用于保护地下水环境的明挖隧道止水结构及施工方法技术

本发明专利技术涉及地下工程技术，具体而言，涉及用于保护地下水环境的明挖隧道止水结构及其施工方法。该明挖隧道止水结构包括：设置于隧道明挖基坑两侧的竖向冻土止水层，及设置于所述隧道明挖基坑底部的水平向冻土止水层，所述竖向冻土止水层和所述水平向冻土止水层相交，所述竖向冻土止水层的底部低于所述水平向冻土止水层的底部。本发明专利技术采用竖向冻土止水层、水平向冻土止水层构建U形槽的冻土止水层，保护地下水环境，避免隧道施工过程中污染地下水水质。通过采用冻结止水结构，避免了大范围排水施工，节约了宝贵的地下水资源，同时避免了排水施工引起的周边邻近建、构筑物的沉降变形。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及地下工程技术，具体而言，涉及用于保护地下水环境的明挖隧道止水结构及施工方法。
技术介绍
对于富水地区的地铁建设，当地铁隧道采用明挖法施工时，采用止水或者排水处理隧道开挖范围内的地下水是隧道开挖前的基础工作。目前，我国地铁隧道止水一般采用注浆止水或者旋喷桩止水，这两种止水方式都需要向土层中注入水泥浆液，污染地下水水质，同时水泥浆液流向不易控制，容易堵塞地下水的渗流通道，改变地下水的渗流路径。而采用排水方案，将浪费宝贵的地下水资源，同时排水引起的地下水位降低易引起周边邻近建、构筑物的沉降变形。随着城市化进展及经济发展，地铁将成为解决城市交通问题的主要手段之一。但是由于地质条件差异较大，地铁建设过程中常会引发地面沉降、岩溶塌陷、围岩失稳等各类环境地质问题，也会引发巷道突水、水位下降、水质污染等各类水环境问题。为避免地铁工程建设中引发的各类工程问题或减小地铁工程对周边环境的影响，国内外学者对相关防护治理手段及方法开展了大量的研究。Albert Weiler(1983)基于德意志杜伊斯堡第四系地层条件，总结出地铁建设方法-空隙固结法。孙亚哲(2003)针对南京玄武湖下交通隧道建设可能产生水污染、地面沉降、地面塌陷、巷道突水等环境地质问题，为减少对地下水环境的影响，建议限制开挖深度和保护天然淤泥层，采用透水性好的填土材料、污染小的建筑材料、化学浆液，采用冷冻止水施工方案避免大面积人工降水。方燎原(2004)针对岩溶对广州地铁建设的影响，提出采用冷冻法和高压注浆法进行岩溶水隔
离，对溶洞采用灌浆和结构处理。邢崴崴(2004)分析了地铁工程建设可能对水质的影响，建议在工程建设中采用污染小的建筑材料及化学浆液，分析了地下水径流条件的改变也会使得工程稳定性变差引发不均匀沉降，建议优化盾构各施工参数，并采用相应的工程方法如隔断、土体加固、建筑物本体加固及基础托换等以减小对周围环境的影响。C.O.Aksoy(2008)分析了土耳其伊兹密尔地铁站工程降水引发的地面沉降问题，通过化学注浆手段维持围岩稳定性，有效地阻止了地面沉降并使地下水位恢复至原有水平。李广涛(2009)针对广州地铁三号线工程建设中存在的溶、土洞不良地质条件进行处理，明确提出了盾构及明挖的岩溶处理措施。R.Galler(2009)提出了一套经济安全的新奥地利隧道施工方法(NATM)，该方法在澳大利亚近几年得到了迅速发展。傅志峰(2010)针对武汉地铁2号线工程施工中可能出现的第四系土层、岩溶地质、地下水等岩土工程问题，提出了工程降水设计、地下连续墙、注浆封堵防水工程等预防措施。龙艳魁(2012)分析了岩溶对地铁工程的影响，着重对岩溶洞穴稳定性的影响因素进行了探索，并提出了开挖回填、压力注浆、结构物跨越的岩溶溶洞处理措施。由此看出以往多注重对某些环境地质问题的处理研究，而对于既要进行工程防护处理又要兼顾泉水水量和水质保护的研究目前还比较少见。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种用于保护地下水环境的明挖隧道止水结构及施工方法，以解隧道施工过程中对地下水水质污染，保护地下水资源的问题。本专利技术实施例提供一种用于保护地下水环境的明挖隧道止水结构，其包括：设置于隧道明挖基坑两侧的竖向冻土止水层，及设置于所述隧道明挖基坑底部的水平向冻土止水层，所述竖向冻土止水层和所述水平向冻土止水层相交，所述竖向冻土止水层的底部低于所述水平向冻土止水层的底部。在一些实施例中，优选为，所述隧道明挖基坑两侧地面铺设保温层；所述保温层包括：EPS泡沫板、聚苯乙烯、挤塑板、或聚氨酯板。在一些实施例中，优选为，所述竖向冻土止水层的内侧面和所述水平向冻土止水层的内侧面喷射有保温混凝土。在一些实施例中，优选为，所述保温混凝土包括：加气混凝土、0.5％～2％的高效速凝剂、0.5％～2％的乳胶粉和3％～7％的纤维。在一些实施例中，优选为，所述竖向冻土止水层的厚度为1～3米；和/或，所述水平向冻土止水层的厚度为1～3米；和/或，相邻两个所述隧道明挖基坑之间的距离为20～80米；和/或，所述水平向冻土止水层和所述竖向冻土止水层的平均温度不高于-10℃。在一些实施例中，优选为，所述竖向冻土止水层内含竖向冻结孔，所述竖向冻结孔的直径为50～200毫米，所述水平向冻结孔之间的间距为500～1000毫米。在一些实施例中，优选为，所述水平向冻土止水层内含水平向冻结孔，所述水平向冻结孔的直径为50～200毫米，所述水平向冻结孔之间的间距为500～1000毫米；所述水平向冻结孔与隧道地板结构外轮廓的净间距为200～800毫米。本专利技术还提供了一种用于保护地下水环境的明挖隧道止水结构的施工方法，其包括：将隧道施工分为多个施工段；在每个施工段的的开挖起点处设置施工竖井；在预设隧道明挖基坑位的两侧自地面向下钻进竖向冻结孔，在隧道底板下方钻进冻结孔，在冻结孔中下入冻结管，在所述冻结管中下入供液管；安装冻结制冷系统，将冻结制冷系统分别与测温孔、供液管相连；进行冻结操作，构建竖向冻土止水层、水平向冻土止水层；当竖向冻土止水层、水平向冻土止水层的的厚度及强度达到预设要求后，冻结施工进入维护冻结期后，逐层开挖基坑；喷射保温混凝土，构建隧道衬砌结构。在一些实施例中，优选为，所述冻结孔的钻进包括：确定冻结管、卸压管、供液管的规格、打钻设备；搭建钻机平台，所述钻机平台设置分层加高位；冻结孔开孔，每个冻结孔的钻孔安装孔口管；按冻结孔设计方位固定钻机，随钻进放入冻结管，冻结管下到设计深度后密封头部，密封冻结管与孔口管的间隙；冻结管和冻结孔同心度，冻结孔试漏压力在0.7～1.0MPa；在冻结管内下入供液管，供液管底端焊接支架，并安装去路和回路羊角，以及冻结管端盖。在一些实施例中，优选为，所述冻结制冷系统中，去路盐水管路、回路盐水管路上均安装压力表、温度传感器、控制阀门；和/或，盐水管出口安装流量计；和/或，配液圈与冻结器之间安装控制冻结期盐水流量的两个阀门；和/或，盐水管路的高处安装放气阀；和/或，冷媒剂采用氯化钙溶液，比重为1.265；和/或，所述盐水管路外依次设置聚苯乙烯泡沫塑料保温层、塑料薄膜；和/或，冷冻机组的蒸发器及低温管路用软质泡沫塑料保温，盐水箱和盐水干管用聚苯乙烯泡沫塑料板保温。在一些实施例中，优选为，所述冻结操作包括：在随时调节压力、温度的情况下，运转冻结制冷系统；冻结过程中，定时检测盐水温度、盐水流量和冻土止水层扩展情况；确定水平向冻土止水层已形成环状连接结构，且达到预设厚度；确定水平向冻土止水层内部未冻土中2米上上无冻水；开挖至土层内后，确定水平向冻土止水层的厚度、表面温度和变形达到预设要求；基坑开挖后进入维护冻结期；在维护冻结期，若冻土止水层扩展速度超过预设值，冻土止水层的承载力、稳定性超预值，则在盐水温度不高于-20℃的
情况下，提高盐水温度。本专利技术实施例提供的用于保护地下水环境的明挖隧道止水结构及其施工方法，与现有技术相比，采用竖向冻土止水层、水平向冻土止水层构建U形的冻土止水层，防止明挖基坑外部的地下水进入U形槽，同时保护地下水环境，避免隧道施工过程中污染地下水水质。。通过采用冻结止水结构，避免了大范围排水施工，节约了宝贵的地下水资源，同时避免了排水施工引起的周边本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于保护地下水环境的明挖隧道止水结构，其特征在于，包括：设置于隧道明挖基坑两侧的竖向冻土止水层，及设置于所述隧道明挖基坑底部的水平向冻土止水层，所述竖向冻土止水层和所述水平向冻土止水层相交，所述竖向冻土止水层的底部低于所述水平向冻土止水层的底部。

【技术特征摘要】
1.一种用于保护地下水环境的明挖隧道止水结构，其特征在于，包括：设置于隧道明挖基坑两侧的竖向冻土止水层，及设置于所述隧道明挖基坑底部的水平向冻土止水层，所述竖向冻土止水层和所述水平向冻土止水层相交，所述竖向冻土止水层的底部低于所述水平向冻土止水层的底部。2.如权利要求1所述的用于保护地下水环境的明挖隧道止水结构，其特征在于，所述隧道明挖基坑两侧地面铺设保温层；所述保温层包括：EPS泡沫板、聚苯乙烯、挤塑板、或聚氨酯板。3.如权利要求1所述的用于保护地下水环境的明挖隧道止水结构，其特征在于，所述竖向冻土止水层的内侧面和所述水平向冻土止水层的内侧面喷射有保温混凝土。4.如权利要求3所述的用于保护地下水环境的明挖隧道止水结构，其特征在于，所述保温混凝土包括：加气混凝土、0.5％～2％的高效速凝剂、0.5％～2％的乳胶粉和3％～7％的纤维。5.如权利要求1所述的用于保护地下水环境的明挖隧道止水结构，其特征在于，所述竖向冻土止水层的厚度为1～3米；和/或，所述水平向冻土止水层的厚度为1～3米；和/或，相邻两个所述隧道明挖基坑之间的距离为20～80米；和/或，所述水平向冻土止水层和所述竖向冻土止水层的平均温度不高于-10℃。6.如权利要求1-4任一项所述的用于保护地下水环境的明挖隧道止水结构，其特征在于，所述竖向冻土止水层内含竖向冻结孔，所述竖向冻结孔的直径为50～200毫米，所述水平向冻结孔之间的间距为500～1000毫米；和/或，所述水平向冻土止水层内含水平向冻结孔，所述水平向冻结孔的直径为50～200毫米，所述水平向冻结孔之间的间距为500～1000毫米；所述水平向冻结孔与隧道地板结构外轮廓的净间距为200～800毫米。7.一种权利要求1-6任一项所述的用于保护地下水环境的明挖隧道止水结构的施工方法，其特征在于，包括：将隧道施工分为多个施工段；在每个施工段的的开挖起点处设置施工竖井；在预设隧道明挖基坑位的两侧自地面向下钻进竖向冻结孔，在隧道底板下方钻进冻结孔，在冻结孔中下...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘建友，吕刚，陈学峰，马福东，谭富圣，王杨，彭斌，于鹤然，宋月光，朱敏，
申请(专利权)人：中铁工程设计咨询集团有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11