一种暗挖基坑内部及侧面斜向的冻结造底止水结构及方法技术领域
本发明涉及城市深部地下空间开挖支护技术领域，特别是涉及一种暗挖
基坑内部及侧面斜向的冻结造底止水结构及方法。
背景技术
随着我国社会经济的不断发展，城市人口快速增长，人均生活面积相应
减小，这使得城市用地面积逐步由平面发展转变为立体空间发展，即在有限
的城市平面空间里，大力开发和利用城市地下空间，随着开挖深度的不断增
加，地下工程将面临高地压、高水压等问题，这也导致传统支护方法不适用
深层地下环境，为此，需要引进新的支护方式。
在众多城市地下空间支护方法中，排桩法以其施工简单、便捷、成本低
廉等优点得到广泛应用，但是排桩作为一种支护结构，只是用来提供侧向支
护力，随着基坑支护深度的增加，坑底上部不可避免的存在潜水水位，就需
要将排桩与其他的止水手段相结合。
在城市敏感区，如果采用人工降水的方式，不可避免的会在基坑周围形
成降水漏斗，会引发既有管线的破坏；地表沉降也会引发地表沉降，造成道
路的塌陷。因此，要采取人工降水首先需要具备一定的地面条件，在城市敏
感区，不合适采用。对于北京等水资源缺乏的城市，自身水源尚不够满足城
市发展的需要，需要借助南水北调等工程补充城市水源，地下水本身的成本
较高，对于地下水位较高的情况，人工降水将大量地下水抽取后排到城市的
污水管道，也会产生巨大的浪费，也不利于城市发展。在城市中央区，很多
地方也不具备基本的地面支护条件。
综合分析现存的止水方式，不难发现冻结法是最有效的深部地层止水方
法，被广泛应用于煤矿立井建设中，自从1955年我国首次引进冻结法施工技
术以来，已经有700多座井筒采用冻结法施工，由此可见，将冻结法用于城
市地下止水工程中，在技术上是可行的，需要注意的是城市深部地下工程的
地层环境和技术要求远不同于煤矿立井，不可照搬照抄，需要结合城市地下
工程的特点改进冻结技术。
因此希望有一种暗挖基坑内部及侧面斜向的冻结造底止水结构及方法结
合侧面疏通管、排桩和底部冻结法的优点及适用性，解决侧面存在两层潜水层
且基坑底部存在不透水层的工况问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种城市敏感区域暗挖基坑内部及侧面斜向的冻
结造底止水结构及方法来克服现有技术中存在的上述问题。
为实现上述目的，本发明提供一种暗挖基坑内部及侧面斜向的冻结造底
止水结构包括：侧面疏通管、排桩结构、侧面斜向冻结结构和排桩内冻结结
构，所述侧面疏通管呈矩形分布；所述排桩结构中的排桩呈矩形分布排列；所
述侧面斜向冻结结构在潜水层围绕所述排桩结构呈发散型均匀分布；所述排桩
内冻结结构在所述排桩结构内等间距分布。
优选地，所述侧面疏通管穿透城市敏感区域的深部地下上部的不透水层
设置，并且连接所述深部地下的上层潜水层和下层潜水，将上层潜水水位降
低至下层潜水水位。
优选地，所述侧面斜向冻结结构和排桩内冻结结构分别包括：冻结管、
进液管、出液管、配液管、制冷站和集液管，所述进液管和出液管设置在所
述冻结管内，所述进液管的一端连接所述配液管，所述配液管连接所述制冷
站；所述出液管的一端连接所述集液管，所述集液管连接所述制冷站，所述
配液管和集液管形成冻结回路。
一种暗挖基坑内部及侧面斜向的冻结造底止水方法，包括以下步骤：
(1)在基坑的外围呈矩形布置侧面疏通管，所述侧面疏通管穿透城市敏
感区域的深部地下上部的不透水层；
(2)桩体施工：根据不同的成桩方式选择不同的施工机械，在已经确定
的桩点施工成桩；
(3)冻结孔及冻结网络施工：在桩体之间和桩体围绕区域的冻结管内插
入进液管和回液管，所述进液管的一端连接所述配液管，所述配液管连接所
述制冷站；所述出液管的一端连接所述集液管，所述集液管连接所述制冷
站，所述配液管和集液管形成冻结回路；
(4)冻结壁的形成：待所述桩体和冻结管施工完成，通过检验后，启动
所述制冷站，使低温CaCl2溶液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，确定冻结壁的温度和厚度，当达到设计要求时，
可进行地下工程开挖工作，外侧冻结壁的深度从下层潜水水位开始至基坑底
部；
(5)冻结管回收：地下构筑物施工完成后，可采用自然解冻或人工快速
解冻的方案恢复地下水流动，拔出所述冻结管，对冻结孔进行人工回填，完
成整个地下工程施工作业。
本发明提供了一种暗挖基坑内部及侧面斜向的冻结造底止水结构及方
法，本发明的具有侧面疏通管的深部地下止水是一种组合式结构，结合排桩
法和冻结法的优点及适用性，解决侧面存在两层潜水层且基坑底部不存在不
透水层或者不透水层较深的工况问题，侧面疏通管打通了上层的潜水与下层
潜水的不透水层，起到将上层潜水水位降低至下层潜水水位的作用，在进行
基坑的第一步开挖后，深部地层的冻结止水只需要在基坑外侧的下层潜水位
上顶面一直到坑底连同基坑底面之间形成冻结壁以达到阻止地下水流入的作
用。
附图说明
图1是暗挖基坑内部及侧面斜向的冻结造底止水结构的侧面疏通管与冻
结管排桩结构示意图。
图2是暗挖基坑内部及侧面斜向的冻结造底止水结构的剖面示意图。
图3是暗挖基坑内部及侧面斜向的冻结造底止水结构的冻结管冻结施工
的示意图。
图4是暗挖基坑内部及侧面斜向的冻结造底止水结构的深层开挖示意图
具体实施方式
为使本发明实施的目的、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更加详细的描述。在附
图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似
功能的元件。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。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而
不能理解为对本发明的限制。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。下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明。
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。
在本发明一宽泛实施例中：本发明提供一种暗挖基坑内部及侧面斜向的
冻结造底止水结构，包括：侧面疏通管、排桩结构、侧面斜向冻结结构和排桩
内冻结结构，所述侧面疏通管呈矩形分布；所述排桩结构中的排桩呈矩形分
布排列；所述侧面斜向冻结结构在潜水层围绕所述排桩结构呈发散型均匀分
布；所述排桩内冻结结构在所述排桩结构内等间距分布。
在本发明另一宽泛实施例中：本发明提供暗挖基坑内部及侧面斜向的冻
结造底止水方法，包括以下步骤：
(1)在基坑的外围呈矩形布置侧面疏通管，所述侧面疏通管穿透城市敏
感区域的深部地下上部的不透水层；
(2)桩体施工：根据不同的成桩方式选择不同的施工机械，在已经确定
的桩点施工成桩；
(3)冻结孔及冻结网络施工：在桩体之间和桩体围绕区域的冻结管内插
入进液管和回液管，所述进液管的一端连接所述配液管，所述配液管连接所
述制冷站；所述出液管的一端连接所述集液管，所述集液管连接所述制冷
站，所述配液管和集液管形成冻结回路；
(4)冻结壁的形成：待所述桩体和冻结管施工完成，通过检验后，启动
所述制冷站，使低温CaCl2溶液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，确定冻结壁的温度和厚度，当达到设计要求时，
可进行地下工程开挖工作，外侧冻结壁的深度从下层潜水水位开始至基坑底
部；
(5)冻结管回收：地下构筑物施工完成后，可采用自然解冻或人工快速
解冻的方案恢复地下水流动，拔出所述冻结管，对冻结孔进行人工回填，完
成整个地下工程施工作业。
如图1－4所示，暗挖基坑内部及侧面斜向的冻结造底止水结构包括：侧
面疏通管1、排桩结构2、侧面斜向冻结结构3和排桩内冻结结构4，所述侧
面疏通管1呈矩形分布，所述排桩结构2中的排桩呈矩形分布排列；所述侧面
斜向冻结结构3在潜水层围绕所述排桩结构2呈发散型均匀分布；所述排桩内
冻结结构4在所述排桩结构2内等间距分布。
如图2－4所示，所述侧面疏通管1穿透城市敏感区域的深部地下的不透
水层设置，并且连接所述深部地下上部的上层潜水层和下层潜水，将上层潜
水水位降低至下层潜水水位。
所述侧面斜向冻结结构3和排桩内冻结结构4分别包括：冻结管、进液
管、出液管、配液管、制冷站和集液管，所述进液管和出液管设置在所述冻
结管内，所述进液管的一端连接所述配液管，所述配液管连接所述制冷站；
所述出液管的一端连接所述集液管，所述集液管连接所述制冷站，所述配液
管和集液管形成冻结回路。
暗挖基坑内部及侧面斜向的冻结造底止水方法包括以下步骤：
(1)在基坑的外围呈矩形布置侧面疏通管，所述侧面疏通管穿透城市敏
感区域的深部地下上部的不透水层；
(2)桩体施工：根据不同的成桩方式选择不同的施工机械，在已经确定
的桩点施工成桩；
(3)冻结孔及冻结网络施工：在桩体之间和桩体围绕区域的冻结管内插
入进液管和回液管，所述进液管的一端连接所述配液管，所述配液管连接所
述制冷站；所述出液管的一端连接所述集液管，所述集液管连接所述制冷
站，所述配液管和集液管形成冻结回路；
(4)冻结壁的形成：待所述桩体和冻结管施工完成，通过检验后，启动
所述制冷站，使低温CaCl2溶液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，确定冻结壁的温度和厚度，当达到设计要求时，
可进行地下工程开挖工作，外侧冻结壁的深度从下层潜水水位开始至基坑底
部；
(5)冻结管回收：地下构筑物施工完成后，可采用自然解冻或人工快速
解冻的方案恢复地下水流动，拔出所述冻结管，对冻结孔进行人工回填，完
成整个地下工程施工作业。
侧面疏通管联通上下层潜水，使上层潜水位下落至下层；排桩起围护基
坑稳定的作用；侧面斜向的冻结管形成的冻结壁与待开挖位置的坑底冻结造
底形成一个闭合的止水空间。当施工完成后，可通过自然解冻或人工快速解
冻，恢复原地下水流动路径，整个施工过程对地下水环境不造成影响；并且
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。
最后需要指出的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对
其限制。尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技
术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，
或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应
技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。