一种利用地下水循环的地铁车站抗浮平衡系统的制作方法

1.本实用新型涉及土木工程技术领域，尤其是一种利用地下水循环的地铁车站抗浮平衡系统。


背景技术：

2.随着地下空间的大规模开发利用，地下交通工程的运行规模也在逐渐增大，隧道工程不断向大埋深、长跨度的方向发展；由于地质条件复杂，岩土层物性变化较大，部分城市地质情况特殊，地下水的含量较为丰富，导致地下结构承受较大的水浮力，在地下工程建设时，需要确保地下结构具备一定的抗浮能力，在服役期间能够抵御地下水带来的不良影响，否则地下水位的变化将会导致地下结构出现上浮、倾斜变动等灾害现象，严重影响地下交通工程的稳定性和安全性。
3.目前地下结构抗浮措施主要以增加配重法、降排截水措施、抗拔桩技术、抗浮锚杆技术等技术为主，具体表现形式为提高地下结构自重平衡地下水浮力、利用地下结构与土体的摩擦力抵消浮力以及通过隔断避免地下水浮力对地下结构产生不利影响。
4.发明人发现，在地下水含量较为丰富的地区，受雨季、旱季的影响地下水位浮动较大，对于地下结构抗浮能力的挑战更大。目前的传统抗浮措施主要以采用外部结构辅助为主，虽然可以提高结构抗浮能力，但是会提高项目成本和施工工期，且容易受到地质水文和施工工艺的限制，不符合安全环保的施工要求，具有一定的局限性。


技术实现要素：

5.针对现有技术存在的不足，本实用新型的目的是提供一种利用地下水循环的地铁车站抗浮平衡系统，在地下结构内部设置了柔性水箱，并在地下结构的底部设置了碎石桩，碎石桩内设置了与柔性水箱连接的抽水系统，柔性水箱还与市政管道连接，能够根据抗浮需求抽取地下水以增加自重，同时还可将地下水输送至地面建筑循环使用，解决了现有地下结构抗浮能力差、适应性差的问题。
6.为了实现上述目的，本实用新型是通过如下的技术方案来实现：
7.第一方面，本实用新型的实施例提供了一种利用地下水循环的地铁车站抗浮平衡系统，包括设置在地下结构内的柔性水箱、控制室以及设置在地下结构底部的若干碎石桩、孔隙水压计，所述碎石桩具有允许地下水透过的孔隙，碎石桩内设有抽水系统，所述抽水系统通过水管与柔性水箱连接，所述柔性水箱还与市政管道连接，所述控制室内设有远程控制系统，所述孔隙水压计、抽水系统均与控制室连接。
8.作为进一步的实现方式，所述市政管道埋设在地下结构的顶板覆土内，市政管道与地面建筑连接。
9.作为进一步的实现方式，所述柔性水箱至少设有一个，柔性水箱设置在地下车站外层混凝土的内侧墙壁和地面处。
10.作为进一步的实现方式，所述抽水系统由抽水泵和不透水钢管组成，不透水钢管
设置在碎石桩内，抽水泵设置在不透水钢管内，抽水泵通过水管与柔性水箱连接。
11.作为进一步的实现方式，所述不透水钢管为内部中空、底部开口结构，不透水钢管的顶部预设有允许水管穿过的孔洞。
12.作为进一步的实现方式，所述孔洞的直径与水管的外径相同。
13.作为进一步的实现方式，所述柔性水箱通过排水管与市政管道连接。
14.作为进一步的实现方式，若干所述孔隙水压计均匀设置在地下结构底板的底部。
15.作为进一步的实现方式，所述孔隙水压计预埋在可透水的套筒内。
16.作为进一步的实现方式，所述碎石桩均匀设置在地下结构底板的底部并与地下结构的底部固定连接。
17.上述本实用新型的有益效果如下：
18.1)本实用新型在地下结构内部设置了柔性水箱，并在地下结构的底部设置了碎石桩，碎石桩内设置了与柔性水箱连接的抽水系统，柔性水箱还与市政管道连接，当雨水较多、地下水充盈时，抽水系统可抽取地下结构周围一定体积的地下水，提高地下结构自重的同时减轻地下水的浮力，提高地下结构的抗浮能力；当雨水较少、地下水相对匮乏，可将存储在地下结构内部的地下水排放至地面等其他用途，减少地下结构的自重，避免地下结构不均匀下沉等危害，整体适应能力强。
19.2)本实用新型孔隙水压计设置在地下结构底板的底部，通过预埋的方式安装在可透水的套筒内，以防止孔隙水压计的损坏，采用孔隙水压计进行自动化数据采集，通过静水压力与水深成正比的关系，计算地下水所产生的浮力，保证了抗浮能力的同时，提高了其适应能力。
20.3)本实用新型不透水钢管为底部开口结构，当地下水位低于不透水钢管的底部时，其无法进行地下水的抽取，可以利用地下水位差自主控制对地下水的抽取，同时，不透水钢管的顶部预留有直径与水管外径相同的孔洞，可保证不透水钢管具有一定的密封性，防止地下结构在浇筑建设过程中不透水钢管出现堵塞现象，影响可透水抗拔桩的正常使用。
附图说明
21.构成本实用新型的一部分的说明书附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。
22.图1是本实用新型根据一个或多个实施方式的一种利用地下水循环的地铁车站抗浮平衡系统的整体结构示意图；
23.图2是本实用新型根据一个或多个实施方式的碎石桩的结构示意图；
24.图3是本实用新型根据一个或多个实施方式的地下水循环利用示意图；
25.图中：为显示各部位位置而夸大了互相间间距或尺寸，示意图仅作示意使用；
26.其中，1、导线；2、柔性水箱；3、抽水泵；4、水管；5、碎石桩；6、地下车站支撑结构；7、孔隙水压计；8、不透水钢管；9、地下车站外层混凝土；10、顶板覆土；11、市政管道；12、地面建筑；13、控制室。
具体实施方式
27.应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本实用新型提供进一步的说明。除非另有指明，本实用新型使用的所有技术和科学术语具有与本实用新型所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
28.正如背景技术所介绍的，目前的传统抗浮措施主要以采用外部结构辅助为主，虽然可以提高结构抗浮能力，但是会提高项目成本和施工工期，且容易受到地质水文和施工工艺的限制，不符合安全环保的施工要求，具有一定的局限性的问题，为解决上述问题，本实用新型提供了一种利用地下水循环的地铁车站抗浮平衡系统。
29.实施例1
30.本实用新型的一种典型的实施方式中，如图1-图3所示，提出了一种利用地下水循环的地铁车站抗浮平衡系统，包括在地下结构内布置的柔性水箱2，柔性水箱2至少设有一个，具体的，在地下车站外层混凝土9的内侧墙壁和地面处均布置设定体积的柔性水箱2，柔性水箱2为不锈钢材质，具有一定的刚度、耐腐蚀性强且不易出现破裂，避免存水箱漏水对地下结构正常使用的影响，水箱布置位置不影响地下结构的强度以及地下车站支撑结构6的建设，以保证地下结构的正常使用，是地下结构抗浮平衡系统的核心部分。
31.地下结构的底部设置设定数量的碎石桩5，碎石桩5具有允许地下水透过的孔隙，碎石桩5在地下结构建设的过程中布置，碎石桩5均匀设置在地下结构底板的底部并与地下结构的底部固定连接，碎石桩5具有一定的强度和抗拔能力，符合地下结构设计的要求同时可以提高地下结构的抗浮能力。
32.碎石桩5的内部设有抽水系统，具体的，抽水系统由不透水钢管8和抽水泵3组成，碎石桩5的内部设有一个具有设定强度的不透水钢管8，不透水钢管8为中空结构，具有设定的容积，不透水钢管8的底部为开口结构，顶部预留有一个允许水管4穿过的孔洞，其作用为保证不透水钢管8具有一定的密封性，防止地下结构在浇筑建设过程中不透水钢管8出现堵塞现象，影响可透水抗拔桩的正常使用。
33.需要注意的是，孔洞的直径应与水管4的外径相同，以避免浇注过程中，混凝土通过孔洞与水管4之间的缝隙进入不透水钢管8内。
34.由于不透水钢管8为底部开口结构，当地下水位低于不透水钢管8的底部时，其无法进行地下水的抽取，因此，可以利用地下水位差自主控制对地下水的抽取。
35.由于地下结构周围存在地下水，且地下水存在水位差，碎石桩5具有透水性，可以使地下水通过不透水钢管8的底部聚集在不透水钢管8的内部，以通过不透水钢管8储存设定体积的地下水。
36.不透水钢管8的内部设有抽水泵3，抽水泵3通过水管4与地下车站外层混凝土9内部的柔性水箱2连通，从而可将不锈钢水管8内的地下水抽送到柔性水箱2内，用于储存抽取的地下水，提高地下结构的自重力、降低地下水所产生的浮力。
37.柔性水箱2还通过排水管与埋设在地下结构顶板覆土10内的市政管网11连接，柔性水箱2内储存的地下水可通过市政管网11输送至地面建筑12，以实现地下水的循环利用。
38.当雨水较多、地下水充盈时，抽水泵3可抽取地下结构周围一定体积的地下水，提高地下结构自重的同时减轻地下水的浮力，提高地下结构的抗浮能力；当雨水较少、地下水相对匮乏，可将存储在地下结构内部的地下水排放至地面等其他用途，减少地下结构的自
重，避免地下结构不均匀下沉等危害。
39.地下结构内部还设有控制室13，地下结构的底部外侧均匀设有若干孔隙水压计7，孔隙水压计7通过导线1与控制室13内的远程控制系统连接，用于对地下水压进行监测并计算，以分析地下水所产生的浮力与地下结构自重，判断地下结构的稳定性，其中，抽水泵3也与控制室13内的远程控制系统连接，以通过远程控制系统控制抽水泵3工作的启停。
40.孔隙水压计7设置在地下结构底板的底部，通过预埋的方式安装在可透水的套筒内，以防止孔隙水压计7的损坏，采用孔隙水压计7进行自动化数据采集，通过静水压力与水深成正比的关系，计算地下水所产生的浮力。
41.具体的工作原理为，当地下水含量正常，产生的水浮力不会超过地下结构的设计要求时，远程控制系统计算出地下水所产生的浮力无法使地下结构处于上浮风险的状态时，可利用抽水泵3将地下水通过水管4抽取少量的地下水，用于地下结构的日常消耗，节约一定的水资源；
42.当地下结构所在区域处于雨季，雨水充沛、地下水含量较为充足，若远程控制系统计算出地下水所产生的浮力较大，地下结构自重和碎石桩5所产生的抗浮能力与地下水浮力不平衡，地下结构有上浮的风险时，利用抽水泵3将地下水通过水管4抽取至地下结构中，并存储至不锈钢的柔性水箱2内，利用水的自重力提高了地下结构整体自重，同时平衡了因地下水位较高而使得地下结构周边所产生的较大浮力。
43.当地下结构所在区域处于旱季，雨水不足、地下水含量匮乏时，远程控制系统计算出地下水所产生的浮力较小，同时地下结构内的不锈钢柔性水箱内储存一定体积的地下水，使得结构整体处于自重较大的状态，地下结构有下沉风险时，可以暂停抽水泵3的抽水工作，同时不锈钢的柔性水箱2中所存储的地下水通过排水管11排放至地下结构顶板覆土10中埋放的市政管道11，地下水通过市政管道11输送到地面建筑12中得到循环利用。
44.以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。