包崇

（中煤隧道工程有限公司，上海 200120）

目前，常用的凍結(jié)法有鹽水凍結(jié)和液氮凍結(jié)。前者因其經(jīng)濟(jì)性常用于常規(guī)施工當(dāng)中，收到良好的工程實(shí)用效果。后者具有凍結(jié)速度快、凍土強(qiáng)度高、凍結(jié)系統(tǒng)簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，該方法已經(jīng)越來(lái)越多地應(yīng)用于市政工程中，尤其適用于一些需要緊急處理的工程事故中，在地鐵行業(yè)受到越來(lái)越多的關(guān)注。

液氮本身具有溫度低（-196℃）、惰性氣體、無(wú)色、無(wú)臭、無(wú)腐蝕性、不可燃、不易爆，在常溫下瞬間氣化轉(zhuǎn)化成水和氮?dú)猓芍苯优欧胖量諝庵?，無(wú)污染、無(wú)公害等特點(diǎn)。液氮凍結(jié)封水原理：液態(tài)的氮經(jīng)過(guò)減壓后，變?yōu)闅鈶B(tài)的氮?dú)?，在氣化的過(guò)程中要吸收大量的熱量。利用該原理，在要搶險(xiǎn)的部位布置凍結(jié)管讓液氮通過(guò)，從而使液氮在氣化過(guò)程中吸收凍結(jié)管周?chē)馏w的熱量，達(dá)到土體快速凍結(jié)形成凍土帷幕封水的目的[1]。

1.工程概況

福州地鐵一號(hào)線三叉街站～白湖亭站區(qū)間聯(lián)絡(luò)通道位于則徐大道下方，由與隧道鋼管片相連的喇叭口、水平通道和泵站構(gòu)成。聯(lián)絡(luò)通道處兩隧道中心間距15.0m，上行線隧道中心標(biāo)高為-10.555m，下行線隧道中心標(biāo)高-10.552m，地面標(biāo)高約為7.38m。所處土層自上而下依次為：④粉質(zhì)黏土、④j中砂、⑤1淤泥質(zhì)土夾細(xì)砂、⑤3淤泥質(zhì)土，其中④j中砂為富水砂層，為此采用鹽水凍結(jié)和礦山法施工。見(jiàn)圖1。

圖1 鹽水凍結(jié)孔布置圖

2.施工情況

本工程于2月17日開(kāi)始凍結(jié)，4月9日凍結(jié)50d開(kāi)挖驗(yàn)收通過(guò)，5月3日拉開(kāi)對(duì)側(cè)隧道喇叭口管片，已完成噴漿支護(hù)、防水及墻部、拱頂鋼筋綁扎工序。施工期間凍結(jié)情況良好，工作面凍土堅(jiān)硬，結(jié)霜明顯。

5月4日凌晨1點(diǎn)，下行線從三叉街車(chē)站突然涌水，涌水漫過(guò)4道擋水壩（擋水壩高度0.75m），冷凍站平臺(tái)水位最高達(dá)到1.3m，瞬間淹沒(méi)主孔凍結(jié)區(qū)域，凍結(jié)區(qū)水深約0.9m，少量水進(jìn)入開(kāi)挖面。值班人員一方面立即組織排水，一方面派人排查水源。原因?yàn)槿娼周?chē)站下行線擋水壩被人打開(kāi)，三叉街車(chē)站內(nèi)大量積水全部涌入隧道，水溫24℃。5月6日約凌晨2點(diǎn)排完隧道內(nèi)積水，排水期間結(jié)構(gòu)無(wú)法施工，現(xiàn)場(chǎng)24h值班。5月7日6:15分，左側(cè)直墻與喇叭口底部交界面開(kāi)始少量出水，水量逐漸變大。施工單位立即組織搶險(xiǎn)，下行線通道口用鋼板進(jìn)行封堵，上行線通道口用水泥進(jìn)行臨時(shí)封堵。5月9日聯(lián)絡(luò)通道口在原有封堵基礎(chǔ)上進(jìn)行二次混凝土封堵。

經(jīng)過(guò)測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)及現(xiàn)場(chǎng)探孔情況分析，在聯(lián)絡(luò)通道上行線C11、C12、C9凍結(jié)孔附近三點(diǎn)測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)偏高，該位置估測(cè)出現(xiàn)1.5m（長(zhǎng)）×2m（寬）×4m（高）的通水區(qū)域。

3.搶險(xiǎn)方案

經(jīng)業(yè)主、監(jiān)理、設(shè)計(jì)、建設(shè)單位共同會(huì)議決定：為保證施工工期，對(duì)聯(lián)絡(luò)通道通水區(qū)域進(jìn)行液氮補(bǔ)強(qiáng)凍結(jié)，加強(qiáng)凍結(jié)效果，快速封堵通水區(qū)域。

3.1 凍結(jié)設(shè)計(jì)

從地面打鉆至空倉(cāng)漏水區(qū)域，液氮凍結(jié)孔共計(jì)5個(gè)，孔深22m，測(cè)溫孔2個(gè)，凍結(jié)管選用φ89×4.5mm不銹鋼管，測(cè)溫管選用φ40×4mm不銹鋼鋼管，供液管選用φ32×3mm不銹鋼管。見(jiàn)圖2。

圖2 液氮凍結(jié)孔布置圖

采用局部?jī)鼋Y(jié)法，每根凍結(jié)管和測(cè)溫管長(zhǎng)度為22m，凍結(jié)孔間距為790mm～900mm。凍結(jié)管隔板位于地面以下14m處，即從凍結(jié)孔底部往上8m長(zhǎng)度內(nèi)凍結(jié)，凍結(jié)管結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖3。

圖3 凍結(jié)管結(jié)構(gòu)示意圖

3.2 制冷設(shè)計(jì)

5個(gè)凍結(jié)管分成5組連接以保證凍結(jié)效果；液氮供應(yīng)槽車(chē)設(shè)置在地面離凍結(jié)區(qū)域較近位置，利用φ40×4mm不銹鋼管將液氮接至凍結(jié)工作面進(jìn)行凍結(jié)。

液氮凍結(jié)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)為溫度控制，根據(jù)以往液氮凍結(jié)的經(jīng)驗(yàn)，液氮儲(chǔ)罐出口的壓力用壓力表控制在0.1MPa～0.15MPa，凍結(jié)管出口壓力控制在0.05MPa ～0.1 MPa，排氣溫度用溫度計(jì)控制在-50℃ ～-70℃，壓力調(diào)節(jié)使用液氮儲(chǔ)罐上的散熱板，溫度調(diào)節(jié)使用每組回路中截止閥，液氮放空管口朝上設(shè)置在地面以上1.5m～2m高度[2]。

由于液氮凍結(jié)溫度極低，凍土的發(fā)展速度也較快，根據(jù)以往工程的施工經(jīng)驗(yàn)，取凍土的發(fā)展速度為10cm/d，推算凍結(jié)交圈時(shí)間約為9d，再通過(guò)測(cè)溫孔的測(cè)溫判斷，方可進(jìn)行后繼施工。維護(hù)凍結(jié)暫定20d。按積極凍結(jié)時(shí)需液氮2000kg/m3，維護(hù)凍結(jié)時(shí)每組需液氮200kg/h計(jì)算，總需液氮量約640t。

4.液氮凍結(jié)效果分析

液氮凍結(jié)于7月10日開(kāi)始，原泄壓孔壓力凍結(jié)12d時(shí)已下降為零，并根據(jù)測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)分析，推導(dǎo)外部已經(jīng)無(wú)水源涌入，通水區(qū)域已封閉，遂決定實(shí)測(cè)通道情況。7月27日凍結(jié)17d時(shí)在下行線開(kāi)挖區(qū)域內(nèi)增開(kāi)2個(gè)探孔，開(kāi)始水流量約50升/h，在放水的過(guò)程中，水量逐漸減少并停止，淤泥質(zhì)粘土斷續(xù)流出，到夜間已無(wú)水、淤泥、砂等流出。7月28日鑿除下行線封堵墻后重新修復(fù)安裝安全門(mén)，8月1日通過(guò)各方驗(yàn)收正式開(kāi)挖，8月22日完成主體結(jié)構(gòu)。目前區(qū)間隧道已通車(chē)，聯(lián)絡(luò)通道也投入使用。

5.結(jié)論

（1）該聯(lián)絡(luò)通道工程使用液氮凍結(jié)加固效果良好，有效地避免了重大損失。后期監(jiān)測(cè)凍土帷幕厚度及強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求，開(kāi)挖前準(zhǔn)備工作充足，最終將主體結(jié)構(gòu)順利完成。整個(gè)施工過(guò)程安全、質(zhì)量受控，符合設(shè)計(jì)要求，符合國(guó)家及地方規(guī)范，符合強(qiáng)制性規(guī)范條文。最終評(píng)定工程質(zhì)量達(dá)到優(yōu)質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。

（2）此類(lèi)由于外界不確定因素導(dǎo)致在開(kāi)挖期間停機(jī)、漏水、漏砂等工程風(fēng)險(xiǎn)事故，首先要封堵漏水漏砂點(diǎn)，其次增補(bǔ)測(cè)溫孔、探孔進(jìn)行科學(xué)分析，采用液氮快速凍結(jié)，可有效避免更大的安全事故，節(jié)省人力、物力、財(cái)力。