冻结法施工联络通道突发漏水险情处置与分析

杜园园

宏润建设集团股份有限公司 浙江宁波 310016

目前，冻结法已成为软土层地铁隧道连接通道施工的主要方法。联络通道冻结法施工主要采用 “冻结隧道钻孔、临时加固土壤、地下采矿方法构造” 建设方案，即利用隧道洞，斜孔水平冻结加固地层，接触通道和土壤冻结泵站外围，形成强度高、良好的密封能力的冻土，然后根据 “新奥法” 的基本原则，在渠道冻土和泵站建设的开挖施工中采用了回采法。冻结法是一种具有一定风险性的施工方法。这主要是由于冻结方法本身的特殊性，如钻孔工艺的必要性、冻土幕性质的变异性、土体冻胀和融沉的性质等。这些特性使冻土在钻探、冻结、开挖以及后期融化过程中都有可能发生事故。

1 冻结设计

冻结设计的合理性是冻结加固的基础。相关人员应结合地质调查报告和现场施工环境，优化和完善设计方案。在前期准备工作中，施工单位应配合设计单位做好各项勘察工作，包括以下内容：

（1）地质条件：地层岩性、土体是否已加固。

（2）水文条件：地下水流动方向、流量、埋深、厚度、渗透系数、地下水位、地下氯离子含量及其变化幅度、孔隙比、含水层土壤冻结温度。

（3）周围构筑物、管线等地下工程同时施工。水文条件与其他地下工程同时施工应引起高度重视。冻结法适用于土壤含水率＞2．5%，地下水含盐量≤3%，地下水流量≤15m/d，局部含水层含水率＞10%，地下水流量≤5m/d 的各类地质，冻结膨胀率和冻结体形成效果最佳。目前，设计人员提供的设计方案通常是基于经验公式和二维模拟确定的，设计中可能存在隐藏的薄弱环节。因此，施工单位有必要对设计图纸进行复核。可以使用Revit 和Sketchup 等三维建模软件模拟冻结孔和冻结壁的布置。如发现“未能在预期时间内实现交叉环” 或理论上 “冻结壁厚度不足”，应向设计单位反馈，进行优化设计。

2 风险分析

2.1 直接原因

冷冻系统的冷却量接受外冻结帷幕的联系通道小于周围的环境中，产生的热量和冷热平衡系统的破坏会导致冻结帷幕的部分熔融和渗流通道的形成，这是渗漏的直接原因。

（1）接触通道所在隧道长（1750m），自然通风差，位于冻结站放热方向。隧道内整体温度比常规隧道至少高2℃。

（2）隧道内有两个接触通道。有漏水的接触通道与其他接触通道共用一个冻结站。咸水输送管道长，冷损大。

（3）渗漏点为钢管与土体的连接处。钢管热交换快，制冷量损失大。开挖后，为了方便施工，将隧道门底部隧道管的部分保温板拆除。

（4）开挖后，洞口喇叭口处冻土暴露，不敷设保温板。此外，洞口周围的保温板不足，漏点周围的保温效果差。

（5）开挖过程中，1 台制冷机组因制冷机故障停机。制冷只使用一台制冷机组，制冷量不足。

2.2 间接原因

（1）接触通道位置在太湖上方。地下水头压力高，冻结帷幕稍弱，容易破裂。

（2）施工管理人员对接触通道施工风险认识不足，对现场施工标准和要求控制不足。

（3）虽然建设单位安排专人值班站的网站24 小时值班人员不理解和掌握控制的要点和细节需要在网站上，而不能及时发现和纠正违规和违反标准。同时，其他管理人员在联系通道施工检查时，也有马虎现象，未能发现现场存在的隐患和问题。

3 冻结法优化

随着时代的发展，任何施工方法都会暴露出问题。冻结法适用于软土地基地区，但对周围建筑物和地下管线有不利影响，考虑到其环保、高效的特点，国内外学者对如何优化冻结法进行了一系列研究。目前，优化冻结方法最可行的方法是加大冻结范围，增加冻结量，降低冻结温度或改善冻结管的冻结孔和件。在实际工程中，有时会遇到一些客观因素，降低了冻结效率。如果局部水流速过快，会带走冻结冷量，从而减慢冻结速率，降低冻结效率。克服这些问题，提高冻结效率成为优化冻结方法的关键。提高冻结效率的方法也可以通过增加冻结管与土壤的接触面积来实现，所以不同直径的冻结管的冻结效率也是不同的。主动冻结期是指从地层冻结到形成冻结壁以满足设计要求所需的时间。维护冻结期是指一段时间后冻结壁的形成符合设计要求，为了确保安全在开挖和铺设的联系通道，冷量仍然是交付给冰箱保持冷冻墙满足设计要求。两个冻结期工作的关键是 “观察和判断”，观察各种温度和系统的数据，判断是否冻结壁相交环，厚度是否满足要求，是否挖掘符合条件和各种数据变化的原因，具体内容如下。

（1）应该是做好冷冻系统的监控，包括盐盐水系统压力、冷却水系统，水位，盐水的比例，盐水和返回水温度、冷却水进入和返回水温度数据，如温度、电流、电压的制冷机及其辅助设备，冰箱负载能源数据和制冷剂充电量，润滑油量记录。制冷剂、盐水、冷却水循环系统运行正常，各冻结孔组流量和温度均匀，冷冻机末端结霜和软管均匀。

（2）应对冻结壁进行监测。在冻结活跃期，通过冻结壁监测判断冻结壁的发展规律（特别是发展速度），计算冻结交叉环时间，判断开挖条件是否具备。如果发展速度慢，可以及时采取增加冷却能力等措施。开挖过程中对冻结壁进行监控，确保冻结壁的绝对安全，为开挖和接触通道的施工提供安全保障。可配备自动测温集成系统，将各种温度传感器的信息进行整合，综合监测数据。

（3）开挖前，泄水孔压力应连续上升7d 以上，且泄水孔开启24h以上不得有浊水连续流出；若在主动冻结期泄压孔没有上升，应分析原因，填孔探查，确定冻结壁的相贯环。

（4）冻结维护期间，冻结系统的冷却不得停止。当因施工需要停止单个冻结孔的冷却时，应分析局部停止冷却对冻结壁整体稳定性的影响；当有冲击时，应采取技术措施，保证接触通道结构的开挖和施工的安全。

4 险情处置过程

泄漏发生在14:00 左右。现场施工人员发现泄漏后，立即上报上级管理单位，并对泄漏点进行了初步封堵处理。漏点的首要处理方法是用棉絮和快凝水泥堵漏。17:00 时，初步封堵基本完成，并在泄漏处施加导流管。同时密封的泄漏点，建设单位和建设单位建立了应急救援指挥部，并组织专业应急救援队伍进入现场，等待紧急，并准备足够的沙子，石头，编织包，聚氨酯，灌浆泵和其他紧急材料和设备，确保应急工作的下一步有序和顺利。考虑到渗流点的发展对冻结墙的强度有较大影响，对渗流点进行初步密封处理后，进一步加强开挖的接触通道，特别是渗漏点周围的接触通道。型钢支座先在拱顶和通道处架设，在型钢与拱顶之间填木底板，再喷一次混凝土。20:00 支撑钢架架设，门座喷砼加固完成。加固后，为了封堵渗漏点，考虑到冻结帷幕的特点和现场条件，应急指挥部决定采用聚氨酯喷射堵漏。应急救援队从预埋导管的球阀中注入聚氨酯。注射2min 后，孔门顶部和两侧有聚氨酯流出。在21:00 左右，聚氨酯密封完成，本次注入约100kg聚氨酯。初始聚氨酯密封完成后约5min，距孔门1m 处出现了一个正确方向的新漏水点，漏水点的水流略小于原导流管。新漏点用快凝水泥、棉絮等密封，密封于22:00 完成。封堵新的渗漏点，同时疏通原导流管。经过实地调研和讨论，应急指挥部决定第二次注入聚氨酯，对洞口上方管段的孔进行封堵。首先用锤子将门上方管道的提升孔凿穿，然后通过提升孔第二次注入聚氨酯。23:30 左右聚氨酯喷射完成后，导水管和二次渗漏点都有聚氨酯流出，渗漏点都密封好。此时注入约100kg 聚氨酯。经进一步观察，洞口及通道未出现新的渗漏，渗漏点已完全封闭。之后，清理现场，挖掘出的手掌面绝缘。最后应关闭安全应急门，积极冻结土壤，使冻结门帘恢复完整。

5 结语

（1）冻结法作为地下空间的一种加固方法，已经十分成熟，尤其是对于含水率较高的软土地层，其优越性更为显著。

（2）目前冻结法在地铁联络隧道中加固治理、抢修抢险起到了非常好的效果，未来，该方法在道路、桥梁甚至其他领域也可以发挥作用。

（3）作为评价冻土的两个重要力学性能指标，抗压强度能够评价冻土短时荷载作用下的强度，而目前中国对冻土力学的研究多集中在抗压强度上，抗拉强度也应值得研究。

（4）通过对冻结管布置形式的改变、增大管径等方式进行冻结管的优化可以缩短施工工期，保证施工安全进行。

（5）冻结法投入资金量大，所以施工时应根据地质情况建立科学的经济评估体系，选择合适的施工方法，以避免造成不必要的浪费。