一種城市敏感區域暗挖基坑側向凍結造底止水結構及方法
【專利摘要】本發明公開了一種城市敏感區域暗挖基坑側向凍結造底止水結構及方法，所述止水結構包括：側面疏通管、排樁間凍結結構、側面施工槽和基坑底部凍結造底結構，所述側面疏通管呈矩形分布，并且圍繞所述排樁間凍結結構的外側設置；所述排樁間凍結結構為排樁結構和凍結壁結構呈矩形分布；所述側面施工槽沿所述排樁間凍結結構的矩形短邊的外側設置；所述基坑底部凍結造底結構連接所述側面施工槽的底部并呈傾斜角度設置，所述基坑底部凍結造底結構與所述排樁間凍結結構形成的凍結壁形成閉合的止水空間。
【專利說明】
一種城市敏感區域暗挖基坑側向凍結造底止水結構及方法
技術領域
[0001]本發明涉及城市深部地下空間開挖支護技術領域，特別是涉及一種城市敏感區域暗挖基坑側向凍結造底止水結構及方法。
【背景技術】
[0002]隨著我國社會經濟的不斷發展，城市人口快速增長，人均生活面積相應減小，這使得城市用地面積逐步由平面發展轉變為立體空間發展，即在有限的城市平面空間里，大力開發和利用城市地下空間，隨著開挖深度的不斷增加，地下工程將面臨高地壓、高水壓等問題，這也導致傳統支護方法不適用深層地下環境，為此，需要引進新的支護方式。
[0003]在眾多城市地下空間支護方法中，排粧法以其施工簡單、便捷、成本低廉等優點得到廣泛應用，但是排粧作為一種支護結構，只是用來提供側向支護力，隨著基坑支護深度的增加，坑底上部不可避免的存在潛水水位，就需要將排粧與其他的止水手段相結合。
[0004]在城市敏感區，如果采用人工降水的方式，不可避免的會在基坑周圍形成降水漏斗，會引發既有管線的破壞;地表沉降也會引發地表沉降，造成道路的塌陷。因此，要采取人工降水首先需要具備一定的地面條件，在城市敏感區，不合適采用。對于北京等水資源缺乏的城市，自身水源尚不夠滿足城市發展的需要，需要借助南水北調等工程補充城市水源，地下水本身的成本較高，對于地下水位較高的情況，人工降水將大量地下水抽取后排到城市的污水管道，也會產生巨大的浪費，也不利于城市發展。在城市中央區，很多地方也不具備基本的地面支護條件。
[0005]綜合分析現存的止水方式，不難發現凍結法是最有效的深部地層止水方法，被廣泛應用于煤礦立井建設中，自從1955年我國首次引進凍結法施工技術以來，已經有700多座井筒采用凍結法施工，由此可見，將凍結法用于城市地下止水工程中，在技術上是可行的，需要注意的是城市深部地下工程的地層環境和技術要求遠不同于煤礦立井，不可照搬照抄，需要結合城市地下工程的特點改進凍結技術。
[0006]因此希望有一種城市敏感區域暗挖基坑側向凍結造底止水結構及方法結合排粧法和凍結法的優點及適用性，解決側面存在兩層潛水層且基坑底部不存在不透水層或者不透水層較深的工況問題。
【發明內容】
[0007]本發明的目的在于提供一種城市敏感區域暗挖基坑側向凍結造底止水結構及方法來克服現有技術中存在的上述問題。
[0008]為實現上述目的，本發明提供一種城市敏感區域暗挖基坑側向凍結造底止水結構包括:側面疏通管、排粧間凍結結構、側面施工槽和基坑底部凍結造底結構，所述側面疏通管呈矩形分布，并且圍繞所述排粧間凍結結構的外側設置;所述排粧間凍結結構為排粧結構和凍結壁結構呈矩形分布;所述側面施工槽沿所述排粧間凍結結構的矩形短邊的外側設置;所述基坑底部凍結造底結構連接所述側面施工槽的底部并呈傾斜角度設置，所述基坑底部凍結造底結構與所述排粧間凍結結構形成的凍結壁形成閉合的止水空間。
[0009]優選地，所述側面疏通管穿透城市敏感區域的深部地下上部的不透水層設置，并且連接所述深部地下的上層潛水層和下層潛水，將上層潛水水位降低至下層潛水水位。
[0010]優選地，所述凍結壁結構設置在所述各個排粧結構之間。
[0011]優選地，所述凍結壁結構和基坑底部凍結造底結構分別包括:凍結管、進液管、出液管、配液管、制冷站和集液管，所述進液管和出液管設置在所述凍結管內，所述進液管的一端連接所述配液管，所述配液管連接所述制冷站;所述出液管的一端連接所述集液管，所述集液管連接所述制冷站，所述配液管和集液管形成凍結回路。
[0012]優選地，所述側面施工槽的深度至城市敏感區域的深部地下上部的不透水層的底部。
[0013 ]城市敏感區域暗挖基坑側向凍結造底止水方法包括以下步驟:
[0014](I)在基坑的外圍呈矩形布置側面疏通管，所述側面疏通管穿透城市敏感區域的深部地下的不透水層；
[0015](2)沿所述側面疏通管的矩形短邊的內側開挖側面施工槽，所述側面施工槽開挖的深度至城市敏感區域的深部地下上部的不透水層的底部；
[0016](3)粧體施工:根據不同的成粧方式選擇不同的施工機械，在已經確定的粧點施工成粧；
[0017](4)凍結孔及凍結網絡施工:在粧體之間及所述側面施工槽斜向鉆孔至指定深度形成的基坑底部凍結造底結構中的凍結管內插入進液管和回液管，所述進液管的一端連接所述配液管，所述配液管連接所述制冷站;所述出液管的一端連接所述集液管，所述集液管連接所述制冷站，所述配液管和集液管形成凍結回路；
[0018](5)凍結壁的形成:待所述粧體和凍結管施工完成，通過檢驗后，啟動所述制冷站，使低溫CaCl2溶液在所述凍結管內循環，通過測定和分析預先埋置的測溫管和水文管數據，確定凍結壁的溫度和厚度，當達到設計要求時，可進行地下工程開挖工作，外側凍結壁的深度從下層潛水水位開始至基坑底部，基坑底部凍結造底結構的內斜向凍結壁深度從基坑底部開始至基坑中部；
[0019](6)凍結管回收:地下構筑物施工完成后，可采用自然解凍或人工快速解凍的方案恢復地下水流動，拔出所述凍結管，對凍結孔進行人工回填，完成整個地下工程施工作業。
[0020]本發明提供了一種城市敏感區域暗挖基坑側向凍結造底止水結構及方法，本發明的具有基坑凍結造底結構的深部地下止水是一種組合式結構，結合排粧法和凍結法的優點及適用性，解決側面存在兩層潛水層且基坑底部不存在不透水層或者不透水層較深的工況問題。
【附圖說明】
[0021]圖1是城市敏感區域暗挖基坑側向凍結造底止水結構的側面疏通管與凍結管排粧結構示意圖。
[0022]圖2是城市敏感區域暗挖基坑側向凍結造底止水結構的剖面示意圖。
[0023]圖3是城市敏感區域暗挖基坑側向凍結造底止水結構凍結管凍結施工的示意圖。
【具體實施方式】
[0024]為使本發明實施的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行更加詳細的描述。在附圖中，自始至終相同或類似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。所描述的實施例是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。下面通過參考附圖描述的實施例是示例性的，旨在用于解釋本發明，而不能理解為對本發明的限制。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。下面結合附圖對本發明的實施例進行詳細說明。
[0025]在本發明的描述中，需要理解的是，術語“中心”、“縱向”、“橫向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底” “內”、“外”等指示的方位或位置關系為基于附圖所示的方位或位置關系，僅是為了便于描述本發明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本發明保護范圍的限制。
[0026]在本發明一寬泛實施例中:本發明提供一種城市敏感區域暗挖基坑側向凍結造底止水結構包括:側面疏通管、排粧間凍結結構、側面施工槽和基坑底部凍結造底結構，所述側面疏通管呈矩形分布，并且圍繞所述排粧間凍結結構的外側設置;所述排粧間凍結結構為排粧結構和凍結壁結構呈矩形分布;所述側面施工槽沿所述排粧間凍結結構的矩形短邊的外側設置;所述基坑底部凍結造底結構連接所述側面施工槽的底部并呈傾斜角度設置，所述基坑底部凍結造底結構與所述排粧間凍結結構形成的凍結壁形成閉合的止水空間。
[0027]在本發明另一寬泛實施例中:本發明提供一種城市敏感區域暗挖基坑側向凍結造底止水方法包括以下步驟:
[0028](I)在基坑的外圍呈矩形布置側面疏通管，所述側面疏通管穿透城市敏感區域的深部地下上部的不透水層；
[0029](2)沿所述側面疏通管的矩形短邊的內側開挖側面施工槽，所述側面施工槽開挖的深度至城市敏感區域的深部地下上部的不透水層的底部；
[0030](3)粧體施工:根據不同的成粧方式選擇不同的施工機械，在已經確定的粧點施工成粧；
[0031](4)凍結孔及凍結網絡施工:在粧體之間及所述側面施工槽斜向鉆孔至指定深度形成的基坑底部凍結造底結構中的凍結管內插入進液管和回液管，所述進液管的一端連接所述配液管，所述配液管連接所述制冷站;所述出液管的一端連接所述集液管，所述集液管連接所述制冷站，所述配液管和集液管形成凍結回路；
[0032](5)凍結壁的形成:待所述粧體和凍結管施工完成，通過檢驗后，啟動所述制冷站，使低溫CaCl2溶液在所述凍結管內循環，通過測定和分析預先埋置的測溫管和水文管數據，確定凍結壁的溫度和厚度，當達到設計要求時，可進行地下工程開挖工作，外側凍結壁的深度從下層潛水水位開始至基坑底部，基坑底部凍結造底結構的內斜向凍結壁深度從基坑底部開始至基坑中部；
[0033](6)凍結管回收:地下構筑物施工完成后，可采用自然解凍或人工快速解凍的方案恢復地下水流動，拔出所述凍結管，對凍結孔進行人工回填，完成整個地下工程施工作業。
[0034]如圖1 一3所示，所述城市敏感區域暗挖基坑側向凍結造底止水結構包括:側面疏通管1、排粧間凍結結構、側面施工槽2和基坑底部凍結造底結構，所述側面疏通管1呈矩形分布，并且圍繞所述排粧間凍結結構的外側設置;所述排粧間凍結結構為排粧結構4和凍結壁結構呈矩形分布;所述側面施工槽2沿所述排粧間凍結結構的矩形短邊的外側設置;所述基坑底部凍結造底結構連接所述側面施工槽2的底部并呈傾斜角度設置，所述基坑底部凍結造底結構與所述排粧間凍結結構形成的凍結壁形成閉合的止水空間。
[0035]如圖2和3所示，所述側面疏通管1穿透城市敏感區域的深部地下上部的不透水層設置，并且連接所述深部地下的上層潛水層和下層潛水，將上層潛水水位降低至下層潛水水位。
[0036]如圖1所示，所述凍結壁結構設置在所述各個排粧結構4之間。
[0037]所述凍結壁結構和基坑底部凍結造底結構分別包括:凍結管3、進液管、出液管、配液管、制冷站和集液管，所述進液管和出液管設置在所述凍結管3內，所述進液管的一端連接所述配液管，所述配液管連接所述制冷站;所述出液管的一端連接所述集液管，所述集液管連接所述制冷站，所述配液管和集液管形成凍結回路。
[0038]如圖2和3所示，所述側面施工槽2的深度至城市敏感區域的深部地下上部的不透水層的底部。[0039 ]城市敏感區域暗挖基坑側向凍結造底止水方法包括以下步驟:
[0040](1)在基坑的外圍呈矩形布置側面疏通管，所述側面疏通管穿透城市敏感區域的深部地下上部的不透水層；
[0041](2)沿所述側面疏通管的矩形短邊的內側開挖側面施工槽，所述側面施工槽開挖的深度至城市敏感區域的深部地下上部的不透水層的底部；
[0042](3)粧體施工:根據不同的成粧方式選擇不同的施工機械，在已經確定的粧點施工成粧；
[0043](4)凍結孔及凍結網絡施工:在粧體之間及所述側面施工槽斜向鉆孔至指定深度形成的基坑底部凍結造底結構中的凍結管內插入進液管和回液管，所述進液管的一端連接所述配液管，所述配液管連接所述制冷站;所述出液管的一端連接所述集液管，所述集液管連接所述制冷站，所述配液管和集液管形成凍結回路；[〇〇44](5)凍結壁的形成:待所述粧體和凍結管施工完成，通過檢驗后，啟動所述制冷站，使低溫CaCl2溶液在所述凍結管內循環，通過測定和分析預先埋置的測溫管和水文管數據， 確定凍結壁的溫度和厚度，當達到設計要求時，可進行地下工程開挖工作，外側凍結壁的深度從下層潛水水位開始至基坑底部，基坑底部凍結造底結構的內斜向凍結壁深度從基坑底部開始至基坑中部；
[0045](6)凍結管回收:地下構筑物施工完成后，可采用自然解凍或人工快速解凍的方案恢復地下水流動，拔出所述凍結管，對凍結孔進行人工回填，完成整個地下工程施工作業。
[0046]側面疏通管聯通上下層潛水，使上層潛水位下落至下層;排粧起圍護基坑穩定的作用;排粧周邊的凍結管形成的凍結壁與側面施工槽斜向布置的凍結管斜向造底形成一個閉合的止水空間。當施工完成后，可通過自然解凍或人工快速解凍，恢復原地下水流動路徑，整個施工過程對地下水環境不造成影響;并且凍結壁的溫度可控，合理的凍結方案和施工組織設計能夠有效的減少凍結所需的電能。
[0047]最后需要指出的是:以上實施例僅用以說明本發明的技術方案，而非對其限制。盡管參照前述實施例對本發明進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解:其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分技術特征進行等同替換;而這些修改或者替換，并不使相應技術方案的本質脫離本發明各實施例技術方案的精神和范圍。
【主權項】
1.一種城市敏感區域暗挖基坑側向凍結造底止水結構，其特征在于，包括:側面疏通管、排粧間凍結結構、側面施工槽和基坑底部凍結造底結構，所述側面疏通管呈矩形分布，并且圍繞所述排粧間凍結結構的外側設置;所述排粧間凍結結構為排粧結構和凍結壁結構呈矩形分布;所述側面施工槽沿所述排粧間凍結結構的矩形短邊的外側設置;所述基坑底部凍結造底結構連接所述側面施工槽的底部并呈傾斜角度設置，所述基坑底部凍結造底結構與所述排粧間凍結結構形成的凍結壁形成閉合的止水空間。2.如權利要求1所述的城市敏感區域暗挖基坑側向凍結造底止水結構，其特征在于:所述側面疏通管穿透城市敏感區域的深部地下上部的不透水層設置，并且連接所述深部地下的上層潛水層和下層潛水，將上層潛水水位降低至下層潛水水位。3.如權利要求1所述的城市敏感區域暗挖基坑側向凍結造底止水結構，其特征在于:所述凍結壁結構設置在所述各個排粧結構之間。4.如權利要求3所述的城市敏感區域暗挖基坑側向凍結造底止水結構，其特征在于:所述凍結壁結構和基坑底部凍結造底結構分別包括:凍結管、進液管、出液管、配液管、制冷站和集液管，所述進液管和出液管設置在所述凍結管內，所述進液管的一端連接所述配液管，所述配液管連接所述制冷站;所述出液管的一端連接所述集液管，所述集液管連接所述制冷站，所述配液管和集液管形成凍結回路。5.如權利要求1所述的城市敏感區域暗挖基坑側向凍結造底止水結構，其特征在于:所述側面施工槽的深度至城市敏感區域的深部地下上部的不透水層的底部。6.—種城市敏感區域暗挖基坑側向凍結造底止水方法，其特征在于，包括以下步驟: (1)在基坑的外圍呈矩形布置側面疏通管，所述側面疏通管穿透城市敏感區域的深部地下上部的不透水層； (2)沿所述側面疏通管的矩形短邊的內側開挖側面施工槽，所述側面施工槽開挖的深度至城市敏感區域的深部地下上部的不透水層的底部； (3)粧體施工:根據不同的成粧方式選擇不同的施工機械，在已經確定的粧點施工成粧； (4)凍結孔及凍結網絡施工:在粧體之間及所述側面施工槽斜向鉆孔至指定深度形成的基坑底部凍結造底結構中的凍結管內插入進液管和回液管，所述進液管的一端連接所述配液管，所述配液管連接所述制冷站;所述出液管的一端連接所述集液管，所述集液管連接所述制冷站，所述配液管和集液管形成凍結回路； (5)凍結壁的形成:待所述粧體和凍結管施工完成，通過檢驗后，啟動所述制冷站，使低溫CaCl2溶液在所述凍結管內循環，通過測定和分析預先埋置的測溫管和水文管數據，確定凍結壁的溫度和厚度，當達到設計要求時，可進行地下工程開挖工作，外側凍結壁的深度從下層潛水水位開始至基坑底部，基坑底部凍結造底結構的內斜向凍結壁深度從基坑底部開始至基坑中部； (6)凍結管回收:地下構筑物施工完成后，可采用自然解凍或人工快速解凍的方案恢復地下水流動，拔出所述凍結管，對凍結孔進行人工回填，完成整個地下工程施工作業。
【文檔編號】E02D17/04GK105951861SQ201610467178
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年6月24日
【發明人】張晉勛, 江華, 江玉生, 單仁亮, 董林偉
【申請人】北京城建集團有限責任公司, 中國礦業大學(北京)