談鹽水冰凍法施工在過海隧道搶險中的應用

1、    談鹽水冰凍法施工在過海隧道搶險中的應用    摘要：華能汕頭電廠二期工程高壓出線跨海段采用海底隧道結(jié)構(gòu)形式，該隧道盾構(gòu)推進到123米處，由于盾構(gòu)網(wǎng)格故障，發(fā)生涌水、涌砂險情，大量水、砂進入隧道。文章介紹了我國首例海上使用鹽水凍結(jié)法施工的工程實例，解決了隧道盾構(gòu)機機頭處涌砂、涌水的難題，同時對該工程中鹽水凍結(jié)法的應用效果進行了分析與研究，認為其抗?jié)B性和整體封堵效果要優(yōu)于其他方法。關鍵詞：鹽水冰凍法；過海隧道搶險；鹽水凍結(jié)；涌水涌砂中圖分類號：u455文獻標識碼：a文章編號：1009-2374（2009）07-0174-02鹽水凍結(jié)法是在地層中鉆鋪垂

2、直孔或水平凍結(jié)孔并安裝凍結(jié)器，利用低溫鹽水循環(huán)來降低地層溫度，將天然巖土變成凍土，形成強度高、不透水的臨時凍結(jié)加固體。一、鹽水凍結(jié)應用原理由于該工程為搶險工程，工程性質(zhì)有別于一般的盾構(gòu)機進、出洞，故需要在海上搭建冷凍平臺，在平臺上施工冷凍孔并安裝凍結(jié)器，采用鹽水凍結(jié)技術(shù)對盾構(gòu)機前的土層進行封閉加固，即：在盾構(gòu)機切口前30cm、隧道圓形設計斷面范圍內(nèi)，設置垂直凍結(jié)器，在凍結(jié)器內(nèi)循環(huán)低溫鹽水，逐漸降低地層溫度，使地層中的水變成冰，冰和土、砂顆粒逐漸形成凍結(jié)連續(xù)體，使凍結(jié)帷幕形成瓶塞狀包圍盾構(gòu)切口位置，防止盾構(gòu)機前的海水滲透及泥沙的涌入，保障隧道內(nèi)的清理和盾構(gòu)機的維修順利進行。二、工程應用及效果分析

3、（一）工程簡介華能汕頭電廠二期工程高壓出線跨海段采用海底隧道結(jié)構(gòu)形式，該過海電纜隧道位于該市海灣大橋的西側(cè)、該市擬建第二過海水管的旁邊。海底隧道南端接收井位于電廠灰場的灰堤內(nèi)側(cè)，北端工作井位于該市港務集團第三公司的碼頭后方區(qū)域。由于盾構(gòu)網(wǎng)格故障，發(fā)生涌砂、涌水險情，大量水、砂進入隧道，現(xiàn)采用鋼封門在隧道口封堵隧道，并已控制地面沉降。經(jīng)過方案比較，選用鹽水凍結(jié)法對盾構(gòu)切口前方土體進行加固。（二）凍結(jié)帷幕設計為了盾構(gòu)機頭內(nèi)土倉開挖處理時的安全，以及現(xiàn)場施工條件的限制，采用在盾構(gòu)機切口前打設兩排凍結(jié)孔的方案，將切口前端漏水通道凍結(jié)封閉，凍結(jié)帷幕為瓶塞形包圍盾構(gòu)切口位置。根據(jù)切口的結(jié)構(gòu)和水文地質(zhì)資料，

4、及委托同濟大學現(xiàn)場取土實驗，設計切口處砂土的凍土墻平均溫度為-15，有關試驗數(shù)據(jù)該土層含鹽凍土各參數(shù)取值為抗壓強度壓=2.2mpa，抗拉強度拉=1.3mpa，抗剪強度剪=1mpa。砂土的凍土墻平均溫度為-21，有關試驗數(shù)據(jù)該土層含鹽凍土各參數(shù)取值為抗壓強度壓=3.5mpa，抗拉強度拉=2mpa，抗剪強度剪=1.6mpa。為保證盾構(gòu)機頭抽水、清泥時盾構(gòu)機的穩(wěn)定，在切口向后4.5m處盾構(gòu)機兩邊各布置一個凍結(jié)孔，用來穩(wěn)定盾構(gòu)機身不均勻沉降現(xiàn)象。根據(jù)盾構(gòu)機切口結(jié)構(gòu)等確定凍結(jié)帷幕有效厚度為1.5m，即：凍土進入盾構(gòu)網(wǎng)格20cm，以滿足隧道內(nèi)抽水、清理要求即可。1凍結(jié)孔布設。為了封好水，并根據(jù)甲方的要求，

5、對已知道的漏水點進行布孔凍結(jié)，設計凍結(jié)孔的布置見圖1，圖2。采用局部凍結(jié)雙排凍結(jié)孔，凍結(jié)孔數(shù)17個，凍結(jié)孔間距為0.7m，排間距0.8m，距盾構(gòu)切口間距0.3m，凍結(jié)孔深度以施工用海上鋼平臺標高+4.0m進行計算為34.71m。兩個固定盾構(gòu)機的凍結(jié)管凍結(jié)深度為7.55m，選用局部凍結(jié)方案，采用雙供液管；上部8m不凍結(jié)部位采用10mm厚pef保溫板包裹，其他15個凍結(jié)管選用局部凍結(jié)方案，即上部采用雙供液管，凍結(jié)深度為下部7.55m，上部25.96m不凍。凍結(jié)管外套管選用直徑219*4.5鋼管。2凍結(jié)時間。積極凍結(jié)達到開挖時間為35天；維護處理、抽水、清泥凍結(jié)時間為20天。3凍結(jié)完成后凍結(jié)管的處理

6、方式。待隧道內(nèi)部全部處理好，通過強制解凍后將凍結(jié)管拔出地面。每拔完一根凍結(jié)管要及時進行充填，在隧道頂板以下充填黃砂，隧道頂板以上充填水泥砂漿，并添加適量速凝劑，使其快速凝固。為防止融沉過大，要保證充填質(zhì)量，必要時采取注漿充填。根據(jù)溫度監(jiān)測結(jié)果，經(jīng)過35天積極凍結(jié)，預測已形成深度8.0m，寬度5m，厚度1.6m的凍結(jié)加固體。打開鋼封門后，盾構(gòu)切口處凍結(jié)土體自立性良好，未見滲水現(xiàn)象，封水效果也較理想，已達到設計要求。（三）應用效果分析1砂性地層凍土墻的隔水、抗?jié)B性好。由于該處地層較為復雜，主要是砂性地層，含水量高，透水性大，擾動易產(chǎn)生液化、流動而形成流砂，給采用其他地層加固工法帶來極大困難。采用鹽

7、水凍結(jié)法，將地層中的水變成冰，冰與土顆粒共同形成凍結(jié)連續(xù)體，凍結(jié)加固區(qū)是個完整、均勻、連續(xù)的區(qū)域，凍結(jié)體內(nèi)不會存在任何縫隙，起到了良好的隔水效果。2鹽水凍結(jié)法在該地層中凍土擴展速度較快，速度可達到2833mm/d，而且凍結(jié)后的凍土強度高。3可控制凍結(jié)加固區(qū)范圍。通過調(diào)整凍結(jié)孔的孔位或調(diào)整凍結(jié)鹽水的溫度，可有效控制凍結(jié)體的形狀和擴展范圍。（四）問題與探討1由于該工程是海上凍結(jié)工程，要充分考慮海水和海風對工程的影響，特別要注意臺風期間的安全。在冷凍土體即將交圈時正逢海水漲、退潮高峰期，海水漲、退潮時會帶走一部分冷量，凍土溫度變化情況在測溫數(shù)據(jù)中反映較為明顯，前后可以相差近0.8。2海上平臺鉆孔應考慮海風對鉆機的影響，開鉆前做好充分的準備將鉆機固定牢固，以防海風將鉆機機架吹傾斜而造成冷凍孔成孔的傾斜。3鉆機鉆進中可能會遇到亂石層，在鉆機鉆進過程中要特別注意，防止卡鉆。三、結(jié)論1首次在海上使用鹽水凍結(jié)法，成功地解決了隧道盾構(gòu)切口處漏水的難題。使凍結(jié)帷幕形成瓶塞狀包圍盾構(gòu)切口位置，防止了盾