用于保護(hù)地下水環(huán)境的明挖隧道止水結(jié)構(gòu)及施工方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及地下工程技術(shù)，具體而言，涉及用于保護(hù)地下水環(huán)境的明挖隧道止水結(jié)構(gòu)及其施工方法。該明挖隧道止水結(jié)構(gòu)包括：設(shè)置于隧道明挖基坑兩側(cè)的豎向凍土止水層，及設(shè)置于所述隧道明挖基坑底部的水平向凍土止水層，所述豎向凍土止水層和所述水平向凍土止水層相交，所述豎向凍土止水層的底部低于所述水平向凍土止水層的底部。本發(fā)明采用豎向凍土止水層、水平向凍土止水層構(gòu)建U形槽的凍土止水層，保護(hù)地下水環(huán)境，避免隧道施工過(guò)程中污染地下水水質(zhì)。通過(guò)采用凍結(jié)止水結(jié)構(gòu)，避免了大范圍排水施工，節(jié)約了寶貴的地下水資源，同時(shí)避免了排水施工引起的周邊鄰近建、構(gòu)筑物的沉降變形。
【專利說(shuō)明】
用于保護(hù)地下水環(huán)境的明挖隧道止水結(jié)構(gòu)及施工方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及地下工程技術(shù)，具體而言，涉及用于保護(hù)地下水環(huán)境的明挖隧道止水結(jié)構(gòu)及施工方法。
【背景技術(shù)】
[0002]對(duì)于富水地區(qū)的地鐵建設(shè)，當(dāng)?shù)罔F隧道采用明挖法施工時(shí)，采用止水或者排水處理隧道開挖范圍內(nèi)的地下水是隧道開挖前的基礎(chǔ)工作。目前，我國(guó)地鐵隧道止水一般采用注漿止水或者旋噴粧止水，這兩種止水方式都需要向土層中注入水泥漿液，污染地下水水質(zhì)，同時(shí)水泥漿液流向不易控制，容易堵塞地下水的滲流通道，改變地下水的滲流路徑。而采用排水方案，將浪費(fèi)寶貴的地下水資源，同時(shí)排水引起的地下水位降低易引起周邊鄰近建、構(gòu)筑物的沉降變形。
[0003]隨著城市化進(jìn)展及經(jīng)濟(jì)發(fā)展，地鐵將成為解決城市交通問(wèn)題的主要手段之一。但是由于地質(zhì)條件差異較大，地鐵建設(shè)過(guò)程中常會(huì)引發(fā)地面沉降、巖溶塌陷、圍巖失穩(wěn)等各類環(huán)境地質(zhì)問(wèn)題，也會(huì)引發(fā)巷道突水、水位下降、水質(zhì)污染等各類水環(huán)境問(wèn)題。
[0004]為避免地鐵工程建設(shè)中引發(fā)的各類工程問(wèn)題或減小地鐵工程對(duì)周邊環(huán)境的影響，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)相關(guān)防護(hù)治理手段及方法開展了大量的研究。Albert Weiler(1983)基于德意志杜伊斯堡第四系地層條件，總結(jié)出地鐵建設(shè)方法-空隙固結(jié)法。孫亞哲(2003)針對(duì)南京玄武湖下交通隧道建設(shè)可能產(chǎn)生水污染、地面沉降、地面塌陷、巷道突水等環(huán)境地質(zhì)問(wèn)題，為減少對(duì)地下水環(huán)境的影響，建議限制開挖深度和保護(hù)天然淤泥層，采用透水性好的填土材料、污染小的建筑材料、化學(xué)漿液，采用冷凍止水施工方案避免大面積人工降水。方燎原(2004)針對(duì)巖溶對(duì)廣州地鐵建設(shè)的影響，提出采用冷凍法和高壓注漿法進(jìn)行巖溶水隔離，對(duì)溶洞采用灌漿和結(jié)構(gòu)處理。邢崴崴(2004)分析了地鐵工程建設(shè)可能對(duì)水質(zhì)的影響，建議在工程建設(shè)中采用污染小的建筑材料及化學(xué)漿液，分析了地下水徑流條件的改變也會(huì)使得工程穩(wěn)定性變差引發(fā)不均勻沉降，建議優(yōu)化盾構(gòu)各施工參數(shù)，并采用相應(yīng)的工程方法如隔斷、土體加固、建筑物本體加固及基礎(chǔ)托換等以減小對(duì)周圍環(huán)境的影響。C.0.Aksoy (2008)分析了土耳其伊茲密爾地鐵站工程降水引發(fā)的地面沉降問(wèn)題，通過(guò)化學(xué)注漿手段維持圍巖穩(wěn)定性，有效地阻止了地面沉降并使地下水位恢復(fù)至原有水平。李廣濤(2009)針對(duì)廣州地鐵三號(hào)線工程建設(shè)中存在的溶、土洞不良地質(zhì)條件進(jìn)行處理，明確提出了盾構(gòu)及明挖的巖溶處理措施。R.Gal Ier (2009)提出了一套經(jīng)濟(jì)安全的新奧地利隧道施工方法(NATM)，該方法在澳大利亞近幾年得到了迅速發(fā)展。傅志峰(2010)針對(duì)武漢地鐵2號(hào)線工程施工中可能出現(xiàn)的第四系土層、巖溶地質(zhì)、地下水等巖土工程問(wèn)題，提出了工程降水設(shè)計(jì)、地下連續(xù)墻、注漿封堵防水工程等預(yù)防措施。龍艷魁(2012)分析了巖溶對(duì)地鐵工程的影響，著重對(duì)巖溶洞穴穩(wěn)定性的影響因素進(jìn)行了探索，并提出了開挖回填、壓力注漿、結(jié)構(gòu)物跨越的巖溶溶洞處理措施。由此看出以往多注重對(duì)某些環(huán)境地質(zhì)問(wèn)題的處理研究，而對(duì)于既要進(jìn)行工程防護(hù)處理又要兼顧泉水水量和水質(zhì)保護(hù)的研究目前還比較少見。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種用于保護(hù)地下水環(huán)境的明挖隧道止水結(jié)構(gòu)及施工方法，以解隧道施工過(guò)程中對(duì)地下水水質(zhì)污染，保護(hù)地下水資源的問(wèn)題。
[0006]本發(fā)明實(shí)施例提供一種用于保護(hù)地下水環(huán)境的明挖隧道止水結(jié)構(gòu)，其包括:設(shè)置于隧道明挖基坑兩側(cè)的豎向凍土止水層，及設(shè)置于所述隧道明挖基坑底部的水平向凍土止水層，所述豎向凍土止水層和所述水平向凍土止水層相交，所述豎向凍土止水層的底部低于所述水平向凍土止水層的底部。
[0007]在一些實(shí)施例中，優(yōu)選為，所述隧道明挖基坑兩側(cè)地面鋪設(shè)保溫層;所述保溫層包括:EPS泡沫板、聚苯乙烯、擠塑板、或聚氨酯板。
[0008]在一些實(shí)施例中，優(yōu)選為，所述豎向凍土止水層的內(nèi)側(cè)面和所述水平向凍土止水層的內(nèi)側(cè)面噴射有保溫混凝土。
[0009]在一些實(shí)施例中，優(yōu)選為，所述保溫混凝土包括:加氣混凝土、0.5%?2%的高效速凝劑、0.5 %?2 %的乳膠粉和3 %?7 %的纖維。
[0010]在一些實(shí)施例中，優(yōu)選為，所述豎向凍土止水層的厚度為I?3米;和/或，所述水平向凍土止水層的厚度為I?3米；和/或，相鄰兩個(gè)所述隧道明挖基坑之間的距離為20?80米;和/或，所述水平向凍土止水層和所述豎向凍土止水層的平均溫度不高于_10°C。
[0011 ]在一些實(shí)施例中，優(yōu)選為，所述豎向凍土止水層內(nèi)含豎向凍結(jié)孔，所述豎向凍結(jié)孔的直徑為50?200毫米，所述水平向凍結(jié)孔之間的間距為500?1000毫米。
[0012]在一些實(shí)施例中，優(yōu)選為，所述水平向凍土止水層內(nèi)含水平向凍結(jié)孔，所述水平向凍結(jié)孔的直徑為50?200毫米，所述水平向凍結(jié)孔之間的間距為500?1000毫米;所述水平向凍結(jié)孔與隧道地板結(jié)構(gòu)外輪廓的凈間距為200?800毫米。
[0013]本發(fā)明還提供了一種用于保護(hù)地下水環(huán)境的明挖隧道止水結(jié)構(gòu)的施工方法，其包括:
[0014]將隧道施工分為多個(gè)施工段；
[0015]在每個(gè)施工段的的開挖起點(diǎn)處設(shè)置施工豎井；
[0016]在預(yù)設(shè)隧道明挖基坑位的兩側(cè)自地面向下鉆進(jìn)豎向凍結(jié)孔，在隧道底板下方鉆進(jìn)凍結(jié)孔，在凍結(jié)孔中下入凍結(jié)管，在所述凍結(jié)管中下入供液管；
[0017]安裝凍結(jié)制冷系統(tǒng)，將凍結(jié)制冷系統(tǒng)分別與測(cè)溫孔、供液管相連；
[0018]進(jìn)行凍結(jié)操作，構(gòu)建豎向凍土止水層、水平向凍土止水層；
[0019]當(dāng)豎向凍土止水層、水平向凍土止水層的的厚度及強(qiáng)度達(dá)到預(yù)設(shè)要求后，凍結(jié)施工進(jìn)入維護(hù)凍結(jié)期后，逐層開挖基坑；
[0020]噴射保溫混凝土，構(gòu)建隧道襯砌結(jié)構(gòu)。
[0021 ]在一些實(shí)施例中，優(yōu)選為，所述凍結(jié)孔的鉆進(jìn)包括:
[0022]確定凍結(jié)管、卸壓管、供液管的規(guī)格、打鉆設(shè)備；
[0023]搭建鉆機(jī)平臺(tái)，所述鉆機(jī)平臺(tái)設(shè)置分層加高位；
[0024]凍結(jié)孔開孔，每個(gè)凍結(jié)孔的鉆孔安裝孔口管；
[0025]按凍結(jié)孔設(shè)計(jì)方位固定鉆機(jī)，隨鉆進(jìn)放入凍結(jié)管，凍結(jié)管下到設(shè)計(jì)深度后密封頭部，密封凍結(jié)管與孔口管的間隙;凍結(jié)管和凍結(jié)孔同心度，凍結(jié)孔試漏壓力在0.7?1.0MPa;
[0026]在凍結(jié)管內(nèi)下入供液管，供液管底端焊接支架，并安裝去路和回路羊角，以及凍結(jié)管端蓋。
[0027]在一些實(shí)施例中，優(yōu)選為，所述凍結(jié)制冷系統(tǒng)中，去路鹽水管路、回路鹽水管路上均安裝壓力表、溫度傳感器、控制閥門；和/或，鹽水管出口安裝流量計(jì);和/或，配液圈與凍結(jié)器之間安裝控制凍結(jié)期鹽水流量的兩個(gè)閥門；和/或，鹽水管路的高處安裝放氣閥；和/或，冷媒劑采用氯化鈣溶液，比重為1.265;和/或，
[0028]所述鹽水管路外依次設(shè)置聚苯乙烯泡沫塑料保溫層、塑料薄膜;和/或，
[0029]冷凍機(jī)組的蒸發(fā)器及低溫管路用軟質(zhì)泡沫塑料保溫，鹽水箱和鹽水干管用聚苯乙烯泡沫塑料板保溫。
[0030]在一些實(shí)施例中，優(yōu)選為，所述凍結(jié)操作包括:
[0031]在隨時(shí)調(diào)節(jié)壓力、溫度的情況下，運(yùn)轉(zhuǎn)凍結(jié)制冷系統(tǒng)；
[0032]凍結(jié)過(guò)程中，定時(shí)檢測(cè)鹽水溫度、鹽水流量和凍土止水層擴(kuò)展情況；
[0033]確定水平向凍土止水層已形成環(huán)狀連接結(jié)構(gòu)，且達(dá)到預(yù)設(shè)厚度；
[0034]確定水平向凍土止水層內(nèi)部未凍土中2米上上無(wú)凍水；
[0035]開挖至土層內(nèi)后，確定水平向凍土止水層的厚度、表面溫度和變形達(dá)到預(yù)設(shè)要求；
[0036]基坑開挖后進(jìn)入維護(hù)凍結(jié)期;在維護(hù)凍結(jié)期，若凍土止水層擴(kuò)展速度超過(guò)預(yù)設(shè)值，凍土止水層的承載力、穩(wěn)定性超預(yù)值，則在鹽水溫度不高于-20°C的情況下，提高鹽水溫度。
[0037]本發(fā)明實(shí)施例提供的用于保護(hù)地下水環(huán)境的明挖隧道止水結(jié)構(gòu)及其施工方法，與現(xiàn)有技術(shù)相比，采用豎向凍土止水層、水平向凍土止水層構(gòu)建U形的凍土止水層，防止明挖基坑外部的地下水進(jìn)入U(xiǎn)形槽，同時(shí)保護(hù)地下水環(huán)境，避免隧道施工過(guò)程中污染地下水水質(zhì)。。通過(guò)采用凍結(jié)止水結(jié)構(gòu)，避免了大范圍排水施工，節(jié)約了寶貴的地下水資源，同時(shí)避免了排水施工引起的周邊鄰近建、構(gòu)筑物的沉降變形。
[0038]通過(guò)在隧道襯砌與凍土止水層之間設(shè)置保溫混凝土，提高了凍土止水層的保溫性能，減緩了凍土止水層與隧道內(nèi)的熱量傳遞，大幅度降低了凍結(jié)費(fèi)用。
【附圖說(shuō)明】
[0039]圖1為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例中用于保護(hù)地下水環(huán)境的明挖隧道止水結(jié)構(gòu)的橫剖示意圖；
[0040]圖2為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例中明挖隧道止水結(jié)構(gòu)中凍結(jié)制冷系統(tǒng)的示意圖。
[0041 ]注:I水平向凍土止水層；2豎向凍土止水層；3豎向凍結(jié)管;4水平向凍結(jié)管；5保溫混凝土; 6地面保溫層;7隧道結(jié)構(gòu);8清水栗;9冷凍機(jī)組；10起動(dòng)柜；11鹽水箱；12鹽水栗；13凍結(jié)管；14冷卻塔。
【具體實(shí)施方式】
[0042]下面通過(guò)具體的實(shí)施例結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。
[0043]考慮到水是生命之源，也是城市賴以生存和發(fā)展的寶貴資源，我國(guó)有半數(shù)以上的城市存在缺少問(wèn)題，因此，在城市地鐵建設(shè)過(guò)程中如何保護(hù)寶貴的地下水資源是工程技術(shù)人員擬解決的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題，比如濟(jì)南這種以泉水而聞名的城市，保護(hù)泉水的水質(zhì)和水量，更是地鐵建設(shè)中的首要問(wèn)題。本發(fā)明擬解決的技術(shù)問(wèn)題是富水地區(qū)地鐵隧道建設(shè)過(guò)程中如何保護(hù)地下水，在不降水的情況下實(shí)現(xiàn)地鐵隧道的安全快速高效開挖。因此明確需要解決的技術(shù)問(wèn)題為:
[0044](I)解決地鐵隧道施工過(guò)程中對(duì)地下水水質(zhì)的污染問(wèn)題；
[0045](2)解決地鐵隧道施工過(guò)程中對(duì)地下水水資源的保護(hù)，避免降低地下水水位，避免改變地下水滲流路徑，保護(hù)泉水。
[0046]為此提供了用于保護(hù)地下水環(huán)境的明挖隧道止水結(jié)構(gòu)，其包括:設(shè)置于隧道明挖基坑兩側(cè)的豎向凍土止水層，及設(shè)置于所述隧道明挖基坑底部的水平向凍土止水層，所述豎向凍土止水層和所述水平向凍土止水層相交，所述豎向凍土止水層的底部低于所述水平向凍土止水層的底部。
[0047]采用豎向凍土止水層、水平向凍土止水層構(gòu)建U形的凍土止水層，防止明挖基坑外部的地下水進(jìn)入U(xiǎn)形槽，同時(shí)保護(hù)地下水環(huán)境，避免隧道施工過(guò)程中污染地下水水質(zhì)。通過(guò)采用凍結(jié)止水結(jié)構(gòu)，避免了大范圍排水施工，節(jié)約了寶貴的地下水資源，同時(shí)避免了排水施工引起的周邊鄰近建、構(gòu)筑物的沉降變形。
[0048]接下來(lái)，對(duì)該技術(shù)進(jìn)行詳細(xì)描述:
[0049]—種用于保護(hù)地下水環(huán)境的明挖隧道止水結(jié)構(gòu)，如圖1所示，包括:設(shè)置于隧道明挖基坑(內(nèi)設(shè)隧道結(jié)構(gòu)7)兩側(cè)的豎向凍土止水層2，及設(shè)置于所述隧道明挖基坑底部的水平向凍土止水層I，所述豎向凍土止水層2和所述水平向凍土止水層I相交，構(gòu)成U形槽結(jié)構(gòu)，所述豎向凍土止水層2的底部低于所述水平向凍土止水層I的底部。在隧道開挖起點(diǎn)處設(shè)置施工豎井，一般可利用地鐵車站基坑作為施工豎井，沿隧道線路走向?qū)⑺淼绖澐譃槿舾蓛鼋Y(jié)段，每個(gè)凍結(jié)段長(zhǎng)度約為20?80米。在U形槽凍土止水層結(jié)構(gòu)的內(nèi)部開挖基坑，放置明挖基坑外部的地下水進(jìn)入U(xiǎn)形槽。有效凍土止水層的平均溫度不高于-10°C，開挖時(shí)凍土止水層表面溫度低于_3 °C。
[0050]豎向凍土止水層2的厚度根據(jù)基坑開挖深度、基坑兩側(cè)水土壓力、地面荷載等參數(shù)確定，需滿足兩側(cè)土體穩(wěn)定性的要求，其厚度擬為1.0m?3.0m范圍，豎向凍土止水層2的深度應(yīng)大于隧道底板處水平凍土止水層的深度。
[0051]水平向凍土止水層I設(shè)置于隧道底板以下，形成封閉的環(huán)向凍土止水圈，水平向凍土止水層I的厚度擬為1.0m?3.0m范圍。水平向凍土止水層I的長(zhǎng)度根據(jù)凍結(jié)段長(zhǎng)度確定，擬為20?80m。
[0052]豎向凍土止水層2的施工:在基坑兩側(cè)對(duì)應(yīng)位置，自地面向下直接打設(shè)豎向凍結(jié)孔，豎向凍結(jié)孔中設(shè)置豎向凍結(jié)管3，凍結(jié)孔直徑在50mm?200mm，凍結(jié)孔間距500?1000mm。
[0053]水平向凍土止水層13的施工:在隧道起點(diǎn)的施工豎井或在每個(gè)凍結(jié)段連接處的工作坑打設(shè)水平向凍結(jié)孔，水平向凍結(jié)孔中設(shè)置水平向凍結(jié)管4，水平向凍結(jié)孔設(shè)置在基坑底部，凍結(jié)孔直徑擬選擇50mm?200mm，凍結(jié)孔間距500?1000mm，凍結(jié)孔與隧道底板結(jié)構(gòu)外輪廓的凈間距擬為200?800mm。凍結(jié)孔中下凍結(jié)管，凍結(jié)管中下輸液管。
[0054]為了降低能源消耗，提高冷凍系統(tǒng)的保溫效果，在基坑兩側(cè)地面鋪設(shè)保溫層，在U形槽止水結(jié)構(gòu)內(nèi)側(cè)噴射保溫混凝土 5，共同構(gòu)成保溫系統(tǒng)。地面保溫層6可選用EPS泡沫板、聚苯乙烯、擠塑板、聚氨酯板等保溫板材。U形槽止水結(jié)構(gòu)內(nèi)側(cè)的噴射保溫混凝土 5隨基坑開挖逐層噴射，噴射厚度擬為10?30cm。保溫混凝土 5又稱為加氣混凝土、泡沫混凝土、發(fā)泡混凝土，屬于保溫隔熱材料的范疇，能阻止或減少與外界發(fā)生熱交換，減少熱量耗散的具有一定物理、力學(xué)性能的特種混凝土。
[0055]保溫混凝土采用濕噴法施工，為了降低泡沫混凝土的流動(dòng)性，提高粘稠度和附著力，在泡沫混凝土中增加0.5%?2%的(BASF)高效速凝劑、0.5%?2%的(三元)乳膠粉和3%?7%的纖維。
[0056]下面提供上述明挖隧道止水結(jié)構(gòu)的施工方法，具體包括:
[0057]步驟101，將隧道施工分為多個(gè)施工段；
[0058]步驟102，在每個(gè)施工段的的開挖起點(diǎn)處設(shè)置施工豎井；
[0059]步驟103，凍結(jié)管鉆進(jìn)工作；
[0060]第一部分:凍結(jié)管、測(cè)溫管、卸壓管和供液管規(guī)格
[0061]凍結(jié)管可選用Φ108 XSmm低碳無(wú)縫鋼管，單根管材長(zhǎng)度為1.5?2m，采用螺紋連接并手工補(bǔ)焊，測(cè)溫管和水文管管材同凍結(jié)管。供液管Φ62Χ6πιπι可選用增強(qiáng)聚乙烯塑料管或15#鋼管。
[0062]第二部分:打鉆設(shè)備選型
[0063]可選用MKG-5S型鉆機(jī)2臺(tái)?？蛇x用BW-250/50泥漿栗2臺(tái)，流量為2501/min。鉆機(jī)和泥楽栗總功率為41kw。
[0064]可采用凍結(jié)孔鉆進(jìn)專用組合鉆具跟管鉆進(jìn)。鉆孔測(cè)斜可采用特制的TY-1型高精度水平鉆孔陀螺測(cè)斜儀，鉆孔淺部用經(jīng)瑋儀燈光測(cè)斜校準(zhǔn)。
[0065]第三部分:凍結(jié)孔質(zhì)量要求
[0066]根據(jù)施工基準(zhǔn)點(diǎn)，按凍結(jié)孔施工圖布置凍結(jié)孔?？孜黄畈粦?yīng)大于100mm。凍結(jié)孔孔徑可選用110mm。凍結(jié)孔鉆進(jìn)深度誤差為-0.2?+0.3m。鉆孔偏斜率控制在0.8%。以內(nèi)。
[0067]第四部分:鉆機(jī)平臺(tái)搭建
[0068]鉆機(jī)平臺(tái)采用滿堂腳手架管搭建，腳手架管平面間距為0.6mX0.6m。平臺(tái)滿鋪60mm厚松木板，鉆機(jī)底盤下墊200mmX 200mm方木。根據(jù)凍結(jié)孔位置，分層加高鉆機(jī)平臺(tái)。
[0069]步驟104:在預(yù)設(shè)隧道明挖基坑位的兩側(cè)自地面向下鉆進(jìn)豎向凍結(jié)孔，在隧道底板下方鉆進(jìn)凍結(jié)孔，在凍結(jié)孔中下入凍結(jié)管，在所述凍結(jié)管中下入供液管；
[ΟΟΤ?]該步驟具體包括:
[0071]步驟104-1，凍結(jié)孔開孔
[0072]凍結(jié)孔可用Φ 160mm金剛石取芯鉆開孔。每個(gè)鉆孔安裝孔口管，孔口管可用Φ 159X 8mm無(wú)縫鋼管加工。鉆進(jìn)時(shí)，孔口管安裝孔口密封裝置。
[0073]步驟104-2，凍結(jié)孔鉆進(jìn)與凍結(jié)器安裝
[0074]①按凍結(jié)孔設(shè)計(jì)方位要求固定鉆機(jī)。隨鉆進(jìn)放入凍結(jié)管。凍結(jié)管下到設(shè)計(jì)深度后當(dāng)封頭部。
[0075]②為了保證鉆孔精度，開孔段鉆進(jìn)是關(guān)鍵。鉆進(jìn)前10?20m時(shí)，要反復(fù)校核鉆桿方向，調(diào)整鉆機(jī)位置，并用經(jīng)瑋儀或陀螺儀檢測(cè)偏斜無(wú)問(wèn)題后方可繼續(xù)鉆進(jìn)。
[0076]③凍結(jié)管下入孔內(nèi)前要先配管，保證凍結(jié)管同心度。下好凍結(jié)管后，用測(cè)斜儀進(jìn)行測(cè)斜，然后復(fù)測(cè)凍結(jié)孔深度。凍結(jié)管長(zhǎng)度和偏斜合格后密封凍結(jié)管頭部，并進(jìn)行打壓試漏。凍結(jié)孔試漏壓力控制在0.7?1.0MPa之間，穩(wěn)定30分鐘壓力無(wú)變化者為試壓合格。
[0077]④凍結(jié)管安裝完畢后，用堵漏材料密封凍結(jié)管與孔口管的間隙。
[0078]⑤在凍結(jié)管內(nèi)下入供液管。供液管用管箍連接，供液管底端焊接0.2m高的支架。然后安裝去、回路羊角和凍結(jié)管端蓋。
[0079]測(cè)溫孔施工方法與凍結(jié)管相同。
[0080]步驟105，安裝凍結(jié)制冷系統(tǒng)，將凍結(jié)制冷系統(tǒng)分別與凍結(jié)管13、測(cè)溫孔、供液管相連；
[0081]凍結(jié)制冷系統(tǒng)的安裝圖可以參考附圖2。安裝步驟具體包括:
[0082]步驟105-1，凍結(jié)制冷設(shè)備選型與管路設(shè)計(jì)
[0083]①可選用YSKF600型冷凍機(jī)組I套，YSKF300型冷凍機(jī)組各2套(其中I套備用)。當(dāng)鹽水溫度在-300C，冷卻水溫度為28°(:時(shí)，凍結(jié)站的制冷量約為240000kcal/h，冷凍機(jī)組9電機(jī)總功率為305kw。
[0084]②可選用8Sh-13(A)鹽水循環(huán)栗2臺(tái)(其中I臺(tái)備用)，流量270m3/h，揚(yáng)程36m，電機(jī)功率45kw ；選用IS200-150-250冷卻水循環(huán)栗I臺(tái)，流量400m3/h，揚(yáng)程20m，電機(jī)總功率37kw； ο
[0085]③可選用DBN3-200型冷卻塔14，2臺(tái)，電機(jī)總功率111^。
[0086]④設(shè)鹽水箱11，一個(gè)，容積6m3。
[0087]⑤鹽水干管和集配液管均選用Φ219 X 8mm無(wú)縫鋼管，鹽水干管長(zhǎng)度為380m。集、配液管與羊角連接選用I.5〃高壓膠管。
[0088]⑥冷卻水管用5〃焊管，在冷凍機(jī)進(jìn)出水管上安裝溫度計(jì)。
[0089]⑦在去、回路鹽水管路上安裝壓力表、溫度傳感器和控制閥門。在鹽水管出口安裝流量計(jì)。
[0090]⑧在配液圈與凍結(jié)器之間安裝閥門二個(gè)，以便控制凍結(jié)器鹽水流量。
[0091]⑨在鹽水管路的高處安裝放氣閥。
[0092]⑩鹽水和清水管路耐壓分別為0.7MPa和0.3MPa。
[0093](11)每個(gè)凍結(jié)站的冷卻水用量為30m3/h，最大總用電量約398kw。
[0094](12)其它:冷凍機(jī)油選用MO冷凍機(jī)油。制冷劑選用R22制冷劑。冷媒劑采用氯化鈣溶液作為冷凍循環(huán)鹽水。鹽水比重為1.265。
[0095]步驟105-2，凍結(jié)站布置與設(shè)備安裝
[0096]站內(nèi)設(shè)備主要包括配電柜(即啟動(dòng)柜10)、冷凍機(jī)組9、鹽水箱11、鹽水栗12、清水栗
8、冷卻塔14及清水池等。設(shè)備安裝按設(shè)備使用說(shuō)明書的要求進(jìn)行。
[0097]在水栗進(jìn)出口、鹽水干管兩端、集配液圈與凍結(jié)器之間安裝控制閥門。在冷凝器進(jìn)出口安裝測(cè)溫點(diǎn)；在去回路鹽水干管兩端安裝溫度和壓力測(cè)點(diǎn)；在回路鹽水干管出口安裝電磁流量計(jì);在每個(gè)凍結(jié)器與集配液圈之間安裝流量測(cè)量回路;在鹽水箱安裝液面指示報(bào)敬翌
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[0098]在一些實(shí)施例中，凍結(jié)站裝配式活動(dòng)房，凈高3.5米，墻和房頂鋪設(shè)隔音板，清水池用磚砌筑，水泥抹面，池高0.7米。
[0099]步驟105-3，管路連接、保溫與測(cè)試儀表安裝
[0100]鹽水和冷卻水管路用管架直接鋪在地面上，法蘭連接。去、回路鹽水干管用管架固定在工作井井壁上。溫度計(jì)、壓力表和流量計(jì)安裝按設(shè)計(jì)進(jìn)行。鹽水管路經(jīng)試漏、清洗后用聚苯乙烯泡沫塑料保溫，保溫層厚度為50_，保溫層的外面用塑料薄膜包扎。
[0101]冷凍機(jī)組的蒸發(fā)器及低溫管路用50_厚的軟質(zhì)泡沫塑料保溫，鹽水箱和鹽水干管用50mm厚的聚苯乙烯泡沫塑料板保溫。
[0102]步驟105-4，溶解氯化鈣和機(jī)組充氟加油
[0103]先在鹽水箱內(nèi)注入約1/4的清水，然后開栗循環(huán)并逐步加入固體氯化鈣，直至鹽水濃度達(dá)到設(shè)計(jì)要求。溶解氯化鈣時(shí)要除去雜質(zhì)。鹽水箱內(nèi)的鹽水不能灌得太滿，以免高于鹽水箱口的凍結(jié)管鹽水回流時(shí)溢出鹽水箱。
[0104]機(jī)組充氟和冷凍機(jī)加油按照設(shè)備使用說(shuō)明書的要求進(jìn)行。首先進(jìn)行制冷系統(tǒng)的檢漏和氮?dú)鉀_洗，在確保系統(tǒng)無(wú)滲漏后，再充氟加油。
[0105]步驟106，進(jìn)行凍結(jié)操作，構(gòu)建豎向凍土止水層、水平向凍土止水層；
[0106]該步驟包括:
[0107]步驟106-1，凍結(jié)系統(tǒng)試運(yùn)轉(zhuǎn)與積極凍結(jié)
[0108]設(shè)備安裝完畢后進(jìn)行調(diào)試和試運(yùn)轉(zhuǎn)。在試運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，要隨時(shí)調(diào)節(jié)壓力、溫度等各狀態(tài)參數(shù)，使機(jī)組在有關(guān)工藝規(guī)程和設(shè)計(jì)要求的技術(shù)參數(shù)條件下運(yùn)行。在凍結(jié)過(guò)程中，定時(shí)檢測(cè)鹽水溫度、鹽水流量和凍土止水層擴(kuò)展情況，
[0109]必要時(shí)調(diào)整凍結(jié)系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)。凍結(jié)系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)正常后進(jìn)入積極凍結(jié)。要求一周內(nèi)鹽水溫度降至_20°C以下。
[0110]步驟106-2，試挖與維護(hù)凍結(jié)
[0111]根據(jù)水文孔觀測(cè)確定凍土止水層已經(jīng)交圈，并根據(jù)實(shí)測(cè)溫度判斷凍土止水層達(dá)到設(shè)計(jì)厚度后，再用取芯鉆打入凍土止水層內(nèi)部未凍土中2m以上，確認(rèn)凍土止水層內(nèi)無(wú)動(dòng)水。然后，可以分區(qū)打開工作井井壁。開挖至土層內(nèi)后，實(shí)測(cè)凍土止水層的厚度、表面溫度和變形，如已達(dá)到設(shè)計(jì)要求，則可進(jìn)入正常施工，否則應(yīng)停止掘進(jìn)，加強(qiáng)凍結(jié)，并分析原因，采取相應(yīng)措施。
[0112]基坑開挖后進(jìn)入維護(hù)凍結(jié)期。原則上，開挖期間的維護(hù)凍結(jié)鹽水溫度與鹽水流量與積極凍結(jié)相同，如施工中根據(jù)實(shí)測(cè)分析，確實(shí)證明凍土止水層擴(kuò)展速度比預(yù)計(jì)的要快，凍土止水層有足夠的承載力與穩(wěn)定性，已滿足設(shè)計(jì)要求，可以適當(dāng)提高鹽水溫度，但最高不能高于-20°C。開始做內(nèi)襯后，在確保外襯安全的情況下，可以提高鹽水溫度，甚至提前停止凍結(jié)。
[0113]步驟107，當(dāng)豎向凍土止水層、水平向凍土止水層的的厚度及強(qiáng)度達(dá)到預(yù)設(shè)要求后，凍結(jié)施工進(jìn)入維護(hù)凍結(jié)期后，逐層開挖基坑；
[0114]當(dāng)凍土層有效厚度及強(qiáng)度達(dá)到要求，凍結(jié)施工進(jìn)入維護(hù)凍結(jié)期后逐層開挖基坑，開挖時(shí)，首先選用人工開挖未凍結(jié)的土層，再利用風(fēng)鎬掘進(jìn)凍土。注意:凍結(jié)帷幕暴露面溫度不得高于-5°C，且暴露時(shí)間控制在24h內(nèi)。
[0115]步驟108，構(gòu)建隧道襯砌結(jié)構(gòu)。
[0116]該步驟具體包括:
[0117]步驟108-1，噴射保溫混凝土
[0118]基坑開挖后及時(shí)噴射一層保溫混凝土，噴射厚度擬為10?30cm。保溫混凝土采用濕噴法施工，為了降低泡沫混凝土的流動(dòng)性，提高粘稠度和附著力，在泡沫混凝土中增加
0.5 %?2 %的BASF高效速凝劑、0.5 %?2 %的的三元乳膠粉和3 %?7 %的纖維。
[0119]基坑開挖到設(shè)計(jì)深度時(shí)，在基坑底部噴射一層保溫混凝土，厚度擬為10?30cm。
[0120]步驟108-2，澆筑隧道二次襯砌
[0121]隧道襯砌應(yīng)保證襯砌厚度及鋼筋搭接長(zhǎng)度。嚴(yán)格控制測(cè)量，防止隧道欠挖，鋼筋綁扎時(shí)，專人負(fù)責(zé)，環(huán)向、縱向鋼筋搭接長(zhǎng)度分別為鋼筋直徑的35?25倍。
[0122]為保證襯砌強(qiáng)度不低于C30的要求，施工前應(yīng)作混凝土配合比試驗(yàn)，通過(guò)試驗(yàn)確定最佳配合比，并嚴(yán)格加以控制，使之達(dá)到設(shè)計(jì)要求。
[0123]襯砌采用自制的簡(jiǎn)易鋼模板臺(tái)車施工，立模時(shí)嚴(yán)格控制模板外形尺寸不能侵入襯砌內(nèi)輪廓線，并向外不超過(guò)50mm，由跟班測(cè)量人員負(fù)責(zé)，并堵好堵頭板，以保證模板接縫外不漏漿液。
[0124]為加快混凝土硬化和防止局部?jī)鰤?，混凝土?nèi)加入水泥重量2.5 %?4 %的J851早強(qiáng)防凍減水劑和水泥重量3%?4%的MRT早強(qiáng)防凍劑，這兩種材料具有改善混凝土的和易性和密實(shí)性，增強(qiáng)混凝土的抗?jié)B性能及耐凍性，并在施工時(shí)加強(qiáng)混凝土振搗，杜絕蜂窩麻面。
[0125]隧道襯砌應(yīng)加強(qiáng)混凝土施工的連續(xù)性，加強(qiáng)對(duì)混凝土養(yǎng)護(hù)，以防止凍土對(duì)混凝土有凍害。
[0126]本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0127](I)保護(hù)地下水環(huán)境，避免隧道施工過(guò)程中污染地下水水質(zhì)。
[0128](2)通過(guò)采用凍結(jié)止水結(jié)構(gòu)，避免了大范圍排水施工，節(jié)約了寶貴的地下水資源，同時(shí)避免了排水施工引起的周邊鄰近建、構(gòu)筑物的沉降變形。
[0129](3)通過(guò)在隧道襯砌與凍土止水層之間設(shè)置保溫混凝土，提高了凍土止水層的保溫性能，減緩了凍土止水層的與隧道內(nèi)的熱量傳遞，大幅度降低了凍結(jié)費(fèi)用。
[0130]以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種用于保護(hù)地下水環(huán)境的明挖隧道止水結(jié)構(gòu)，其特征在于，包括:設(shè)置于隧道明挖基坑兩側(cè)的豎向凍土止水層，及設(shè)置于所述隧道明挖基坑底部的水平向凍土止水層，所述豎向凍土止水層和所述水平向凍土止水層相交，所述豎向凍土止水層的底部低于所述水平向凍土止水層的底部。2.如權(quán)利要求1所述的用于保護(hù)地下水環(huán)境的明挖隧道止水結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述隧道明挖基坑兩側(cè)地面鋪設(shè)保溫層;所述保溫層包括:EPS泡沫板、聚苯乙烯、擠塑板、或聚氨酯板。3.如權(quán)利要求1所述的用于保護(hù)地下水環(huán)境的明挖隧道止水結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述豎向凍土止水層的內(nèi)側(cè)面和所述水平向凍土止水層的內(nèi)側(cè)面噴射有保溫混凝土。4.如權(quán)利要求3所述的用于保護(hù)地下水環(huán)境的明挖隧道止水結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述保溫混凝土包括:加氣混凝土、0.5 %?2 %的高效速凝劑、0.5 %?2 %的乳膠粉和3 %?7 %的纖維。5.如權(quán)利要求1所述的用于保護(hù)地下水環(huán)境的明挖隧道止水結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述豎向凍土止水層的厚度為I?3米;和/或，所述水平向凍土止水層的厚度為I?3米;和/或，相鄰兩個(gè)所述隧道明挖基坑之間的距離為20?80米;和/或，所述水平向凍土止水層和所述豎向凍土止水層的平均溫度不高于-10°C。6.如權(quán)利要求1-4任一項(xiàng)所述的用于保護(hù)地下水環(huán)境的明挖隧道止水結(jié)構(gòu)，其特征在于， 所述豎向凍土止水層內(nèi)含豎向凍結(jié)孔，所述豎向凍結(jié)孔的直徑為50?200毫米，所述水平向凍結(jié)孔之間的間距為500?1000毫米;和/或， 所述水平向凍土止水層內(nèi)含水平向凍結(jié)孔，所述水平向凍結(jié)孔的直徑為50?200毫米，所述水平向凍結(jié)孔之間的間距為500?1000毫米;所述水平向凍結(jié)孔與隧道地板結(jié)構(gòu)外輪廓的凈間距為200?800毫米。7.—種權(quán)利要求1-6任一項(xiàng)所述的用于保護(hù)地下水環(huán)境的明挖隧道止水結(jié)構(gòu)的施工方法，其特征在于，包括: 將隧道施工分為多個(gè)施工段； 在每個(gè)施工段的的開挖起點(diǎn)處設(shè)置施工豎井； 在預(yù)設(shè)隧道明挖基坑位的兩側(cè)自地面向下鉆進(jìn)豎向凍結(jié)孔，在隧道底板下方鉆進(jìn)凍結(jié)孔，在凍結(jié)孔中下入凍結(jié)管，在所述凍結(jié)管中下入供液管； 安裝凍結(jié)制冷系統(tǒng)，將凍結(jié)制冷系統(tǒng)分別與測(cè)溫孔、供液管相連； 進(jìn)行凍結(jié)操作，構(gòu)建豎向凍土止水層、水平向凍土止水層； 當(dāng)豎向凍土止水層、水平向凍土止水層的的厚度及強(qiáng)度達(dá)到預(yù)設(shè)要求后，凍結(jié)施工進(jìn)入維護(hù)凍結(jié)期后，逐層開挖基坑； 噴射保溫混凝土，構(gòu)建隧道襯砌結(jié)構(gòu)。8.如權(quán)利要求7所述的施工方法，其特征在于，所述凍結(jié)孔的鉆進(jìn)包括: 確定凍結(jié)管、卸壓管、供液管的規(guī)格、打鉆設(shè)備； 搭建鉆機(jī)平臺(tái)，所述鉆機(jī)平臺(tái)設(shè)置分層加高位； 凍結(jié)孔開孔，每個(gè)凍結(jié)孔的鉆孔安裝孔口管； 按凍結(jié)孔設(shè)計(jì)方位固定鉆機(jī)，隨鉆進(jìn)放入凍結(jié)管，凍結(jié)管下到設(shè)計(jì)深度后密封頭部，密封凍結(jié)管與孔口管的間隙;凍結(jié)管和凍結(jié)孔同心度，凍結(jié)孔試漏壓力在0.7?1.0MPa; 在凍結(jié)管內(nèi)下入供液管，供液管底端焊接支架，并安裝去路和回路羊角，以及凍結(jié)管端至ΠΠ ο9.如權(quán)利要求7所述的施工方法，其特征在于，所述凍結(jié)制冷系統(tǒng)中，去路鹽水管路、回路鹽水管路上均安裝壓力表、溫度傳感器、控制閥門；和/或，鹽水管出口安裝流量計(jì)；和/或，配液圈與凍結(jié)器之間安裝控制凍結(jié)期鹽水流量的兩個(gè)閥門；和/或，鹽水管路的高處安裝放氣閥；和/或，冷媒劑采用氯化鈣溶液，比重為1.265;和/或， 所述鹽水管路外依次設(shè)置聚苯乙烯泡沫塑料保溫層、塑料薄膜;和/或， 冷凍機(jī)組的蒸發(fā)器及低溫管路用軟質(zhì)泡沫塑料保溫，鹽水箱和鹽水干管用聚苯乙烯泡沫塑料板保溫。10.如權(quán)利要求7-9任一項(xiàng)所述的施工方法，其特征在于，所述凍結(jié)操作包括: 在隨時(shí)調(diào)節(jié)壓力、溫度的情況下，運(yùn)轉(zhuǎn)凍結(jié)制冷系統(tǒng)； 凍結(jié)過(guò)程中，定時(shí)檢測(cè)鹽水溫度、鹽水流量和凍土止水層擴(kuò)展情況； 確定水平向凍土止水層已形成環(huán)狀連接結(jié)構(gòu)，且達(dá)到預(yù)設(shè)厚度； 確定水平向凍土止水層內(nèi)部未凍土中2米上上無(wú)凍水； 開挖至土層內(nèi)后，確定水平向凍土止水層的厚度、表面溫度和變形達(dá)到預(yù)設(shè)要求；基坑開挖后進(jìn)入維護(hù)凍結(jié)期;在維護(hù)凍結(jié)期，若凍土止水層擴(kuò)展速度超過(guò)預(yù)設(shè)值，凍土止水層的承載力、穩(wěn)定性超預(yù)值，則在鹽水溫度不高于-20°C的情況下，提高鹽水溫度。
【文檔編號(hào)】E02D31/00GK105908765SQ201610425630
【公開日】2016年8月31日
【申請(qǐng)日】2016年6月16日
【發(fā)明人】劉建友, 呂剛, 陳學(xué)峰, 馬福東, 譚富圣, 王楊, 彭斌, 于鶴然, 宋月光, 朱敏
【申請(qǐng)人】中鐵工程設(shè)計(jì)咨詢集團(tuán)有限公司