CN214219626U - 联合加固承压富水砂卵石地层深埋车站系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种联合加固承压富水砂卵石地层深埋车站系统，所述系统首先在车站、竖井及辅助横通道四周外侧搭设单排全长冻结管，然后利用MJS法对车站底板以下一定范围内土体注浆，并对MJS加固区以上进行跟踪注浆至车站底板，最后在MJS加固区底部至高于地下水位线1m处设置局部冻结管进行冻结，以此形成有效止水体系。所述系统将MJS法与冻结法相结合，可有效抑制车站底板以下土体在冻结加固后期因解冻而产生的融沉效应，减小对既有结构的影响。同时该法还具有无需抽取地下水，无需开挖冻土；拥有对周边环境影响小，适应性强，止水性好，施工灵活，无污染等优点。

Description

联合加固承压富水砂卵石地层深埋车站系统

技术领域

本实用新型属于地下工程加固技术领域，涉及一种承压富水砂卵石地层深埋车站的加固方法，具体为联合加固承压富水砂卵石地层深埋车站系统。

背景技术

随着城市人口快速增长和城市化进程加快我国城市交通面临着巨大考验，尤其是一线城市交通堵塞问题严重且人均生活面积迅速下降，因此改变城市空间发展方向势在必行，即加强对城市地下空间的建设。现代城市中地上建筑物与地下各类管线密集，采用人工降水的方法会对建筑物和管线造成巨大的影响；面对现在城市水资源缺乏的现状，传统人工降水的方法也会造成水资源的浪费以及周边环境的破坏。

基于上述情况，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。目前在承压富水砂卵石地层深埋车站加固施工时多采用注浆法、冻结法或注浆冻结法等，利用以上方法加固后的土体强度和质量均有不足，并且难以满足车站工程需求，无法起到完全止水作用。在冻结施工后期，加固土体还会产生严重的冻胀融沉问题，不利于周边敏感性建构筑物的安全运营。

实用新型内容

解决的技术问题：为了克服现有技术的不足，使承压富水砂卵石地层深埋车站冻结土体具有较强抗坍塌能力，且进一步提升冻结土体的承载能力，关键在于抑制土体在冻结施工过程中的冻胀以及冻结施工后的融沉问题，本实用新型提供了联合加固承压富水砂卵石地层深埋车站系统。

技术方案：联合加固承压富水砂卵石地层深埋车站系统，其特征在于，所述系统包含垂直冻结壁、全长冻结管、未开挖土体、局部冻结区、车站主体开挖区、局部冻结管、垂直测温孔、车站中间钢柱、车站边桩、辅助横通道、车站底板、竖井、跟踪注浆加固区、MJS加固区、地下水位线、地表部分。

进一步的，所述单排垂直冻结孔均匀设置在车站主体开挖区、竖井及辅助横通道外侧一周，冻结孔内搭设有全长冻结管，单根长度为43.9m。

进一步的，所述MJS加固区位于车站底板下方-4～-6m范围内；跟踪注浆加固区位于车站底板下方0～-4m范围内。

进一步的，所述车站边桩为钻孔灌注桩，并以咬合桩形式排列，用以承担车站主体结构竖向荷载与车站开挖时的侧壁水土压力。

进一步的，所述多排垂直冻结孔呈梅花形均匀设置在局部冻结区内部，冻结孔内搭设有局部冻结管，单根长度为15.5m。

进一步的，所述局部冻结区内搭设有垂直测温孔，单根长度为14.5m。

进一步的，所述垂直冻结壁厚度2m，呈“回”字形位于未开挖土体内侧一周；水平冻结壁厚度6m，呈长方体位于车站底板下方。

进一步的，所述MJS加固区、跟踪注浆加固区以及局部冻结区均位于卵石层内；车站主体开挖区所处地层由上至下依次为地表、粉细砂层、粉质黏土层、卵石-圆砾层以及卵石层。

进一步的，以上任一所述联合加固承压富水砂卵石地层深埋车站系统，具体步骤如下：

a.根据土体特性及工程要求，确定MJS法的施工方式、加固深度、加固体直径、加固体搭接宽度、加固截面形状等；并依此确定MJS法施工参数，包括：提升速度、水泥掺量、喷浆压力；确定冻结法的冻结管布置形式、冻结壁厚度、冻结壁平均温度、积极冻结盐水温度等；

b.地层开挖前，预留出足够施工作业面在车站、竖井及辅助横通道四周外侧设置垂直冻结孔，并在冻结孔内搭设单排全长冻结管；

c.在施作全长冻结管的同时，先采用MJS法由地面向下对车站底板以下一定范围内土体注浆，形成MJS加固区；然后对加固区以上至车站底板之间土体进行跟踪注浆，形成长方体加固区；

d.待MJS加固至少28d后，先施工竖井和横通道；然后在横通道内开挖4 个水平小导洞，并在小导洞内施工边桩和中柱；接着拆除初支施作顶拱，浇筑边墙及负一层底板之后继续向下开挖；

e.待开挖至地下水位线以上1m时，在冻结区域内部设置垂直冻结孔，并在冻结孔内搭设局部冻结管；

f.待各冻结管路连接完成后，冷冻机试运行进入积极冻结期，并监测冻结土体；其中全长冻结管实施全长冻结，在车站、竖井及辅助横通道四周外侧形成“回”字形垂直冻结壁；局部冻结管采用局部冻结技术，在车站底板以下形成长方体水平冻结壁。

有益效果

相对于现有技术，本实用新型具有以下优势：

(1)车站底板以下的跟踪注浆加固区与MJS加固区可有效抑制车站底部在冻结施工过程中的冻胀以及冻结施工后的融沉问题，且MJS加固区可起到一定的止水作用；

(2)在跟踪注浆施工前由MJS法加固封底可有效控制跟踪注浆施工过程中浆液乱跑的现象，且利用跟踪注浆加固区代替一部分MJS加固区能够节约施工成本，最后辅以人工冻结法可起到完全止水的作用；

(3)本实用新型系兼具MJS法加固土体强度高与人工冻结法止水性好的优势，开挖期间无需抽取地下水，无需开挖冻土，对周边环境影响小，适应性强，止水性好，施工灵活，无污染等。

附图说明

图1为实施例1中全长冻结与局部冻结区几何关系图；

图2为实施例1中局部冻结孔布置形式图；

图3为实施例1中MJS与冻结加固区几何关系图。

附图标记说明：

1-垂直冻结壁，2-全长冻结管，3-未开挖土体，4-局部冻结区，5-车站主体开挖区，6-局部冻结管，7-垂直测温孔，8-车站中间钢柱，9-车站边桩，10-辅助横通道，11-车站底板，12-竖井，13-跟踪注浆加固区，14-MJS加固区，15-地下水位线，16-地表，17-粉细砂层，18-粉质黏土层，19-卵石-圆砾层，20-卵石层， 21-水平小导洞，22-水平冻结壁。

具体实施方式

以下实施例进一步说明本实用新型的内容，但不应理解为对本实用新型的限制。在不背离本实用新型精神和实质的情况下，对本实用新型方法、步骤或条件所作的修改和替换，均属于本实用新型的范围。若未特别指明，实施例中所用的技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段。

实施例1

某市12号线东西向布置，南延线南北向布置，两线呈“T”字形节点换乘。车站西北角为居民小区，东北角为国家知识产权局，东南角为交通部科学研究院，西南角为商业区。车站周边以教育科研、居住用地、商业用地和绿地为主，已基本实现规划。既有车站为地下三层岛式站台车站，双柱三跨拱形断面，主体长度 235.5m，断面宽度24.3m，底板埋深约38.6m，标准断面顶板覆土约15.5m。

车站范围地层由上至下依次为：杂填土①₁层、粉土填土①层、粉质粘土③₁层、粉土③层、粉细砂③₃层、粉细砂④₃层、圆砾-卵石④₅层、粉质粘土④层、粉土④₂层、粉土⑤₃层、粉质粘土⑤₄层、粉细砂⑦₂层、卵石-圆砾⑦层、粉土⑦₄层、粉质粘土⑦₃层、粉细砂⑨₂层、卵石-圆砾⑨层；车站主要赋存有两层地下水，层间潜水(三)：含水层岩性为粉细砂④₃层、卵石-圆砾⑤层及粉细砂⑤₂层等，水位标高为36.75～37.64m，水位埋深为11.20～13.90m；层间潜水(四)：含水层岩性为卵石⑦层、中粗砂⑦₁层、粉细砂⑦₂层、卵石⑨层、粉细砂⑨₂层、粉细砂⑩₃层、卵石

及粉细砂

层等，该含水层由于粉质粘土⑨₃层及粉土⑨₄层的存在而具有一定的承压性，水头标高18.66～20.90m，水头埋深27.80～ 31.99m。

工程具有以下重难点：

车站地层渗透系数大、不透水层埋深大，多为承压含水层，其富水性好存在超厚砂卵石地层中富水高压难题，钻探揭示砂卵石地层深约60m，如采用开放式施工降水，水位降深将达到10m以上，单位工程涌水量将达到11万m³/d，若处理措施不当，易发生坍塌、涌砂冒水现象。根据工程勘察报告和分析显示，工程所处开挖地层多处于承压水层中，施工难度大，因此需重点研究地层在承压水层中的加固止水方案。基于此，对多种加固方式和开挖方式进行比选研究，最终选定出一套安全性高，对周边环境影响小，可操作性强，成本较经济的加固方案十分必要。

MJS法可以保证在承压富水砂卵石地层深埋车站工程施工时加固土体的强度和质量，同时辅以冻结法进一步止水加固，从而形成更具成效的承压富水砂卵石地层深埋车站加固体系，该体系兼具MJS法加固土体强度高与人工冻结法止水性好的优势，联合加固后的土体不但具有较强抗坍塌能力而且承载能力得到进一步提升，同时可以有效抑制土体冻结过程中产生的冻胀融沉问题，确保周边敏感性建构筑物的安全营运。

人工冻结利用电能换取冷能，冻结施工期间无污染物进入地下水，冻结形状和尺寸可根据围岩地质条件等具体施工工况灵活布置，施工结束后可根据需要拔出冻结管，不影响后续的施工开挖。MJS工法独特的前端吸浆装置和地内压力监测装置能够有效解决注浆过程中的排泥不畅问题，避免排泥管堵塞造成二次污染或钻孔周边孔隙被封闭导致地内应力偏高引起的地表和既有车站变形，确保既有 12号线的正常运营，方案造价和工期也相对合理。因此推荐采用MJS法与冻结法进行联合加固。

所述系统包括以下步骤：

a.结合本工程的土体特性、工程要求等，决定采用MJS法与冻结法进行联合加固。全长冻结与局部冻结区几何关系见图1；局部冻结孔布置形式见图2；MJS 与冻结加固区几何关系见图3；

①根据工程特点确定MJS施工参数，其中包括加固截面形状为圆形，加固体直径2.4m，加固体搭接宽度0.7m；施工参数包括提升速度30～40min/m，水泥掺量40％，喷浆压力40MPa，具体参数见表1；

表1 MJS施工工艺参数

②根据地质条件、水文条件等设计冻结参数，其中开挖车站、竖井及辅助横通道四周外侧单排全长冻结管呈“回”字形垂直设置，局部冻结区内冻结管呈梅花形均匀垂直设置；长方体水平底板冻结壁厚度约6m，垂直冻结壁厚度2m。冻结壁平均温度-10℃、最低去路盐水温度-30～-28℃，积极冻结7d后盐水温度应降至 -18℃以下，积极冻结15d后盐水温度应降至-24℃以下，开挖构筑物时盐水温度应降至设计最低盐水温度以下，去、回路盐水温度差不应高于2℃，具体参数见表2；

表2冻结设计参数

b.地层开挖前，预留出足够施工作业面在车站、竖井及辅助横通道四周外侧设置垂直冻结孔，并在冻结孔内搭设单排全长冻结管，冻结管采用规格为Φ159×6 的20#无缝钢管，单根长度为43.9m；

c.在施作全长冻结管的同时，先采用MJS法由地面向下对车站底板以下4～6m土体范围内进行注浆(厚度2m)，形成长方体MJS加固区；然后对MJS 加固区以上至车站底板之间土体进行跟踪注浆(厚度4m)，形成长方体跟踪注浆加固区，其中注浆浆液以水泥-水玻璃双浆液为主，单液以水泥浆为辅，水泥浆与水玻璃溶液体积比为3∶1～4∶1，其中水泥浆水灰比为0.7～1.25，水玻璃浓度为20Be′～50Be′；

d.待MJS加固至少28d后，28d无侧限抗压强度应达1.5MPa，先施工竖井和横通道；然后采用台阶法在横通道内开挖4个水平小导洞，并在小导洞内施工边桩和中柱，其中边桩(钻孔灌注桩)采用咬合桩的形式，用以承担开挖车站侧壁水土压力；接着拆除初支施作顶拱，浇筑边墙及负一层底板之后继续向下开挖；

e.待开挖至地下水位线以上1m时，在冻结区域内部设置垂直冻结孔，并在冻结孔内搭设局部冻结管，冻结管采用规格为Φ127×6的20#无缝钢管，单根长度为15.5m；

f.待各冻结管路连接完成后，冷冻机试运行进入积极冻结期，并监测冻结土体，监测参数包括：冻结器去回路盐水温度、冷却循环水进出水温、冷冻机吸排气温度、盐水泵工作压力、冷冻机吸排气压力、制冷系统汽化压力和冻结帷幕温度场。其中全长冻结管实施全长冻结，在车站、竖井及辅助横通道四周外侧形成“回”字形垂直冻结壁；局部冻结管采用局部冻结技术，在车站底板以下形成长方体水平冻结壁。经此联合加固后的土体不但具有较强抗坍塌能力而且承载能力得到进一步提升，同时还能够抑制土体在冻结施工过程中的冻胀以及冻结施工后的融沉问题。

Claims (5)

1.联合加固承压富水砂卵石地层深埋车站系统，其特征在于，所述系统包含垂直冻结壁(1)、全长冻结管(2)、未开挖土体(3)、局部冻结区(4)、车站主体开挖区(5)、局部冻结管(6)、垂直测温孔(7)、车站中间钢柱(8)、车站边桩(9)、辅助横通道(10)、车站底板(11)、竖井(12)、跟踪注浆加固区(13)、MJS加固区(14)、地下水位线(15)、地表(16)部分；车站底板(11)下方是注浆形成的跟踪注浆加固区(13)和MJS加固区(14)，在车站主体开挖区(5)、竖井(12)及辅助横通道(10)四周外侧设置单排垂直冻结孔，并在冻结孔内搭设全长冻结管(2)。

2.根据权利要求1所述联合加固承压富水砂卵石地层深埋车站系统，其特征在于，横通道(10)内设有4个水平小导洞(21)，水平小导洞(21)内布置有车站边桩(9)与车站中间钢柱(8)。

3.根据权利要求1所述联合加固承压富水砂卵石地层深埋车站系统，其特征在于，开挖至地下水位线(15)以上1m时，在局部冻结区(4)内部设置多排垂直冻结孔，并在冻结孔内搭设局部冻结管(6)，以此形成有效止水体系。

4.根据权利要求1所述联合加固承压富水砂卵石地层深埋车站系统，其特征在于，局部冻结区(4)内设有垂直测温孔(7)，全长冻结管(2)在未开挖土体(3)内侧一周实施全长冻结，形成垂直冻结壁(1)，局部冻结管(6)在车站底板(11)下实施局部冻结，形成水平冻结壁(22)。

5.根据权利要求1所述联合加固承压富水砂卵石地层深埋车站系统，其特征在于，车站主体开挖区(5)所处地层由上至下依次为地表(16)、粉细砂层(17)、粉质黏土层(18)、卵石-圆砾层(19)以及卵石层(20)。

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