CN208416542U - 一种用于8导洞pba工法的外倾侧壁水平造底盆形冻结止水结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种用于8导洞PBA工法的外倾侧壁水平造底盆形冻结止水结构，主要包含外倾冻结管，外倾侧壁，水平冻结管，水平造底，两外倾侧壁的下端与水平造底的两端交叉，共同形成两侧面和底面三面封闭的盆形冻结止水结构。该盆形冻结止水结构的两侧面和底面三面封闭，能够有效隔绝开挖区域内外的水力联系，达到止水目的。该止水结构在施工时可以与PBA工法进行有效整合，借助上层边导洞直接施工外倾冻结孔，不需要另外施工导洞，不增加成本，不影响关键工期，具有地下水零抽取，零污染，零外放，适应性强、施工灵活、绿色无污染等优点。

Description

一种用于8导洞PBA工法的外倾侧壁水平造底盆形冻结止水 结构

技术领域

本实用新型涉及城市深部地下空间开挖支护技术领域，特别是涉及一种城市敏感区域PBA车站的冻结止水结构。

背景技术

随着城市现代化进程的发展，公共交通仅仅依靠地面空间已经无法满足需要，修建地下铁道是城市发展的必然结果，更是缓解交通拥堵，鼓励公交出行的必要措施。

截至目前，我国已经有30多个城市修建了地铁，随着地铁里程的不断增加，在深度方向上也在不断的发展。随着开挖深度的逐渐增加，土体赋存条件、土层性质、受力状态不断变化，地下水也逐渐成为一个影响施工的重要因素，如何有效的处理施工过程中遇到的地下水问题是城市地铁建设过程中亟待解决的问题。

现代城市中，地上建筑物密集，地下各类管线密集，采用人工降水的方法会对建筑物和管线造成巨大的影响，不仅如此，由于城市政策的原因，许多城市如北京，施工过程中大量抽取地下水会造成巨额的经济损失，此外，面对现在城市水资源缺乏的现状，人工降水的方法也会造成水资源的浪费。同时，随着深部地下空间的不断开发，传统的降水措施已经不能满足日益加深的降水要求。基于此，人工冻结技术成为合理解决城市地铁建设中的地下水问题的有效途径。

冻结法是利用人工制冷技术，使地层中的水结冰，把天然岩土变成冻土，增加其强度和稳定性，隔绝地下水与地下工程的联系，以便在冻结壁的保护下进行井筒或地下工程掘砌施工的特殊施工技术。最早用于俄国金矿开采，后由德国工程师用于煤矿矿井建设获得专利技术趋于成熟，现在已广泛应用于深基坑、矿井建设等工程中。具有有效隔绝地下水、适应性强、施工灵活、绿色无污染等优点。由此可见，将冻结法引入城市隧道建设中，合理解决地下水问题，在技术上是可行的。

但是目前没有一种行之有效的针对城市敏感区域PBA车站的冻结止水结构，也没有与PBA车站的施工相结合，止水效果不理想，不能形成一个封闭或半封闭的冻结壁结构，无法形成一个有效的冻结施工区域，冻结效率低，工期长，且容易因冻结施工而造成窝工现象。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的不足，针对8导洞PBA工法，提出一种外倾侧壁水平造底的PBA盆形冻结止水结构，可以有效形成冻结结构隔绝开挖区域内外的水力联系，达到止水目的。不需要外扩导洞或开挖先行导洞，节省成本。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种用于8导洞PBA工法的外倾侧壁水平造底盆形冻结止水结构，包括：

外倾冻结管，其设置于8导洞PBA工法的上层边导洞内，从上到下向外倾斜布置在待施工地下结构

的两侧；

外倾侧壁，其由所述外倾冻结管冻结形成；

水平冻结管，其设置于待施工地下结构底板下方，沿纵向水平设置在待冻结土体内；

水平造底，即水平冻结底板，其由所述水平冻结管冻结形成；

两外倾侧壁的下端与水平造底的两端交叉，共同形成两侧面和底面三面封闭的盆形冻结止水结构。

优选地，所述外倾冻结管由上层边导洞的外侧壁墙角处向外倾斜伸入待冻结土体内，其上端伸入上层边导洞内。

优选地，所述外倾冻结管的上端在上层边导洞内固定于支护桩的桩顶冠梁。

优选地，所述待施工地下结构底板下方设置有增挖横通道，所述水平冻结管由增挖横通道插入待冻结土体内。

优选地，所述增挖横通道的一侧端部设置有增挖竖井。

优选地，所述增挖横通道与待施工地下结构底板之间预留有一定厚度的覆土层。

优选地，所述水平冻结管有一排、两排、三排或更多排。

所述盆形冻结止水结构呈上小下大的梯形状。

优选地，在冻结管内布设有进液管和回液管，进液管的一端连接配液管，配液管连接制冷站；回液管的一端连接集液管，集液管连接所述制冷站，配液管、进液管、回液管、集液管、制冷站形成冻结回路。

本发明的优点和产生的有益效果：

(1)该止水结构与8导洞PBA工法有效整合，借助上层边导洞直接施工外倾冻结孔，不需要另外施工导洞，不增加成本，不影响关键工期。

(2)该盆形冻结止水结构的两侧面和底面三面封闭，能够有效隔绝开挖区域内外的水力联系，达到止水目的。

(3)在地下结构底板以下形成水平造底的封水结构，前期的冻结施工以及后期形成的冻结结构不干涉开挖作业，后期也无需切割冻结管，节省了工期。

(4)冻结管留在土体内作为群锚，起到加固地层的作用，废物利用，一举两得。

(5)由于侧壁外倾，水平造底与结构底板之间设置覆土层，盆形施工区域内主体结构开挖区域距冻结壁一定距离，能够避免开挖冻土，不需要采用冬季施工措施，同时覆土层增强了冻结底板的抗浮性。

(6)该止水结构结合8导洞PBA工法以冻结为主，具有地下水零抽取，且大部分冻结施工工序都是在地下进行，具有零污染，零外放，适应性强、施工灵活、绿色无污染等优点。

附图说明

图1是本发明冻结壁结构立面示意图；

图2是本发明地下结构示意图；

图3是本发明冻结结构平面布置图；

图中：1.上层导洞；2.外倾冻结管；3.外倾侧壁；4.水平冻结管；5.水平造底；6.增挖竖井；7.增挖横通道；8.冠梁；9.覆土层；10.地下结构外轮廓。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”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保护范围的限制。

还需要说明的是，术语“包括/包含”、“由……组成”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的产品、设备、过程或方法不仅包括那些要素，而且需要时还可以包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种产品、设备、过程或方法所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括/包含……”、“由……组成”限定的要素，并不排除在包括所述要素的产品、设备、过程或方法中还存在另外的相同要素。

下面将对本发明实施方式作进一步地详细描述。

参见附图1-3，一种用于8导洞PBA工法的外倾侧壁水平造底盆形冻结止水结构，包括：

外倾冻结管2，其设置于8导洞PBA工法的上层边导洞内，从上到下向外倾斜布置在待施工地下结构的两侧；

外倾侧壁3，其由所述外倾冻结管2冻结形成；

水平冻结管4，其设置于待施工地下结构底板下方，沿纵向水平设置在待冻结土体内；

水平造底5，即水平冻结底板，其由所述水平冻结管4冻结形成；

两外倾侧壁的下端与水平造底的两端交叉，共同形成两侧面和底面三面封闭的盆形冻结止水结构。

其中，外倾冻结管2由上层导洞1的边导洞的外侧壁墙角处向外倾斜伸入待冻结土体内，其上端伸入边导洞内。外倾冻结管由上层边导洞直接施工，不需要另外施工导洞，节省了施工成本，不影响关键工期。

外倾冻结管伸入导洞内预留一定长度用于布置冻结管线和进行冻结施工，预留段在冠梁8的预留位置，通过冠梁对冻结管起到保护作用，防止土体开挖和结构施工时破坏冻结管。

所述待施工地下结构底板下方设置有增挖横通道7，所述水平冻结管由增挖横通道插入待冻结土体内。

所述增挖横通道7的一侧端部设置有增挖竖井6，增挖竖井6由竖井继续向下开挖至结构底板以下形成，在结构底板以下的增挖竖井内向侧面施工增挖横通道。

增挖横通道顶部与结构底板之间预留一定厚度的覆土层9。通过在主体开挖区域与水平冻结管之间保留覆土层，可以有效防止水平冻结形成的水平造底厚度影响主体开挖区域，不需要开挖冻土，不需要采用冬季施工措施，同时覆土层的存在还能够很好地增强水平造底的抗浮性。

侧壁外倾，盆形冻结止水结构呈上小下大的梯形状，使得冻结侧壁能够与主体结构开挖区域保持一定距离，能够避免开挖冻土。

本冻结止水结构的施工过程如下：

首先由地面向下施工竖井冻结管，然后向下进行竖井的开挖；开挖竖井可根据施工条件选用现场合适的施工工艺。

竖井开挖至预定位置，在竖井内向侧面施工横通道，横通道施工完成后，在横通道内施工上层4个导洞1；上层导洞作为后期主体结构施工的作业面，横通道作为主体结构施工时的出土通道。

上层导洞1的边导洞具备作业面后，在上层边导洞内的外侧壁墙角处向外施工外倾冻结孔，在孔内插入外倾冻结管2，并且冻结管伸入导洞内。

此时继续向下开挖竖井至结构底板以下，形成增挖竖井6；增挖竖井6的施工与前述横通道和冻结管的施工不冲突，可跟现场情况灵活进行。

在结构底板以下的增挖竖井内向侧面施工增挖横通道，增挖横通道顶部与结构底板之间预留一定厚度的覆土层9。由于增挖横通道处于地下水位线以下，增挖横通道施工完成后，可根据实际情况进行增挖横通道的防水施工，即在增挖横通道的内壁施工防水结构，以满足地下水位线以下的施工要求。

在增挖横通道内施工水平冻结孔，在孔内插入水平冻结管4。其中水平冻结管施工一排或多排，这取决于盆底所需要的冻结厚度，通常情况下，单排只能冻1.5米，两排冻3米左右，三排冻结4米厚，在确保对冻结效果的要求和综合考虑施工成本的前提下，优选水平冻结孔施工两排或三排。

参见附图3，冻结管的布置在横向和纵向上要全面覆盖地下主体结构的区域，即要覆盖地下结构外轮廓10，地下结构为地下车站，并且应当比地下主体结构所在的区域向横向和纵向外延一定范围，如此确保满足地下结构施工范围的要求，同时又能避免冻结区域延伸至结构施工的区域，避免开挖冻土和冬季施工。

最后在已经施工的冻结管内插入进液管和回液管，进液管的一端连接配液管，配液管连接制冷站；回液管的一端连接集液管，集液管连接所述制冷站，配液管、进液管、回液管、集液管、制冷站形成闭合的冻结回路，外倾冻结管和水平冻结管共同形成冻结网络。

冻结管线布置完成后，对冻结管进行气密性检查，检查合格后启动制冷站，使冷媒在所述冻结管内循环，进行冻结施工，外倾冻结管2冻结形成外倾侧壁3，水平冻结管4冻结形成水平的冻结底板，即水平造底5，通过测定和分析预先埋置的测温管和水文管数据，确定冻结壁平均温度和厚度，直至满足设计要求，如此形成盆形施工区域。所述冷媒可采用低温CaCl₂溶液、液氮或冷却水。

冻结壁形成前，可进行地下水位以上的支护、开挖以及主体结构施工，冻结壁形成后，进行地下水位以下土体开挖、下层导洞以及主体结构施工，如附图2。

地下结构施工完成后，可采用自然解冻或人工快速解冻的方案恢复地下水流动，抽取冻结管内的冷媒，冻结管不拔出，封堵冻结管管口，对冻结孔进行人工回填并封堵孔口，留在孔内的冻结管作为群锚起到加固地层的作用。

以上实例，仅用为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不仅限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员，在本发明披露的技术范围内，可想到的变化或等同替换，都应涵盖在本发明的保护范围之中。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种用于8导洞PBA工法的外倾侧壁水平造底盆形冻结止水结构，其特征在于包括：

外倾冻结管，其设置于8导洞PBA工法的上层边导洞内，从上到下向外倾斜布置在待施工地下结构的两侧；

外倾侧壁，其由所述外倾冻结管冻结形成；

水平冻结管，其设置于待施工地下结构底板下方，沿纵向水平设置在待冻结土体内；

水平造底，即水平冻结底板，其由所述水平冻结管冻结形成；

两外倾侧壁的下端与水平造底的两端交叉，共同形成两侧面和底面三面封闭的盆形冻结止水结构。

2.根据权利要求1所述的冻结止水结构，其特征在于，所述外倾冻结管由上层边导洞的外侧壁墙角处向外倾斜伸入待冻结土体内，其上端伸入上层边导洞内。

3.根据权利要求1所述的冻结止水结构，其特征在于，所述外倾冻结管的上端在上层边导洞内固定于支护桩的桩顶冠梁。

4.根据权利要求1所述的冻结止水结构，其特征在于，所述待施工地下结构底板下方设置有增挖横通道，所述水平冻结管由增挖横通道插入待冻结土体内。

5.根据权利要求4所述的冻结止水结构，其特征在于，所述增挖横通道的一侧端部设置有增挖竖井。

6.根据权利要求4所述的冻结止水结构，其特征在于，所述增挖横通道与待施工地下结构底板之间预留有一定厚度的覆土层。

7.根据权利要求1所述的冻结止水结构，其特征在于，所述水平冻结管有一排、两排、三排或更多排。

8.根据权利要求1所述的冻结止水结构，其特征在于，所述盆形冻结止水结构呈上小下大的梯形状。

9.根据权利要求1所述的冻结止水结构，其特征在于，在冻结管内布设有进液管和回液管，进液管的一端连接配液管，配液管连接制冷站；回液管的一端连接集液管，集液管连接所述制冷站，配液管、进液管、回液管、集液管、制冷站形成冻结回路。