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(jìn)到123米處，由于盾構(gòu)網(wǎng)格故障，發(fā)生涌水、涌砂險(xiǎn)情，大量水、砂進(jìn)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(shí)例，解決了隧道盾構(gòu)機(jī)機(jī)頭處涌砂、涌水的難題，同時(shí)對(duì)該工程中鹽水凍結(jié)法的應(yīng)用效果進(jìn)行了分析與研究，認(rèn)為其抗?jié)B性和整體封堵效果要優(yōu)于其他方法。

關(guān)鍵詞：鹽水冰凍法；過海隧道搶險(xiǎn)；鹽水凍結(jié)；涌水涌砂

中圖分類號(hào)：U455文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1009-2374（2009）07-0174-02

鹽水凍結(jié)法是在地層中鉆鋪垂直孔或水平凍結(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(qiáng)度高、不透水的臨時(shí)凍結(jié)加固體。

一、鹽水凍結(jié)應(yīng)用原理

由于該工程為搶險(xiǎn)工程，工程性質(zhì)有別于一般的盾構(gòu)機(jī)進(jìn)、出洞，故需要在海上搭建冷凍平臺(tái)，在平臺(tái)上施工冷凍孔并安裝凍結(jié)器，采用鹽水凍結(jié)技術(shù)對(duì)盾構(gòu)機(jī)前的土層進(jìn)行封閉加固，即：在盾構(gòu)機(jī)切口前30cm、隧道圓形設(shè)計(jì)斷面范圍內(nèi)，設(shè)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(jī)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(jī)的維修順利進(jìn)行。

二、工程應(yīng)用及效果分析

（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(wù)集團(tuán)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(xiǎn)情，大量水、砂進(jìn)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(duì)盾構(gòu)切口前方土體進(jìn)行加固。

（二）凍結(jié)帷幕設(shè)計(jì)

為了盾構(gòu)機(jī)頭內(nèi)土倉開挖處理時(shí)的安全，以及現(xiàn)場施工條件的限制，采用在盾構(gòu)機(jī)切口前打設(shè)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，及委托同濟(jì)大學(xué)現(xiàn)場取土實(shí)驗(yàn)，設(shè)計(jì)切口處砂土的凍土墻平均溫度為-15℃，有關(guān)試驗(yàn)數(shù)據(jù)該土層含鹽凍土各參數(shù)取值為抗壓強(qiáng)度σ壓=2.2MPa，抗拉強(qiáng)度σ拉=1.3MPa，抗剪強(qiáng)度τ剪=1MPa。砂土的凍土墻平均溫度為-21℃，有關(guān)試驗(yàn)數(shù)據(jù)該土層含鹽凍土各參數(shù)取值為抗壓強(qiáng)度σ壓=3.5MPa，抗拉強(qiáng)度σ拉=2MPa，抗剪強(qiáng)度τ剪=1.6MPa。為保證盾構(gòu)機(jī)頭抽水、清泥時(shí)盾構(gòu)機(jī)的穩(wěn)定，在切口向后4.5m處盾構(gòu)機(jī)兩邊各布置一個(gè)凍結(jié)孔，用來穩(wěn)定盾構(gòu)機(jī)身不均勻沉降現(xiàn)象。根據(jù)盾構(gòu)機(jī)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(jìn)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(shè)。為了封好水，并根據(jù)甲方的要求，對(duì)已知道的漏水點(diǎn)進(jìn)行布孔凍結(jié)，設(shè)計(jì)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(gè)，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(tái)標(biāo)高+4.0M進(jìn)行計(jì)算為34.71m。兩個(gè)固定盾構(gòu)機(jī)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(gè)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(shí)間。積極凍結(jié)達(dá)到開挖時(shí)間為35天；維護(hù)處理、抽水、清泥凍結(jié)時(shí)間為20天。

3．凍結(jié)完成后凍結(jié)管的處理方式。待隧道內(nèi)部全部處理好，通過強(qiáng)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(shí)進(jìn)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(shí)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(yù)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(dá)到設(shè)計(jì)要求。

（三）應(yīng)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(fù)雜，主要是砂性地層，含水量高，透水性大，擾動(dòng)易產(chǎn)生液化、流動(dòng)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(gè)完整、均勻、連續(xù)的區(qū)域，凍結(jié)體內(nèi)不會(huì)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(kuò)展速度較快，速度可達(dá)到28～33mm/d，而且凍結(jié)后的凍土強(qiáng)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(kuò)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(fēng)對(duì)工程的影響，特別要注意臺(tái)風(fēng)期間的安全。在冷凍土體即將交圈時(shí)正逢海水漲、退潮高峰期，海水漲、退潮時(shí)會(huì)帶走一部分冷量，凍土溫度變化情況在測溫?cái)?shù)據(jù)中反映較為明顯，前后可以相差近0.8℃。

2．海上平臺(tái)鉆孔應(yīng)考慮海風(fēng)對(duì)鉆機(jī)的影響，開鉆前做好充分的準(zhǔn)備將鉆機(jī)固定牢固，以防海風(fēng)將鉆機(jī)機(jī)架吹傾斜而造成冷凍孔成孔的傾斜。

3．鉆機(jī)鉆進(jìn)中可能會(huì)遇到亂石層，在鉆機(jī)鉆進(jìn)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，防止了盾構(gòu)機(jī)前的海水滲透及泥沙的涌入，保障了隧道內(nèi)的清理和盾構(gòu)機(jī)的維修順利進(jìn)行。

2．凍結(jié)帷幕形成整體防水體系，抗?jié)B性和整體封閉效果要優(yōu)于其他地層封水加固方法。

3．鹽水凍結(jié)法是隧道盾構(gòu)施工中，盾構(gòu)切面處漏水處理的一種有效方法。

作者簡介：孔祥偉（1970－），男，中煤五公司上海分公司項(xiàng)目經(jīng)理，國家一級(jí)建造師，注冊(cè)安全工程師，研究方向：煤田勘探。