、及所述第二排桩相互咬合垂直设置；
所述MJS桩内打设冻结孔，所述冻结孔通过冻结所述MJS桩形成冻结帷幕，所述冻结帷幕封堵基坑底部及侧边漏水的通道。
2.根据权利要求1所述的一种过江隧道基坑接口的堵水体系，其特征在于，还包括供冷装置，所述供冷装置设有与所述冻结孔连通的冻结管；
所述冻结管包括供液管道和排气管道，供冷装置与所述供液管道连通，所述供液管道连通至所述冻结孔底部，所述排气管道与所述冻结孔顶部连通；
所述供冷装置为液氮供给船。
3.根据权利要求2所述的一种过江隧道基坑接口的堵水体系，其特征在于，所述冻结管外壁套设有防护管道，所述防护管道为双层隔离保护兼保温的管道；
在基坑上设有所述防护管道的吊装装置，所述吊装装置与所述防护管道之间设有钢丝绳；
所述防护管道包括第一管节和若干第二管节，所述第一管节外壁设有与所述钢丝绳连接的吊耳，所述第一管节与所述第二管节内壁均设有凸起和凹陷，所述第一管节的所述凹陷与相邻所述第二管节的所述凸起限位连接，若干相邻所述第二管节首尾相接；
所述第一管节和所述第二管节均为开口设置。
4.一种过江隧道基坑接口的堵水体系的施工方法，适用于权利要求1-3中任一项所述的过江隧道基坑接口的堵水体系，其特征在于，包括以下步骤：
S1：当发生涌水或涌砂事故后，往基坑处填入抢险反压土；
S2：在两期基坑的接口处围绕隔断桩分别打入第一排桩、第二排桩和第三排桩至不透水层；
S3：在MJS桩内打设冻结孔，往冻结孔内注入冻结液，形成冻结帷幕；
S4：开挖事故后的基坑，切割隔断桩和凿除冻结的第一排桩；
S5：开挖至坑底后停冻第一排桩并浇筑混凝土，施工隧道底板；
S6：回筑隧道结构，期间持续冻结第二排桩和第三排桩；
S7：回筑完成后停冻第二排桩，封堵底板和顶板的开孔，停冻第三排桩，施作顶板隔水层；
S8：覆土后拆除围堰恢复江面。
5.根据权利要求4所述的一种过江隧道基坑接口的堵水体系的施工方法，其特征在于，在步骤S2中，在隔断桩的上下两侧垂直于土体方向引孔施作两排第三排桩加固；
在隔断桩左侧土体内引孔施作第一排桩，在距离隔断桩右侧1m处引孔施作第二排桩加固。
6.根据权利要求4所述的一种过江隧道基坑接口的堵水体系的施工方法，其特征在于，在步骤S4中，待冻结交圈形成满足厚度要求的冻结壁后，开挖事故后的基坑并架设支撑系统；
在开挖过程中，同步在冻结管外壁安装防护管道。
7.根据权利要求4所述的一种过江隧道基坑接口的堵水体系的施工方法，其特征在于，在步骤S5、S7中，第一排桩和第二排桩停冻后采用混凝土填充后用钢板进行封堵冻结孔。
8.根据权利要求4所述的一种过江隧道基坑接口的堵水体系的施工方法，其特征在于，在步骤S6中，在隧道结构的顶板和中隔墙预留通风兼人员进出通道。
9.根据权利要求4所述的一种过江隧道基坑接口的堵水体系的施工方法，其特征在于，在步骤S6中，在封堵底板和顶板施工时，将鼓风机置于地面上，风筒伸入洞口，通过鼓风机和风筒把地面上的新鲜空气通过封堵墙上的孔洞送到通道内。
10.根据权利要求4所述的一种过江隧道基坑接口的堵水体系的施工方法，其特征在于，在步骤S7中，在施作顶板隔水层时，通过对顶板开孔进行混凝土填充及钢板封堵外，对顶板上表面及连接处进行凿毛处理，顶板上部浇筑隔离防护层，连接处设置止水胶。
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