地铁联络通道冻结法施工风险的定量评价方法与流程

1.本发明涉及评价工艺的领域，尤其是涉及一种地铁联络通道冻结法施工风险的定量评价方法。


背景技术：

2.地铁区间隧道联络通道常常与废水泵房一体建造，发挥排水、消防及疏散的功能。为了能够给开挖工作提供稳定的工作面，联络通道在开挖之前必须对土体进行加固。冻结法具有加固后地层强度高、稳定性好、隔水效果强，且施工条件基本不受支护范围与深度限制等特点，通常采用“隧道内钻孔，临时加固土体，矿山法暗挖构筑”方法形成稳定工作面。
3.在两条隧道内利用不同角度的水平和倾斜孔，采用盐水冻结加固土体，使联络通道周围形成封闭性好，强度高的冻土帷幕，然后在冻土帷幕中采用矿山法暗挖的方法进行联络通道开挖构筑施工。
4.但是在富水地层冻结法施工区域时往往存在一些问题，如冻结法施工过程中的冻胀融沉问题认识不足，容易引起地表隆起或沉降，导致地下管线、建构筑物损坏、路面沉陷等，特别是高流速地下水渗流会对联络通道冻结效果造成不利影响，使得冻结法难以达到理想的效果或者盲目采取措施导致工程投资成本增加。在此情况下，工程技术人员依据理论公式或数值模拟计算冻土发展半径和冻结交圈厚度，通过盐水去回测温、测温孔测温、泄压孔测压变化情况，间接判定冻结效果是否达到设计要求，往往与实际冻结效果有较大差异，存在一定的安全风险。


技术实现要素：

5.为了提高冻结效果和施工安全，本发明提供一种地铁联络通道冻结法施工风险的定量评价方法。
6.本发明提供的一种地铁联络通道冻结法施工风险的定量评价方法采用如下的技术方案：
7.一种地铁联络通道冻结法施工风险的定量评价方法，包括：
8.第一阶段声呐法检测，所述第一阶段声呐法检测于冻结前进行；
9.第二阶段声呐法检测，所述第二阶段声呐法检测于积极冻结末期进行；
10.以及第三阶段声呐法检测，所述第三阶段声呐法检测于解冻期进行；
11.所述第一阶段声呐法检测、所述第二阶段声呐法检测和所述第三阶段声呐法检测均采用声呐法检测仪器连接带有通讯电缆的探头在联络通道区域内预设的管孔内测量以采集所需的数据。
12.优选地，所述第一阶段声呐法检测包括第一检测动作，所述第一检测动作包括：
13.关闭联络通道两端隧道拱底处各打设带有阀门的导流管；
14.声呐法检测仪器开机预热；
15.将带有通讯电缆的探头沿管孔伸入管孔的底部；
16.每向外拉出探头1m，数据采集时间2min；
17.直至探头拉到孔口为止，采集所需的数据；
18.还包括记录管孔的编号和位置动作，所述记录管孔的编号和位置动作包括：
19.每测量完1根管孔后，记录管孔的编号和检测情况，若有异常，须加密检测，直至全部管孔测量完成，并绘制管孔的平面布置图。
20.优选地，所述管孔为冻结孔或测温孔或泄压孔或降水井或水位监测孔等。
21.优选地，所述第一阶段声呐法检测还包括根据所述声呐法检测仪器的测量数据判断是否实施第一处理动作，所述第一处理动作包括预注浆和/或局部加强冻结和/或外围注浆阻水；
22.若是，则进行所述第一处理动作；
23.若否，则开始下一步冻结法操作；
24.在所述第一处理动作实施后，根据所述声呐法检测仪器的测量数据再次判断是否实施第一检测动作，形成闭环直至所述声呐法检测仪器的测量数据符合设计要求，开始积极冻结施工。
25.优选地，所述第二阶段声呐法检测包括第二检测动作，
26.所述第二检测动作包括：
27.打开联络通道两端隧道拱底的导流管阀门，使冻结帷幕外围地下水形成一定的水位差，以利于声呐探头侦测微弱水流的水声学信号；
28.声呐法检测仪器开机预热；
29.将带有通讯电缆的探头沿管孔伸入管孔的底部；
30.每向外拉出探头1m，数据采集时间2min；
31.直至探头拉到管孔的孔口为止；
32.关闭导流管阀门。
33.优选地，所述第二阶段声呐法检测还包括用于增加冻结交圈厚度的第二处理动作；所述第二处理动作包括降低冻结温度和/或加大盐水流速和/或延长冻结时间；
34.若是，则进行所述第二处理动作；
35.若否，则开始下一步冻结法操作。
36.在所述第二处理动作实施后，根据所述声呐法检测仪器的测量数据再次判断是否实施第二检测动作；所述第二处理动作和所述第二阶段声呐法检测形成闭环直至所述声呐法检测仪器的测量数据符合设计要求，开始构筑施工。
37.优选地，所述第三阶段声呐法检测第三检测动作，所述第三检测动作包括：
38.打开联络通道两端隧道拱底的导流管阀门，使冻结帷幕融化水形成一定的水位差，以利于声呐探头侦测微弱水流的水声学信号；
39.声呐法检测仪器开机预热；
40.将带有通讯电缆的探头沿管孔伸入管孔的底部；
41.每向外拉出探头1m，数据采集时间2min；
42.直至探头拉到管孔的孔口为止；
43.关闭导流管阀门。
44.优选地，所述第三阶段声呐法检测包括第三处理动作，根据声呐法检测仪器判断
是否进行第三处理动作，所述第三处理动作包括补偿注浆；
45.若是，则进行所述第三处理动作；
46.若否，则开始下一步冻结法操作。
47.在所述第三处理动作实施后，根据所述声呐法检测仪器的测量数据再次判断是否实施第三检测动作；所述第三处理动作和所述第三阶段声呐法检测形成闭环直至所述声呐法检测仪器的测量数据符合设计要求，开始拔除冻结管施工。
48.优选地，还包括第一可视化动作，所述第一可视化动作包括将所述声呐法检测仪器测量的数据导入分析软件，以转换生成拟冻结区域的三维可视化渗流场云图；每次所述第一检测动作后，进行所述第一可视化动作；
49.还包括第二可视化动作，所述第二可视化动作包括将所述声呐法检测仪器测量的数据导入分析软件，以转换生成冻结区域的三维可视化渗流场云图；所述第二检测动作后，进行所述第二可视化动作；
50.还包括第三可视化动作，所述第三可视化动作包括将所述声呐法检测仪器测量的数据导入分析软件，以转换生成联络通道外围含水层三维可视化渗流场云图；所述第三检测动作后，进行所述第三可视化动作。
51.优选地，所述声呐法检测仪器测量的数据包括水文地质参数，所述水文地质参数包括含水层流速、流向、流量、渗透系数等。
52.综上所述，本发明包括以下至少一种有益技术效果：分别在事前、事中、事后(即冻结前、积极冻结末期、解冻期)，利用现有的检测通道(即各种预设或补设的大于探头直径的管孔)，采用声纳法检测仪器定量测定联络通道区域内的水文地质参数，建立三维可视化渗流场云图系统，揭示冻结法施工全过程的渗流场变化，以此定量评价冻结交圈厚度、冻结效果及融沉控制效果，为施工处理和方案优化提供技术支持，科学评价冻结法施工风险，采取措施规避安全风险，确保冻结法施工安全。
附图说明
53.图1是本发明的整体示意图。
54.图2是本发明的第一阶段声呐法检测的示意图。
55.图3是本发明的第二阶段声呐法检测的示意图。
56.图4是本发明的第三阶段声呐法检测的示意图。
具体实施方式
57.以下结合附图对本发明作进一步详细说明。
58.首先，本发明的地铁联络通道水平冻结加固和开挖构筑施工的主要顺序为：施工准备——冻结孔施工、导流管施工、安装冻结制冷系统——安装冻结盐水系统和监测系统——积极冻结——冻结效果评价——试挖——开挖构筑施工、维护冻结——解冻。
59.本发明实施例公开一种地铁联络通道冻结法施工风险的定量评价方法。参照图1至图4，一种地铁联络通道冻结法施工风险的定量评价方法，包括：依次设置的第一阶段声呐法检测、第二阶段声呐法检测和第三阶段声呐法检测。第一阶段声呐法检测于冻结前进行。第二阶段声呐法检测于积极冻结末期进行。第三阶段声呐法检测于解冻期进行。
60.其中，第一阶段声呐法检测包括第一检测动作、第一可视化动作和第一处理动作；第二阶段声呐法检测包括第二检测动作、第二可视化动作、第二处理动作；第三阶段声呐法检测包括第三检测动作、第三可视化动作和第三处理动作。
61.更具体地，其工作过程如下：在冻结前，开始第一检测动作、第一可视化动作、第一处理动作、开始积极冻结、处于积极冻结末期时，开始第二检测动作、第二可视化动作、第二处理动作、处于解冻期时，开始第三检测动作、第三可视化动作和第三处理动作。
62.采用声纳法检测仪器定量测定水文地质参数，建立三维可视化渗流场云图系统，揭示冻结法施工全过程的渗流场变化，从事前、事中、事后三个阶段定量评价冻结壁交圈、冻结效果及融沉控制效果，为施工处理和方案优化提供技术支持，科学评价冻结法施工风险，采取有效措施规避安全风险，确保冻结法施工安全的优点。
63.无论上述的第一阶段声呐法检测、第二阶段声呐法检测还是第三阶段声呐法检测均采用声呐法检测仪器电连接带有通讯电缆的探头在隧道内预设的管孔内测量以采集所需的数据。并且本发明中的声呐法检测仪器测量的数据包括水文地质参数(流速、流向、流量、渗透系数等)。
64.这样，在常规水平冻结法基础上，不需要在地表钻孔埋设声纳检测管，直接利用冻结法所预设的管孔测定天然流场下地铁联络通道区域三维可视化渗流场云图，判断是否存在影响冻结效果的高流速地下水，为施工处理和方案优化提供技术支持。
65.其次，在积极冻结末期，利用管孔测定冻结条件下地铁联络通道区域三维可视化渗流场云图；根据渗流场云图测定冻结条件下地铁联络通道区域地下水分布情况，以此判定冻结壁交圈厚度及冻结效果。
66.另外，在解冻期，结合冻结体的融化情况，再次利用管孔进行声呐法检测，测定解冻条件下成型联络通道外围含水层的三维可视化渗流场云图，通过水文地质参数准确判定融沉区域，科学指导地层的补偿注浆，控制融沉危害。
67.具体施工时，第一阶段声呐法检测中的第一检测动作具体工作方法如下：关闭联络通道两端隧道拱底处各打设带有阀门的导流管；声呐法检测仪器开机预热；将带有通讯电缆的探头沿管孔伸入管孔的底部；每向外拉出探头1m，数据采集时间2min；直至探头拉到孔口为止，采集所需的数据；还包括记录管孔的编号和位置动作，所述记录管孔的编号和位置动作包括：每测量完1根管孔后，记录管孔的编号和检测情况，若有异常，须加密检测，直至全部管孔测量完成，并绘制管孔的平面布置图。
68.第一检测动作之后需要进行第一可视化动作，第一可视化动作包括将声呐法检测仪器测量的数据导入分析软件，以转换生成拟冻结区域的三维可视化渗流场云图；每次第一检测动作后，均进行第一可视化动作，以方便检测人员快速得出结论。
69.其中，正如之前所说的，管孔为冻结孔或测温孔或泄压孔或降水井或水位监测孔等，此类管孔均为冻结法需要提前预设的，本发明进行检测时可以不再补设声呐检测孔，直接利用现有的管孔，减少施工步骤。
70.为了精确评价拟冻结的天然流场，第一阶段声呐法检测中需要根据声呐法检测仪器的测量数据判断是否实施第一处理动作，第一处理动作包括预注浆和/或局部加强冻结和/或外围注浆阻水；若是，则进行第一处理动作；若否，则进行开始冻结法操作；
71.并且，在第一阶段的第一处理动作实施后，都需要根据声呐法检测仪器的测量数
据再次判断是否实施第一检测动作，第一处理动作和第一检测动作形成闭环直至声呐法检测仪器的测量数据符合设计要求，此方法使得在冻结施工前，将冻结前采集的数据导入分析软件，转换生成拟冻结区域的三维可视化渗流场云图，定量测定含水层的流速、流向、流量、渗透系数等水文地质参数，判断有无影响冻结效果的高流速地下水，还通过第一处理动作中的采取预注浆等处理措施减少含水层渗透系数，从而减小地下水流速，或者局部加强冻结、外围注浆阻水等措施减少补给来源等操作，采取措施规避安全风险，确保冻结法施工安全。
72.在积极冻结末期，第二阶段声呐法检测中的第二检测动作用以检测冻结施工效果，第二检测动作的具体工作方法如下：打开联络通道两端隧道拱底的导流管阀门，使冻结帷幕外围地下水形成一定的水位差，以利于声呐探头侦测微弱水流的水声学信号；声呐法检测仪器开机预热；将带有通讯电缆的探头沿管孔伸入管孔的底部；每向外拉出探头1m，数据采集时间2min；直至探头拉到管孔的孔口为止；关闭导流管阀门。
73.第二检测动作之后紧接着进行第二可视化动作，第二可视化动作包括将声呐法检测仪器测量的数据导入分析软件，以转换生成冻结区域的三维可视化渗流场云图；第二检测动作后，进行第二可视化动作。
74.第二阶段声呐法检测还包括用于增加冻结交圈厚度的第二处理动作；第二处理动作包括降低冻结温度和/或加大盐水流速或延长冻结时间；在第二处理动作实施后，根据声呐法检测仪器的测量数据再次判断是否实施第二检测动作；第二处理动作和第二阶段声呐法检测形成闭环直至声呐法检测仪器的测量数据符合设计要求，开始下一步冻结法操作，直至开挖构筑施工完全结束，达到预期效果。
75.积极冻结末期采集的数据后导入分析软件，转换生成冻结区域的三维可视化渗流场云图，定量测定含水层流速、流向、流量、渗透系数等水文地质参数，判断含水层的冻结交圈厚度和冻结效果，否则，采取降低温度、加大盐水流速、延长冻结时间的方法措施增加冻结交圈厚度，并再次进行声呐法检测，直至冻结壁满足设计厚度和冻结交圈效果，方可进行下一步冻结法施工。
76.在解冻期，本发明还通过第三阶段声呐法检测以监测施工后是否出现融沉危害，首先进行第三检测动作，第三检测动作的具体工作方法如下：打开联络通道两端隧道拱底的导流管阀门，使冻结帷幕融化水形成一定的水位差，以利于声呐探头侦测微弱水流的水声学信号；声呐法检测仪器开机预热；将带有通讯电缆的探头沿管孔伸入管孔的底部；每向外拉出探头1m，数据采集时间2min；直至探头拉到管孔的孔口为止；关闭导流管阀门。
77.第三可视化动作，第三可视化动作包括将声呐法检测仪器测量的数据导入分析软件，以转换生成联络通道外围含水层三维可视化渗流场云图；第三检测动作后，进行第三可视化动作。
78.当然第三阶段声呐法检测还利用第三处理动作对融沉危害采取控制措施，第三处理动作的工作方法如下：根据声呐法检测仪器判断是否进行第三处理动作，第三处理动作包括补偿注浆；若是，则进行第三处理动作；若否，则开始拨除冻结管施工。
79.根据自然解冻温度和地表变形监测情况，利用管孔再次进行声呐法检测，测定联络通道外围含水层三维可视化渗流场云图，通过水文地质参数准确判定融沉区域，否则，采取补偿注浆等措施，控制融沉危害。
80.以上均为本发明的较佳实施例，并非依此限制本发明的保护范围，故：凡依本发明的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围之内。