富水砂卵石地层深埋暗挖车站施工地下水分段冻结方法与流程

本发明涉及地层挖掘施工技术领域，特别是涉及富水砂卵石地层深埋暗挖车站施工地下水分段冻结方法。

背景技术：

随着当前社会的不断发展，人口的增加，土地资源变得更为稀缺，为了获得更多的空间，开发地下空间已经成为缓解交通拥挤的必然趋势。而现阶段，各种城市地下工程正在兴建，比如城市地铁，河底、海底及穿山隧道，深基础建筑及地下室等。但与之俱来的基坑壁的支护、隔水等问题也变得越来越突出，尤其是在恶劣的地质、水文条件以及苛刻的周围环境下。近些年，随着城市地下空间的持续开发，不得不应对深层开挖所带来的问题，深层止水就是其中突出的一个问题，且这些问题还包括：

(1)开挖面积大

开挖面积大，长度与宽度有的达数百米，工程规模日益增大，给支护系统带来较大的难度；大面积的基坑开挖破坏了原来土体天然的平衡状态，基坑开挖后，大部分变形会在最初的24小时发生。如果挖后再撑，在这期间，土体已经产生较大变形。至于分层开挖，因为较深的基坑，一次开挖到底，边坡土体也会产生较大变形。

(2)地层渗透系数大

地铁车站施工范围内的潜水层分布差别较大，含水丰富，且车站底部的不透水地层埋深较深，地层渗透系数大。如果采用抽水降水的方法，则对周围建筑物地基会产生一定影响，而且每日抽取大量地下水，排水设施设置困难，而且会对环境有影响。

(3)周围建筑物密集

深层开挖会产生较大的位移和沉降，对周围建筑物、市政设施和地下管线造成影响，因此深基坑对稳定和位移的要求更为严格；在繁华城区地段实施，类似的大型地下开挖施工工程造成对周边建筑的不利影响，使房屋产生严重损坏，已有建筑的使用也遭受危害，阻碍在建工程的正常进行。

因此希望有一种富水砂卵石地层深埋暗挖车站施工地下水分段冻结方法可以隔离车站地板以下冻结与含水层达到止水目的。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种富水砂卵石地层深埋暗挖车站施工地下水分段冻结方法来克服现有技术中存在的上述问题。

为实现上述目的，本发明提供一种富水砂卵石地层深埋暗挖车站施工地下水分段冻结方法，所述富水砂卵石地层深埋暗挖车站施工地下水分段冻结方法包括：冻结部分、非冻结部分和绝热隔板；

冻结部分，所述冻结部分由中空的无缝钢管组成，所述冻结部分插设在车站底板下方；

非冻结部分，所述非冻结部分设置在所述冻结部分上方，所述非冻结部分包括进液管、回液管和填充的绝热材料，所述进液管和回液管分别插设在所述无缝钢管内；

绝热隔板，所述绝热隔板设置在所述冻结部分和非冻结部分之间，所述绝热隔板将冻结部分和非冻结部分进行隔离，所述绝热隔板设置有进液管圆孔和回液管圆孔。

优选地，所述非冻结部分的深度为车站开挖部分的深度。

优选地，所述冻结部分的深度为车站底板未开挖部分的深度。

优选地，在所述进液管和回液管之间由绝热的填充材料进行隔离。

优选地，所述无缝钢管的材质为低碳无缝钢管。

优选地，所述无缝钢管为Φ127mm×5mm，冻结壁厚度为3m。

优选地，所述分段冻结管之间的间距为2.5m。

本发明提供了一种富水砂卵石地层深埋暗挖车站施工地下水分段冻结方法，通过本发明的富水砂卵石地层深埋暗挖车站施工地下水分段冻结方法可以达到以下有益效果：

1.不破坏深层地下水赋存及运移规律；

2.不污染地下水水质，不破坏既有地下结构；

3.冻结孔从负二层顶板开始向下施工，需要穿越负三层开挖空间到达设计标高，因此，可以采用分段冻结，使得底板需要冻结区域形成完整平板，而负三层开挖空间内的土体不冻结或少冻结，不仅节省开挖成本，并且降低冻结费用。

附图说明

图1是富水砂卵石地层深埋暗挖车站施工地下水分段冻结方法的纵剖面示意图。

图2是富水砂卵石地层深埋暗挖车站施工地下水分段冻结方法的横断面示意图。

具体实施方式

为使本发明实施的目的、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更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。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。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。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。下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明。

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。

在本发明一宽泛实施例中，富水砂卵石地层深埋暗挖车站施工地下水分段冻结方法，所述富水砂卵石地层深埋暗挖车站施工地下水分段冻结方法包括：冻结部分、非冻结部分和绝热隔板；冻结部分，所述冻结部分由中空的无缝钢管组成，所述冻结部分插设在车站底板下方；非冻结部分，所述非冻结部分设置在所述冻结部分上方，所述非冻结部分包括进液管、回液管和填充的绝热材料，所述进液管和回液管分别插设在所述无缝钢管内；绝热隔板，所述绝热隔板设置在所述冻结部分和非冻结部分之间，所述绝热隔板将冻结部分和非冻结部分进行隔离，所述绝热隔板设置有进液管圆孔和回液管圆孔。

如图1－2所示，富水砂卵石地层深埋暗挖车站施工地下水分段冻结方法包括：冻结部分1、非冻结部分2和绝热隔板3。

所述冻结部分1由中空的无缝钢管4组成，所述冻结部分1插设在车站底板下方。

所述非冻结部分2设置在所述冻结部分1的上方，所述非冻结部分2包括进液管5、回液管6和绝热的填充的绝热材料7，所述进液管5和回液管6分别插设在所述无缝钢管4内，在所述进液管5和回液管6之间由绝热的填充材料7进行隔离。

所述绝热隔板3设置在所述冻结部分1和非冻结部分2之间，所述绝热隔板3将冻结部分1和非冻结部分2进行隔离。

所述绝热隔板3设置有进液管圆孔和回液管圆孔。

所述非冻结部分的深度为车站开挖部分的深度。

所述冻结部分的深度为车站底板未开挖部分的深度。

在所述进液管和回液管之间由绝热的填充材料进行隔离。

所述无缝钢管的材质为低碳无缝钢管。

所述无缝钢管为Φ127mm×5mm，冻结壁厚度为3m。

所述分段冻结管之间的间距为2.5m。

19号线北太平庄车站地质条件：

1、车站范围内地层从上到下依次为：粉质粘土④层、粉细砂④3，卵石圆砾⑤，粉质粘土⑥，粉土⑥2层，细中砂⑥3，粉细砂⑦2层，卵石⑦层，卵石⑨层，粉细砂⑨2层。拱顶位于粉细砂③3层、中粗砂④4，底板位于卵石⑨层，渗透系数150m/d。

2、上层滞水埋深2.5m～5.8m，潜水(二)埋深11.2m～14.64m，位于车站拱顶处，潜水(三)埋深26.6m～30.5m，位于车站底板上方7m～11m。

对于19号线车站来说，潜水(二)埋深14.5m，位于车站拱顶，潜水(三)埋深26.7m，位于车站底板上方11.4m。采取钻孔将潜水(二)疏水至潜水(三)地层后，潜水(三)的埋深处于车站负二层中板以下，所以可以采用普通方法直接施工至车站负二层中板。

车站施工的关键环节是19号线车站负二层中板以下地层的开挖及结构施工，本方案设计主要是解决19号线车站负二层中板以下的地层中施工的问题，即含潜水(三)地层中的开挖及车站施工，具体的施工过程在完成的负二层中板上进行，特别说明的是，实际施工中，如果发现潜水(三)的深度变浅，采用普通方法无法施工至车站负二层中板时，在能施工的最低位置，增加施工临时中板，在临时中板上进行冻结法施工加固，来隔断地下水，后续的处理方法基本相同。

为了处理19号线含潜水(三)地层，满足车站开挖和结构施工，采用分段冻结管，将负三层底板以下冻结，隔断潜水(三)。

即在19号线车站负二层中板上，布置冻结孔，利用分段冻结管，负三层不用冻结，冻结负三层底板以下的土体，进而隔断潜水(三)，开挖车站负三层。

所有的冻结孔在车站负二层中板上施工，在开挖范围的周圈，在边桩施工时预先布置一圈冻结孔，形成环向的冻结帷幕，来抵抗周围的水土压力。在开挖范围的内部布置密布的冻结孔，采用局部冻结方法在开挖范围的底部形成封水平板(具有一定强度)，抵抗下部的水压力。

19号线潜水三层水位线在负二层底板下，因此，需要在负二层底板上施工竖直冻结管(下称中板冻结管)，冻结壁厚度取3m，负三层底板下回填1m厚素混凝土垫层，中板冻结管长度为12.3m。周边冻结管长度为22.3m，为节省工程的工期和成本可将周边冻结管布置在边桩内，随边桩施工同时进行，节省钻孔时间和费用。

冻结温度：积极冻结期盐水温度－26℃至－30℃，维护冻结期盐水温度－25℃至－28℃。冻结壁平均温度－10℃。中板冻结管间距控制在2.5m，排距控制在2m。

冻结管尺寸：中板冻结管尺寸为127mm×5mm，局部冻结。

由于施工区域面积较大，施工工期长，为了方便组织施工，按横通道的分布位置，将整个施工区域沿车站长度方向分为五段(L5、L6间距较大，分两段施工)，横通道两侧采用全深冻结(即单排冻结管不采用局部冻结方式)，在分割处形成封闭的冻结帷幕，以方便组织开挖施工。不同段之间顺序组织施工，保证开挖和结构施工的连续性。整个施工范围分为五个施工分段，考虑到相互之间的施工影响，分段一和分段五可以同时开始施工，然后进行分段二和分段四的施工，最后进行分段三的施工。各冻结分段内部，中间冻结孔的冻结速度快，开挖施工可以从中间向四周开挖，提前开挖施工，节省施工工期。

最后需要指出的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制。尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。