一种用于4/6导洞PBA工法的桩管协同竖直侧壁水平造底盆形冻结止水结构的制作方法

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，冻结效果不理想，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。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术存在的不足，提出一种桩管协同竖直侧壁水平造底盆形冻结止水结构，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。该结构冻结孔与桩孔合二为一，或者冻结孔与桩孔同步形成，施工效率高，节省成本，缩减工期。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种用于4/6导洞PBA工法的桩管协同竖直侧壁水平造底盆形冻结止水结构，包含：

竖直冻结管，其设置于PBA工法的上层边导洞内，位于支护桩桩体内靠近外边缘处，与支护桩一体形成，或者位于桩体外且桩心轴线的外侧相邻桩间区域；

竖直侧壁，其由所述竖直冻结管冻结形成；

水平冻结管，其设置于待施工地下车站底板下方，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；

两竖直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，所述支护桩桩体内设置有加筋体，冻结管固定于加筋体，随加筋体一体下放入桩孔内。

优选地，所述竖直冻结管位于支护桩的桩心偏外侧。

优选地，所述待施工地下车站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车站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或多排。

优选地，所述水平冻结管有两排或三排。

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)该结构与PBA工法进行有效整合，冻结孔与桩孔合二为一，或者冻结孔与桩孔同步形成，施工效率高，节省成本，缩减工期。

(2)冻结管在桩体内居中偏外侧布置，盆形施工区域内开挖区域距冻结壁一定距离，既能够避免开挖冻土，又能够有效隔绝开挖区域内外的水力联系，达到止水目的。

(3)该结构结合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。

(4)增挖横通道与结构底板之间设置覆土层，可以有效防止冻结影响主体开挖区域，不需要开挖冻土，不需要采用冬季施工措施，同时覆土层增强了冻结底板的抗浮性。

附图说明

图1是本发明实施例1冻结壁结构立面示意图；

图2是本发明实施例1地下结构示意图；

图3是本发明实施例1冻结结构平面布置图；

图4是本发明实施例1冻结管与支护桩位置示意图；

图5是本发明实施例2冻结壁结构立面示意图；

图6是本发明实施例2地下结构示意图；

图7是本发明实施例2冻结结构平面布置图；

图8是本发明实施例2冻结管与支护桩位置示意图；

图中：1.上层导洞；2.竖直冻结管；3.竖直侧壁；4.水平冻结管；5.水平造底；6.支护桩；7.增挖竖井；8.增挖横通道；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。

实施例1：

参见附图1-4，本发明的一种用于4/6导洞PBA工法的桩管协同竖直侧壁水平造底盆形冻结止水结构，包含：

竖直冻结管2，其设置于PBA工法的上层导洞1的边导洞内，位于支护桩6桩体内，与支护桩一体形成；

竖直侧壁3，其由所述竖直冻结管冻结形成；

水平冻结管4，其设置于待施工地下车站底板下方，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冻结形成；

两竖直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。

在桩孔内放置加筋体，冻结管随加筋体一体下放，冻结管居中布置或偏于桩体中心外侧布置。实际施工时根据冻结区域的允许调节，若居中布置不至于影响开挖区域，则冻结管居中布置，若居中布置可能会导致开挖冻土，则应当尽量将冻结管在桩体内偏于外侧布置，如图4。

4/6导洞PBA工法边桩为机械成孔，边桩的施工与侧壁冻结管的施工可同时进行，实际施工时多采用灌注桩的桩孔成型后，将绑扎有冻结管的钢筋笼吊放桩孔中，自下而上灌注成桩，桩体和所述冻结管同时形成。参见图4，相邻桩体间隔一定距离布置，竖直冻结管2布置在桩体内，桩体起到支护的作用，冻结管所冻结形成的冻结区域超过桩体截面，竖直侧壁3相互咬合，如此起到桩间止水的效果。

冻结管预制在桩体内部，不需要另外施工导洞，节省了施工成本，不影响关键工期。

竖直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，预留段在冠梁的预留位置，施工冠梁时与冠梁形成一体结构，固定住冻结管并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。

所述增挖横通道8的一侧端部设置有增挖竖井7，增挖竖井7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。

本冻结止水结构的施工过程如下：

首先在施工支护桩时一体内置冻结管。

此时继续向下开挖竖井至结构底板以下，形成增挖竖井7；增挖竖井7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5。其中水平冻结管施工一排或多排，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，竖直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，使冷媒剂在所述冻结管内循环，进行冻结施工，竖直冻结管2冻结形成竖直侧壁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、2个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，封堵冻结管管口，并对冻结孔孔口进行回填和封堵。

实施例2：

参见附图5-8，与实施例1不同的是，若地下水对竖直冻结壁的厚度要求较高，竖直冻结管与支护桩一体施工将导致冻结壁侵入桩体内边线而要开挖冻土时，冻结管与支护桩各自独立，冻结孔位于支护桩桩体外且中心线外侧的相邻桩间区域，冻结形成的竖直侧壁内边线不超过支护桩的内边线。

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。