冻结法联络通道透水事故原因分析1

冻结法联络通道透水事故原因分析

常伟

徐州典实岩土工程有限公司，江苏徐州，221611

摘要：本文通过工程实例从设计和施工方面分析：高温环境下全断面砂层中冻结法联络通道施工中发生透水的原因，并提出针对透水原因应采取的相应控制措施。为在该工况条件下冻结法施工联络通道提供借鉴。

关键词：冻结法；联络通道；透水事故

随着城市轨道交通日益蓬勃发展，冻结法越来越广泛地应用于联络通道施工中。冻结法早在90年代已应用在上海地铁联络通道施工中。随着其他城市轨道交通相继开工建设，冻结法施工几乎遍布所有城市地铁联络通道、盾构始发接收等工程施工。但在冻结法施工应用中也出现了一些令人棘手的问题，特别是在东南沿海在高温、砂层工况下，冻结法施工联络通道发生了一些透水事故。本文通过工程实例从设计和施工等方面分析：高温环境下砂层中冻结法联络通道施工发生透水的原因及采取相应的控制措施。

1 工程概况

联络通道（兼泵房）采用水平冻结法加固地层，矿山暗挖法施工。结构断面为拱顶直墙断面，结构尺寸为高7.592m，宽3.8m，初支结构厚度0.3m，二衬结构顶板及侧墙厚度为400mm，废水池开挖宽度为4.4m×3.9m，内净空为4.0m×2.5m×3m。联络通道线间距为15米，埋深为13.844米。

2 工程地质

联络通道范围内土层为粉质粘土、中砂、淤泥质土夹细砂、淤泥质土等，且有微承压水。施工时极易发生涌水涌砂。

3 施工过程

3.1冻结孔、测温孔施工

2019年4月12日开始施工联络通道冻结孔，2019年5月10日冻结孔施工完毕，通过对冻结孔的测斜资料看冻结孔偏斜、终孔间距、冻结孔的实际孔深、冻结孔密封性试压，均符合设计要求。

测温孔、卸压孔施工于2019年5月12日全部结束。测温孔左线布置了10个，右线布置了2个，共计12个。卸压孔左线2个、右线2个，深度均为3m，均布置在开挖断面内。

3.2 积极冻结

本工程冷冻机于2019年5月13日开始试运行，开机后温度迅速下降，5月19日（冻结7天）盐水去路温度已达到-18℃以下， 5月28日（冻结15天）盐水去路温度已达到-24℃，均符合冻结设计要求。去回路温差-2℃满足设计要求（2℃以内）。冻结设计要求盐水温度开挖前达到-28℃以下。

3.3 冻结效果分析

冻结效果的分析从冻结帷幕厚度的确定及冻土平均温度二个方面来分析。

冻结帷幕厚度的确定：测温孔共设12个。每个测温孔内设2～4个测温点。测温孔于5月13日正式开始记录温度，现取测温孔的测点发展速度最慢的C9孔为21.1mm/d计算依据，以最慢发展速度到6月25日冻结45天计算冻结发展半径r=949.5mm，按冻结发展半径949.5mm作图，从图上测量出：至6月25日冻结帷幕量算的最薄有效厚度为1729mm，满足设计的1700mm要求，因此冻结帷幕厚度已满足设计要求。

平均温度的确定：根据公式法计算：

经计算：冻结壁平均温度-10.023℃，满足设计要求。

3.4 泄压孔情况

联络通道共设有4个泄压孔，左线2个，右线2个。在6月2日以后，即冻结运转21-23天通道内泄压孔升压；这个迹象说明冻结帷幕已经交圈，6月18日起开始分别对1、2、3、4号泄压孔进行放水泄压观察，有极少量水流出。

3.5 探孔施工

2019年6月24日在开挖断面内搭设了两个探孔，无水流出，说明冻结效果良好。通过以上系统分析冻结效果已满足设计要求，具备开挖条件。

2019年6月25日开始开挖联络通道，当联络通道全部初支完成且通道防水做完后，既于2019年7月2日凌晨4点从初支右上部开始漏水，开始水量不大，随着时间的推移，水流越来越大。经过16个小时的抢险，最终将漏水处堵住。抢险过程中共回填混凝土569立方米。

虽然已根据冻结效果的判断条件判定冻结效果满足设计要求，但在通道挖通后还是发生了透水事故，发生事故后经分析认为：开挖前冻结壁已形成完整的帷幕，只是此帷幕存在薄弱之处，该薄弱处未布置测温孔，所以在冻结壁判定时未发现此冻结壁薄弱处。在开挖过程中，因外部原因地层中的流砂将冻结壁薄弱处击穿发生漏水漏砂。

4透水原因分析及采取的措施

4.1 从冻结设计方面分析

冻结设计图纸未考虑到东南沿海的高温天气，且另一条隧道在浇混凝土道床，混凝土产生大量水化热，隧道内的温度高达30℃，冻结设计未充分考虑到高温环境对冻结发展速度的影响。后经同种工况试验得知：在高温环境下冻结40-50天，冻结管末端发展半径只有500mm，根据此规律分析原冻结图中在联络通道通道肩窝及通道底板处存在冻结薄弱区，该冻结薄弱区是指在积极冻结时该区域土中的水已结冰，但冻土温度比较高，随着开挖及后续工序的进行，原来冻结的冻土慢慢开始融化，待冻结薄弱区的冻土融化后，该区域就产生渗水。这就是在开挖和初支时未发生透水，而在做防水时产生透水的原因（见图1）。

因设计缺陷产生的冻结薄弱区，需采取在冻结薄弱区打设1.5m冻结短孔或缩小主冻结区冻结孔间距等方法来弥补冻结薄弱区的不足。

图1 冻结孔透视图

4.2 从冻结施工方面分析

冻结施工产生冻结薄弱区的原因主要有以下几种：

（1） 冻结孔施工时偏斜较大；

（2） 冻结孔施工时因端头单向阀的原因无法使冻结孔紧贴隧道管片，而造成冻结管端头无法循环盐水；

（3） 开挖时特别是通道挖通，对侧隧道管片拆除后，对侧的冷冻排管破坏严重，未及时恢复冷排的运转；

（4）冻结管中的气体未及时放出，盐水循环不正常；

（5）盐水温度过高；

采取的相应措施：

（1）认真做好冻结孔的测斜工作，发现偏斜大的冻结孔及时补孔；

（2）冻结孔长度达不到设计要求的计算补孔；

（3）开挖期间保证冷排正常运行，确保冷排制冷效果；

（4）每天对冻结区巡视检查，发现问题及时处理；

（5）按设计要求控制盐水温度，确保冻结效果。

5 结束语:

在东南沿海的高温环境中，处于砂层中的联络通道经常出现透水现象，但我们只要找到透水发生的原因，从冻结设计和施工两个方面采取措施，是完全有能力避免透水事故发生。本文通过工程实例分析了产生透水的原因及处理措施，并通过类似工程实践证明：只要严格按照上述措施进行设计与施工，确实能避免透水事故的发生。

参考文献

[1]袁聚云.土工试验与原理[M].上海:同济大学出版社,2003.

[2]崔托维奇 H.A.冻土力学[M].北京:科学出版社,1985.

[3]李昆,王长生,陈湘生.三轴试验中深部冻土固结问题[J].冰川冻土,1993,15(2):322-324.

作者简介：常伟（1986—），男，山西乡宁人，徐州典实岩土工程有限公司，助理工程师。