凍結(jié)法施工聯(lián)絡(luò)通道突發(fā)漏水險(xiǎn)情處置與分析

杜園園

宏潤建設(shè)集團(tuán)股份有限公司 浙江寧波 310016

目前，凍結(jié)法已成為軟土層地鐵隧道連接通道施工的主要方法。聯(lián)絡(luò)通道凍結(jié)法施工主要采用 “凍結(jié)隧道鉆孔、臨時(shí)加固土壤、地下采礦方法構(gòu)造” 建設(shè)方案，即利用隧道洞，斜孔水平凍結(jié)加固地層，接觸通道和土壤凍結(jié)泵站外圍，形成強(qiáng)度高、良好的密封能力的凍土，然后根據(jù) “新奧法” 的基本原則，在渠道凍土和泵站建設(shè)的開挖施工中采用了回采法。凍結(jié)法是一種具有一定風(fēng)險(xiǎn)性的施工方法。這主要是由于凍結(jié)方法本身的特殊性，如鉆孔工藝的必要性、凍土幕性質(zhì)的變異性、土體凍脹和融沉的性質(zhì)等。這些特性使凍土在鉆探、凍結(jié)、開挖以及后期融化過程中都有可能發(fā)生事故。

1 凍結(jié)設(shè)計(jì)

凍結(jié)設(shè)計(jì)的合理性是凍結(jié)加固的基礎(chǔ)。相關(guān)人員應(yīng)結(jié)合地質(zhì)調(diào)查報(bào)告和現(xiàn)場施工環(huán)境，優(yōu)化和完善設(shè)計(jì)方案。在前期準(zhǔn)備工作中，施工單位應(yīng)配合設(shè)計(jì)單位做好各項(xiàng)勘察工作，包括以下內(nèi)容：

（1）地質(zhì)條件：地層巖性、土體是否已加固。

（2）水文條件：地下水流動(dòng)方向、流量、埋深、厚度、滲透系數(shù)、地下水位、地下氯離子含量及其變化幅度、孔隙比、含水層土壤凍結(jié)溫度。

（3）周圍構(gòu)筑物、管線等地下工程同時(shí)施工。水文條件與其他地下工程同時(shí)施工應(yīng)引起高度重視。凍結(jié)法適用于土壤含水率＞2．5%，地下水含鹽量≤3%，地下水流量≤15m/d，局部含水層含水率＞10%，地下水流量≤5m/d 的各類地質(zhì)，凍結(jié)膨脹率和凍結(jié)體形成效果最佳。目前，設(shè)計(jì)人員提供的設(shè)計(jì)方案通常是基于經(jīng)驗(yàn)公式和二維模擬確定的，設(shè)計(jì)中可能存在隱藏的薄弱環(huán)節(jié)。因此，施工單位有必要對(duì)設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行復(fù)核。可以使用Revit 和Sketchup 等三維建模軟件模擬凍結(jié)孔和凍結(jié)壁的布置。如發(fā)現(xiàn)“未能在預(yù)期時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)交叉環(huán)” 或理論上 “凍結(jié)壁厚度不足”，應(yīng)向設(shè)計(jì)單位反饋，進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。

2 風(fēng)險(xiǎn)分析

2.1 直接原因

冷凍系統(tǒng)的冷卻量接受外凍結(jié)帷幕的聯(lián)系通道小于周圍的環(huán)境中，產(chǎn)生的熱量和冷熱平衡系統(tǒng)的破壞會(huì)導(dǎo)致凍結(jié)帷幕的部分熔融和滲流通道的形成，這是滲漏的直接原因。

（1）接觸通道所在隧道長（1750m），自然通風(fēng)差，位于凍結(jié)站放熱方向。隧道內(nèi)整體溫度比常規(guī)隧道至少高2℃。

（2）隧道內(nèi)有兩個(gè)接觸通道。有漏水的接觸通道與其他接觸通道共用一個(gè)凍結(jié)站。咸水輸送管道長，冷損大。

（3）滲漏點(diǎn)為鋼管與土體的連接處。鋼管熱交換快，制冷量損失大。開挖后，為了方便施工，將隧道門底部隧道管的部分保溫板拆除。

（4）開挖后，洞口喇叭口處凍土暴露，不敷設(shè)保溫板。此外，洞口周圍的保溫板不足，漏點(diǎn)周圍的保溫效果差。

（5）開挖過程中，1 臺(tái)制冷機(jī)組因制冷機(jī)故障停機(jī)。制冷只使用一臺(tái)制冷機(jī)組，制冷量不足。

2.2 間接原因

（1）接觸通道位置在太湖上方。地下水頭壓力高，凍結(jié)帷幕稍弱，容易破裂。

（2）施工管理人員對(duì)接觸通道施工風(fēng)險(xiǎn)認(rèn)識(shí)不足，對(duì)現(xiàn)場施工標(biāo)準(zhǔn)和要求控制不足。

（3）雖然建設(shè)單位安排專人值班站的網(wǎng)站24 小時(shí)值班人員不理解和掌握控制的要點(diǎn)和細(xì)節(jié)需要在網(wǎng)站上，而不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)和糾正違規(guī)和違反標(biāo)準(zhǔn)。同時(shí)，其他管理人員在聯(lián)系通道施工檢查時(shí)，也有馬虎現(xiàn)象，未能發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場存在的隱患和問題。

3 凍結(jié)法優(yōu)化

隨著時(shí)代的發(fā)展，任何施工方法都會(huì)暴露出問題。凍結(jié)法適用于軟土地基地區(qū)，但對(duì)周圍建筑物和地下管線有不利影響，考慮到其環(huán)保、高效的特點(diǎn)，國內(nèi)外學(xué)者對(duì)如何優(yōu)化凍結(jié)法進(jìn)行了一系列研究。目前，優(yōu)化凍結(jié)方法最可行的方法是加大凍結(jié)范圍，增加凍結(jié)量，降低凍結(jié)溫度或改善凍結(jié)管的凍結(jié)孔和件。在實(shí)際工程中，有時(shí)會(huì)遇到一些客觀因素，降低了凍結(jié)效率。如果局部水流速過快，會(huì)帶走凍結(jié)冷量，從而減慢凍結(jié)速率，降低凍結(jié)效率?？朔@些問題，提高凍結(jié)效率成為優(yōu)化凍結(jié)方法的關(guān)鍵。提高凍結(jié)效率的方法也可以通過增加凍結(jié)管與土壤的接觸面積來實(shí)現(xiàn)，所以不同直徑的凍結(jié)管的凍結(jié)效率也是不同的。主動(dòng)凍結(jié)期是指從地層凍結(jié)到形成凍結(jié)壁以滿足設(shè)計(jì)要求所需的時(shí)間。維護(hù)凍結(jié)期是指一段時(shí)間后凍結(jié)壁的形成符合設(shè)計(jì)要求，為了確保安全在開挖和鋪設(shè)的聯(lián)系通道，冷量仍然是交付給冰箱保持冷凍墻滿足設(shè)計(jì)要求。兩個(gè)凍結(jié)期工作的關(guān)鍵是 “觀察和判斷”，觀察各種溫度和系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，判斷是否凍結(jié)壁相交環(huán)，厚度是否滿足要求，是否挖掘符合條件和各種數(shù)據(jù)變化的原因，具體內(nèi)容如下。

（1）應(yīng)該是做好冷凍系統(tǒng)的監(jiān)控，包括鹽鹽水系統(tǒng)壓力、冷卻水系統(tǒng)，水位，鹽水的比例，鹽水和返回水溫度、冷卻水進(jìn)入和返回水溫度數(shù)據(jù)，如溫度、電流、電壓的制冷機(jī)及其輔助設(shè)備，冰箱負(fù)載能源數(shù)據(jù)和制冷劑充電量，潤滑油量記錄。制冷劑、鹽水、冷卻水循環(huán)系統(tǒng)運(yùn)行正常，各凍結(jié)孔組流量和溫度均勻，冷凍機(jī)末端結(jié)霜和軟管均勻。

（2）應(yīng)對(duì)凍結(jié)壁進(jìn)行監(jiān)測。在凍結(jié)活躍期，通過凍結(jié)壁監(jiān)測判斷凍結(jié)壁的發(fā)展規(guī)律（特別是發(fā)展速度），計(jì)算凍結(jié)交叉環(huán)時(shí)間，判斷開挖條件是否具備。如果發(fā)展速度慢，可以及時(shí)采取增加冷卻能力等措施。開挖過程中對(duì)凍結(jié)壁進(jìn)行監(jiān)控，確保凍結(jié)壁的絕對(duì)安全，為開挖和接觸通道的施工提供安全保障?？膳鋫渥詣?dòng)測溫集成系統(tǒng)，將各種溫度傳感器的信息進(jìn)行整合，綜合監(jiān)測數(shù)據(jù)。

（3）開挖前，泄水孔壓力應(yīng)連續(xù)上升7d 以上，且泄水孔開啟24h以上不得有濁水連續(xù)流出；若在主動(dòng)凍結(jié)期泄壓孔沒有上升，應(yīng)分析原因，填孔探查，確定凍結(jié)壁的相貫環(huán)。

（4）凍結(jié)維護(hù)期間，凍結(jié)系統(tǒng)的冷卻不得停止。當(dāng)因施工需要停止單個(gè)凍結(jié)孔的冷卻時(shí)，應(yīng)分析局部停止冷卻對(duì)凍結(jié)壁整體穩(wěn)定性的影響；當(dāng)有沖擊時(shí)，應(yīng)采取技術(shù)措施，保證接觸通道結(jié)構(gòu)的開挖和施工的安全。

4 險(xiǎn)情處置過程

泄漏發(fā)生在14:00 左右?，F(xiàn)場施工人員發(fā)現(xiàn)泄漏后，立即上報(bào)上級(jí)管理單位，并對(duì)泄漏點(diǎn)進(jìn)行了初步封堵處理。漏點(diǎn)的首要處理方法是用棉絮和快凝水泥堵漏。17:00 時(shí)，初步封堵基本完成，并在泄漏處施加導(dǎo)流管。同時(shí)密封的泄漏點(diǎn)，建設(shè)單位和建設(shè)單位建立了應(yīng)急救援指揮部，并組織專業(yè)應(yīng)急救援隊(duì)伍進(jìn)入現(xiàn)場，等待緊急，并準(zhǔn)備足夠的沙子，石頭，編織包，聚氨酯，灌漿泵和其他緊急材料和設(shè)備，確保應(yīng)急工作的下一步有序和順利。考慮到滲流點(diǎn)的發(fā)展對(duì)凍結(jié)墻的強(qiáng)度有較大影響，對(duì)滲流點(diǎn)進(jìn)行初步密封處理后，進(jìn)一步加強(qiáng)開挖的接觸通道，特別是滲漏點(diǎn)周圍的接觸通道。型鋼支座先在拱頂和通道處架設(shè)，在型鋼與拱頂之間填木底板，再噴一次混凝土。20:00 支撐鋼架架設(shè)，門座噴砼加固完成。加固后，為了封堵滲漏點(diǎn)，考慮到凍結(jié)帷幕的特點(diǎn)和現(xiàn)場條件，應(yīng)急指揮部決定采用聚氨酯噴射堵漏。應(yīng)急救援隊(duì)從預(yù)埋導(dǎo)管的球閥中注入聚氨酯。注射2min 后，孔門頂部和兩側(cè)有聚氨酯流出。在21:00 左右，聚氨酯密封完成，本次注入約100kg聚氨酯。初始聚氨酯密封完成后約5min，距孔門1m 處出現(xiàn)了一個(gè)正確方向的新漏水點(diǎn)，漏水點(diǎn)的水流略小于原導(dǎo)流管。新漏點(diǎn)用快凝水泥、棉絮等密封，密封于22:00 完成。封堵新的滲漏點(diǎn)，同時(shí)疏通原導(dǎo)流管。經(jīng)過實(shí)地調(diào)研和討論，應(yīng)急指揮部決定第二次注入聚氨酯，對(duì)洞口上方管段的孔進(jìn)行封堵。首先用錘子將門上方管道的提升孔鑿穿，然后通過提升孔第二次注入聚氨酯。23:30 左右聚氨酯噴射完成后，導(dǎo)水管和二次滲漏點(diǎn)都有聚氨酯流出，滲漏點(diǎn)都密封好。此時(shí)注入約100kg 聚氨酯。經(jīng)進(jìn)一步觀察，洞口及通道未出現(xiàn)新的滲漏，滲漏點(diǎn)已完全封閉。之后，清理現(xiàn)場，挖掘出的手掌面絕緣。最后應(yīng)關(guān)閉安全應(yīng)急門，積極凍結(jié)土壤，使凍結(jié)門簾恢復(fù)完整。

5 結(jié)語

（1）凍結(jié)法作為地下空間的一種加固方法，已經(jīng)十分成熟，尤其是對(duì)于含水率較高的軟土地層，其優(yōu)越性更為顯著。

（2）目前凍結(jié)法在地鐵聯(lián)絡(luò)隧道中加固治理、搶修搶險(xiǎn)起到了非常好的效果，未來，該方法在道路、橋梁甚至其他領(lǐng)域也可以發(fā)揮作用。

（3）作為評(píng)價(jià)凍土的兩個(gè)重要力學(xué)性能指標(biāo)，抗壓強(qiáng)度能夠評(píng)價(jià)凍土短時(shí)荷載作用下的強(qiáng)度，而目前中國對(duì)凍土力學(xué)的研究多集中在抗壓強(qiáng)度上，抗拉強(qiáng)度也應(yīng)值得研究。

（4）通過對(duì)凍結(jié)管布置形式的改變、增大管徑等方式進(jìn)行凍結(jié)管的優(yōu)化可以縮短施工工期，保證施工安全進(jìn)行。

（5）凍結(jié)法投入資金量大，所以施工時(shí)應(yīng)根據(jù)地質(zhì)情況建立科學(xué)的經(jīng)濟(jì)評(píng)估體系，選擇合適的施工方法，以避免造成不必要的浪費(fèi)。