一种区间隧道的先行导洞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区间隧道的冻结止水结构。

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区间隧道的冻结止水结构，主要原因在于：1.地表没有施作空间，2.水平冻结长度受限于水平钻孔工艺，一次顶多钻进50m，因此无法适应区间隧道长距离水平冻结，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，提出一种区间隧道的先行导洞冻结止水结构，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，克服了区间隧道不能长距离水平冻结的缺陷。且借助已经存在的车站结构，减少了开挖工程量，降低成本，缩减工期。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

本发明首先提供一种区间隧道的先行导洞冻结止水结构，用于单洞双线隧道，包含：

两个先行导洞，其布置于区间隧道的预留位置两侧地下水位以上，距隧道侧壁一定距离；

冻结管，其设置于先行导洞内，2条冻结管交叉布置于隧道的下方，成V形；

冻结壁，其由所述冻结管冻结形成，交叉布置成V形的冻结管冻结形成V形侧壁，如此在隧道的周边形成V形冻结止水结构。

本发明还提供一种区间隧道的先行导洞冻结止水结构，用于双洞单线隧道，包含：

三个先行导洞，其中两个外侧先行导洞布置在两隧道的预留位置靠外的两侧地下水位以上，距隧道外侧壁一定距离，一个中间先行导洞布置在两隧道的预留位置之间地下水位以上；

冻结管，其设置于先行导洞内，左导洞内的1条冻结管与中导洞内左侧的1条冻结管交叉布置，中导洞内右侧的1条冻结管与右导洞内的1条冻结管交叉布置，4条冻结管成W形布置；

冻结壁，其由所述冻结管冻结形成，交叉布置成W形的冻结管冻结形成W形侧壁，如此在隧道的周边形成W形冻结止水结构。

优选地，所述先行导洞的位置略高于隧道所在的高度位置。

优选地，V形冻结管交叉布置但不相交，交叉点位于隧道的正下方。

优选地，W形冻结管交叉布置但不相交，交叉点位于隧道的正下方。

优选地，所述交叉布置但不相交具体为，隧道一侧的冻结管相对于另一侧的冻结管在沿隧道的长度方向错位布置。

优选地，所述冻结管在沿隧道的长度方向均匀布置。

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)该结构可以借助车站端墙沿隧道延伸方向开挖或者从地面施工竖井，由于车站作业面先期已经形成，竖井可作为后期出土通道，因此减少了开挖工程量，做到物尽其用，节省成本，不影响关键工期。同时，先行导洞可作为城市管廊加以利用，区间隧道冻结法与城市管廊共同施工。

(2)先行导洞的长度完全可以根据车站区间的长度灵活开挖，克服了区间隧道不能长距离水平冻结的缺陷。

(3)由于倾斜冻结管距隧道侧壁一定距离布置，形成的V形或W形施工区域中隧道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。

(4)该结构具有地下水零抽取，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。同时冻结壁的温度可控，合理的冻结方案和施工组织设计能够有效的减少冻结所需的电能。

附图说明

图1是本发明实施例一冻结止水结构立面示意图；

图2是本发明实施例一冻结止水平面布置示意图；

图3是本发明实施例二冻结止水结构立面示意图；

图4是本发明实施例二冻结止水平面布置示意图；

图中：1.先行导洞；2.冻结管；3.冻结壁；4.区间隧道；5.先行导洞外轮廓；6.区间隧道外轮廓。

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。

实施例一：

参见附图1-2，一种区间隧道的先行导洞冻结止水结构，用于单洞双线隧道，包含：

两个先行导洞1，其布置于区间隧道4的预留位置两侧地下水位以上，距隧道侧壁一定距离；

冻结管2，其设置于先行导洞内，2条冻结管交叉布置于隧道的下方，成V形；

冻结壁3，其由所述冻结管冻结形成，交叉布置成V形的冻结管冻结形成V形侧壁，如此在隧道的周边形成V形冻结止水结构。

本冻结止水结构的施工过程如下：

首先施工先行导洞，在区间隧道4的预留位置两侧地下水位以上，距隧道侧壁一定距离，施工两个先行导洞，即左导洞、右导洞。

所述先行导洞的位置略高于隧道所在的高度位置，如此能够确保隧道全断面范围内的止水效果。

根据实际情况，先行导洞可作为城市管廊加以利用，区间隧道冻结法与城市管廊共同施工。

由于在施工区间隧道时，车站作业面通常已经具备，因此可由车站端墙沿隧道延伸方向开挖，根据设计的区间隧道的长度，开挖先行导洞至合适的位置。

若不具备车站作业面，或者由车站作业面施工先行导洞容易影响其他工序的正常进行，也可从地面施工竖井，竖井开挖至预定位置，在竖井内向侧面施工横通道，横通道施工完成后，在横通道内施工所述先行导洞。开挖竖井可根据施工条件选用现场合适的施工工艺，例如人工挖孔、机械钻进成孔等。

然后施工冻结管：在两侧导洞1内向隧道的下方各施工1个倾斜冻结孔，冻结孔达到设计深度，插入冻结管2，两条冻结管交叉布置成V形。

V形冻结管交叉布置但不相交，交叉点位于隧道的正下方，交叉点应当距离隧道底部一定距离。

所述交叉但不相交具体为，隧道一侧的冻结管相对于另一侧的冻结管在沿隧道的长度方向错位布置。

参见附图2，冻结管的布置应当满足结构施工要求，隧道两侧先行导洞外轮廓5所覆盖的区域应当全面覆盖区间隧道外轮廓6开挖区域，避免开挖冻土和冬季施工。

实施例二：

参见附图3-4，一种双区间隧道的先行导洞W形冻结止水结构，包含：

三个先行导洞1，其中两个外侧先行导洞布置在两隧道4的预留位置靠外的两侧地下水位以上，距隧道外侧壁一定距离，一个中间先行导洞布置在两隧道的预留位置之间地下水位以上；

冻结管2，其设置于先行导洞内，左导洞内的1条冻结管与中导洞内左侧的1条冻结管交叉布置，中导洞内右侧的1条冻结管与右导洞内的1条冻结管交叉布置，4条冻结管成W形布置；

冻结壁3，其由所述冻结管冻结形成，交叉布置成W形的冻结管冻结形成W形侧壁，如此在隧道的周边形成W形冻结止水结构。

本冻结止水结构的施工过程如下：

首先施工先行导洞：在两隧道的预留位置靠外的两侧地下水位以上，距隧道外侧壁一定距离，施工两个先行导洞，即左导洞、右导洞，同时在两隧道的预留位置之间地下水位以上，施工一个先行导洞，即中导洞；

所述先行导洞的位置略高于隧道所在的高度位置，如此能够确保隧道全断面范围内的止水效果。

根据实际情况，先行导洞可作为城市管廊加以利用，区间隧道冻结法与城市管廊共同施工。

由于在施工区间隧道时，车站作业面通常已经具备，因此可由车站端墙沿纵向开挖，根据设计的区间隧道的长度，开挖先行导洞至合适的位置。

若不具备车站作业面，或者由车站作业面施工先行导洞容易影响其他工序的正常进行，也可从地面施工竖井，竖井开挖至预定位置，在竖井内向侧面施工横通道，横通道施工完成后，在横通道内施工所述先行导洞。开挖竖井可根据施工条件选用现场合适的施工工艺。

然后施工冻结管：在左、右导洞内向该导洞所临近的隧道的下方各施工1个倾斜冻结孔，同时由中导洞分别向其两侧隧道的下方各施工1个倾斜冻结孔，各冻结孔达到设计深度，插入冻结管2，左导洞内的1条冻结管与中导洞内左侧的1条冻结管交叉布置，中导洞内右侧的1条冻结管与右导洞内的1条冻结管交叉布置，4条冻结管成W形布置；

W形中两两冻结管交叉布置但不相交，交叉点位于隧道的正下方，交叉点应当距离隧道底部一定距离。

所述交叉但不相交具体为，隧道一侧的冻结管相对于另一侧的冻结管在沿隧道的长度方向错位布置。

所述冻结管在沿隧道的长度方向均匀布置。

然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，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。冷媒剂可采用低温CaCl2溶液、液氮或冷却水。

参见附图4，冻结管的布置应当满足结构施工要求，隧道两侧先行导洞外轮廓5所覆盖的区域应当全面覆盖区间隧道外轮廓6开挖区域，避免开挖冻土和冬季施工。

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。

地下结构施工完成后，进行必要的回填处理措施，如封堵导洞，回填横通道，回填竖井，如此完成整个地下结构的施工。

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。