凍結法聯(lián)絡通道施工風險及措施

1、凍結法聯(lián)絡通道施工風險及措施 1 凍結鉆孔漏水噴砂 1.1 引起凍結鉆孔漏水噴砂的原因 在地鐵聯(lián)絡通道凍結施工中，往往會遇到地下水壓力較大的含水砂層。在這些地層施工近水平凍結孔，發(fā)生鉆孔漏水噴砂的情況非常頻繁，嚴重時可以引起很大地層沉降，造成隧道管片和地面建筑變形損壞，甚至釀成隧道垮塌的災難性事故。引起鉆孔漏水噴砂的原因主要有：孔口管松動或脫落、凍結管接頭斷裂、鉆頭逆止閥失效和孔口止水裝置損壞等。有時在凍結壁解凍后，由于凍結管與隧道管片之間的空隙不能及時有效的封堵，也有發(fā)生漏水噴砂的情況。根據(jù)過去經(jīng)驗，開始施工凍結孔時發(fā)生孔口管松動脫落、凍結管斷裂、鉆頭逆止閥失效和孔口止水裝置損壞等情況較少，

2、也易處理。但在凍結孔施工后期，由于地層擾動加大，滲透性提高，很容易引起塌孔抱鉆，使得發(fā)生上述情況的可能性及處理難度顯著增加。 1.2 凍結鉆孔漏水噴砂的應急處理 如因孔口管松動或脫落引起孔口管與管片之間 漏水，應立即停止鉆進，在凍結管上安裝管卡，用鉆機推進凍結管將孔口管頂實，或者用膨脹螺栓等將孔口管固定牢固。然后用棉紗堵塞孔口管與管片之間漏水處，并通過孔口管旁通進行壓漿堵漏。注漿材料以采用化學漿液為宜，也可用水泥一水玻璃漿液。在緊急情況下，可直接從凍結管中注入水泥一水玻璃漿液。 當漏水涌砂點在隧道底部時，如遇緊急情況，可以用堆壓法處理。采用這種方法時，先應用棉紗等堵塞出水點控制漏水速度，并及時

3、排水。然后，在出水點周邊壘一圈砂包，在出水口埋設導水管，并迅速將水泥和水玻璃撒到出水點，邊撒邊攪拌，使之快速凝固。在堆壓體中可埋一些鋼筋或型鋼，以便將其與隧道管片固定以增加堆壓體的穩(wěn)定性。當堆壓體有一定強度和體積后，可逐漸控制導水管的出水量。最后，通過導水管或從附近隧道管片開孔注漿封堵出水點。 如因凍結管接頭斷裂和鉆頭逆止閥失效引起漏水噴砂，可直接通過凍結管注漿。在采用鉆進法下凍結管時，可先準備一個能與凍結管連接的注漿管接頭，這樣，一旦發(fā)生凍結管漏水噴砂的情況，可以迅速擰上準備好的管接頭，進行注漿。在用夯管法下凍結管時，可預備一個止?jié){塞進行堵水和注漿。如沒有止?jié){塞，可準備一個凍結管木塞和一截帶

4、閥門的注漿管，在凍結管漏水時，可用木塞堵塞凍結管( 用夯管錘將木塞夯人凍結管) ，然后在凍結管上焊接注漿管進行注漿處理。 鉆孔堵漏時需要注意以下幾點：第一，要早發(fā)現(xiàn)，早做好應急處理的準備；第二、堵漏速度要快，要把握時機，疏堵結合；第三，要盡快進行補償注漿控制地層沉降；第四，要加強隧道和地層沉降監(jiān)測，及時對隧道和地面危險建筑采取加固措施。 對于漏水的凍結管，如下入地層深度已達到設計要求，則可以在凍結管中下人直徑較小的凍結管進行凍結，否則，可以移位補打凍結孔。 2 凍結管斷裂和鹽水漏失 2 .1 引起凍結管斷裂與鹽水漏失的原因 在積極凍結和開挖期間均可能發(fā)生凍結管斷裂和鹽水漏失的情況。引起凍結管斷

5、裂或滲漏的原因主要有三種情況。一是由于凍結管螺紋連接補焊質(zhì)量或凍結管端頭絲堵安裝質(zhì)量存在缺陷，打壓試漏不夠嚴格，從而導致供鹽水時凍結管接頭或凍結管端頭絲堵滲漏；二是由于凍結管接頭質(zhì)量差，開凍后管材發(fā)生冷縮，引起凍結管接頭焊縫開裂滲漏；三是開挖后凍結壁變形引起凍結管彎曲、拉伸，從而造成凍結管接頭斷裂。凍結管斷裂還與打鉆和凍結時引起的地層擾動、隧道沉降等有關。 凍結管斷裂和鹽水漏失一方面使凍結管不能再正常工作，需要停止凍結；另一方面會融化凍結壁，或使凍土強度降低。因此，凍結管斷裂會嚴重威脅凍結施工的安全。這兩種情況在過去工程中均有發(fā)生，所幸發(fā)現(xiàn)早、處理及時或鹽水漏失在粘土層中，從而避免了更為嚴重后

6、果的發(fā)生。 在積極凍結期間發(fā)生凍結管斷裂和鹽水漏失，不會立即對工程安全造成威脅。但是，凍結管裂漏 后鹽水會滲入地層，即使地層已經(jīng)凍結也會逐步融化，使地層不能凍結或地層凍結后凍土強度明顯降低，這樣給以后聯(lián)絡通道開挖帶來了很大的安全隱患。特別是一旦有鹽水滲入地層，凍結壁的擴展厚度和凍土強度就不能通過測溫孔測溫來檢查，給聯(lián)絡通道開挖帶來了極大的風險。 2 .2 凍結管斷裂與鹽水漏失的應急處理 在積極凍結期間發(fā)現(xiàn)凍結管滲漏鹽水，可采用以下方法進行處理。 （1）立即切斷凍結器鹽水供給。 （2）在滲漏的凍結管中下套管恢復凍結，套管與凍結管之間應灌滿清水。對于向上傾斜的凍結管，下套管處理會在套管與凍結管之間

7、存在空隙影響導熱，所以，應改用液氮凍結。 （3）在緊靠漏管位置打探孔檢查漏鹽水位置和范圍。如漏水位置為透水砂層，可放水降低土層的含鹽濃度。 （4）取芯測定漏鹽水點附近土體的含鹽量或凍土強度。評估凍土強度降低可能凍結壁承載力和穩(wěn)定性的影響。 （5）必要時采用液氮凍結降低凍結壁溫度，或延長積極凍結時間和局部補孔凍結增加凍結壁厚度。 在開挖期間遇到凍結管斷裂和鹽水漏失的情況，應立即切斷鹽水供給。如果地層為含水砂層，應立即施工初期支護封閉開挖工作面。并應盡快關閉防護門充壓氣保持開挖區(qū)土壓平衡，然后在漏鹽水的凍結管中用液氮進行凍結，直至取芯檢查凍結壁強度達到設計要求后再恢復開挖。如果地層為粘土層，也宜將

8、漏鹽水凍結管改用液氮凍結并及時進行支護。在探明開挖面凍結壁穩(wěn)定性滿足施工安全需要的情況下，方可繼續(xù)進行開挖。 3 開挖期間長時間停凍 3 .1 開挖期間長時間停凍的原因 開挖期間停凍一般是由于停電或發(fā)生嚴重機電事故引起的。如果在聯(lián)絡通道開挖期間發(fā)生長時間停凍，會使凍凍結壁溫度迅速升高，使凍結壁的承載力迅速降低、變形速度加快。特別是停凍后凍結壁與隧道管片交界面很容易解凍引起透水。因此，會給工程安全帶來嚴重威脅。在過去，聯(lián)絡通道開挖時因停電或機電事故停凍的時間一般在幾小時內(nèi)，只要盡快恢復凍結，不會對施工安全帶來嚴重影響。但是，過去往往采用較高的鹽水溫度進行維護凍結， 當快施工完聯(lián)絡通道結構時，又提

9、前停凍或提前關閉部分凍結器，從而引發(fā)險情。 3.2 開挖期間長時間停凍的應急處理 在積極凍結期間，由于停電或發(fā)生嚴重機電事故引起停凍的情況時有發(fā)生。此時，只要延長積極凍結時間即可。延長積極凍結工期一般取停凍時間的2倍。如果在開挖期間發(fā)生停凍，根據(jù)凍結壁的穩(wěn)定情況和溫度回升情況可以采取以下應對措施。 （1）排除機電故障，盡快恢復凍結。 （2）加強凍結壁收斂和溫度變化監(jiān)測，尤其是要密切監(jiān)測凍結壁與隧道管片交界面溫度的變化，防止凍結壁局部融化透水。 （3）加強凍結壁與隧道管片交界面保溫，最好沿交界面敷設管路進行液氮凍結。 （4）快速開挖、及時支護。并根據(jù)凍結壁和支護層變形情況， 增加初期支護的內(nèi)支撐

10、。 如果停凍時間在 35天之內(nèi)，通過采取上述措施，一般是可以繼續(xù)安全地進行聯(lián)絡通道開挖的。如果停凍時間和聯(lián)絡通道開挖時間需要更長，可以考慮先施工部分混凝土襯砌，并封閉開挖作業(yè)面，或者關閉防護門，充上壓縮空氣，待恢復正常凍結后繼續(xù)開挖。 4 凍結壁失穩(wěn)和透水 4 .1 凍結壁失穩(wěn)和透水的原因 在聯(lián)絡通道開挖過程中，一旦發(fā)生凍結管鹽水漏失、遇到長時間停凍 ，或者由于開挖凍結壁形成遠未達到設計要求，就有可能發(fā)生凍結壁承載力不足和嚴重變形的情況。特別是在凍結壁與隧道管片的交界面附近，由于隧道管片散熱，往往存在局部凍結壁溫度過高、厚度過小的問題，導致在開挖過程中局部凍結壁嚴重變形，或者有軟土擠出，甚至發(fā)

11、生凍結壁透水險情。一旦凍結壁發(fā)生嚴重變形、失穩(wěn)或透水，將嚴重威脅工程的安全，必須采取應急措施進行快速、有效的處理。 4 .2 凍結壁失穩(wěn)和透水的應急處理 一旦發(fā)現(xiàn)凍結壁變形速度迅速增大，表明凍結壁承載力不足，有失穩(wěn)破壞的危險。此時必須立即支護，并考慮加強內(nèi)支撐。如果在開挖集水井時遇到這種情況，也可用土袋迅速進行回填。同時，要加強凍結，降低鹽水溫度，并檢查凍結孔是否有堵塞的情況，確保每個凍結孔的鹽水供給正常。然后，暫停開挖，對凍結壁和初期支護表面進行保溫，并嚴密觀測凍結壁和初期支護的變形。如檢查凍結壁及支護層變形得到了有效控制，可立即施工混凝土襯砌否則，可關閉防護門，直到凍結壁強度達到安全施工的

12、要求后再行開挖。 凍土遇水沖刷容易融化，水流速度越快，融化速度越快。因此，凍結壁一旦開窗透水，不能硬堵，尤其不能注漿，否則凍結壁“窗口”擴大速度會更快。此外，如果凍結壁透水已成線流，即使采用液氮凍結（在凍土表面噴灑低溫氮氣）一般也無濟于事。因此，凍結壁透水的最好處理方法是立即關閉防護門并向聯(lián)絡通道內(nèi)充壓縮空氣，保持開挖區(qū)水土壓力平衡，使凍結壁不再漏水，這樣繼續(xù)凍結，凍結壁窗口很快就會彌合。在開挖區(qū)內(nèi)水土壓力平衡后，可灌水并注入聚氨酯漿液置換壓縮空氣。 如果在施工完初期支護后發(fā)生凍結壁與隧道管片交界面滲水的情況，可先用液氮噴灑出水點附近，并觀測滲水量是否有增大趨勢。如果滲水小且沒有增大趨勢，可盡

13、快澆筑混凝土襯砌。 在凍結壁嚴重變形和漏水時，應檢查隧道管片的變形情況，對隧道管片進行支撐加固。同時，應測地面和建筑物沉降，檢查水、電、燃氣等管線是否安全。并對建筑物附近地層進行跟蹤注漿。注漿應在地面進行，不得離凍結壁太近，以免壓壞凍結壁。注漿材料宜采用水泥一水玻璃雙液漿。 如凍結壁透水，應立即通知相關部門，盡快疏散附近地面人員。 5 地層快速融沉 5 .1 地層快速融沉的原因 凍結壁融化時會發(fā)生收縮，從而引起地層沉降。在一般情況下，凍結壁融化的速度較慢，地層沉降更緩慢，因此，只要進行正常的環(huán)境監(jiān)測和跟蹤注漿處理，不會給周圍建筑物和管線等的安全構成威脅。但是，在一些特殊情況下，如施工凍結孔時地

14、層水土流失嚴重、 聯(lián)絡通道開挖時凍結壁變形大、施工支護和襯砌時與凍結壁之間存在大的空洞且未進行有效的注漿充填等，停止凍結后地層可能發(fā)生快速沉降，從而，給周圍地面建筑物和管線等造成險情。 5.2 地層快速融沉的應急處理 在聯(lián)絡通道施工期間及停止凍結后，應對施工影響范圍內(nèi)的隧道管片、地下管線、地面及其建(構) 筑物變形等進行監(jiān)測。一旦監(jiān)測結果達到了警戒值或者隧道管片、地下管線和建(構) 筑物有損壞跡象，地面沉降將影響車輛或行人安全通行，應立即采取以下方法行應急處理。 （1）對地下管線、地面及其建( 構) 筑物的安全狀況進行評估，如果存在安全隱患或險情，按相關規(guī)定對地下管線、地面和建( 構) 筑物采

15、取保護措施。 （2）觀察隧道管片和聯(lián)絡通道結構是否有破壞、滲漏情況，如隧道管片和聯(lián)絡通道結構有破壞或隧道變形超過了規(guī)定要求，立即報設計單位，制定技術方案對隧道進行加固處理。如果隧道管片接縫、凍結孔孔口和聯(lián)絡通道結構等有滲水，立即采用注漿方法進行堵漏，注漿材料可以采用化學漿液或水泥一水玻璃漿液。 （3）采用注漿方法控制地層沉降。注漿區(qū)域應選在地層沉降較大的位置，最好是地面注漿與隧道內(nèi)注漿相結合。應先注地層沉降大的位置，再注地層沉降較小的位置，先注地層深部，再注地層淺部。注漿應遵循少量、多次、均勻的原則，注漿引起的地面抬升要嚴格控制在規(guī)定范圍之內(nèi)。注漿漿液宜以水泥一水玻璃雙液漿為主， 單液水泥漿為

16、輔。水泥一水玻璃雙液漿配比可為： 水泥漿與水玻璃溶液體積比1 :1 ，其中水泥漿水灰比1 :1 ，水玻璃溶液可采用 b 3 5b 4 0水玻璃加 l2倍體積的水稀釋。在隧道附近注漿壓力不得大于0.5 m p a或隧道和聯(lián)絡通道結構設計要求的允許值。 6 凍結孔成孔偏斜過大 6.1 凍結孔成孔偏斜過大原因 凍結孔成孔最大偏斜度在行業(yè)標準中有嚴格的規(guī)定，凍結孔成孔偏斜過大會減小凍結帷幕有效厚度，成為整體帷幕中的最薄弱點，開挖過程中成為最大隱患點；凍結孔偏斜過大往往是因為在凍結孔開孔及鉆孔過程中為控制好開孔角度，未能按設計角度進行開孔。 6.2 凍結孔偏斜過大解決措施 開孔器安裝后應仔細核準開孔器的偏斜度和開孔角度，確保偏斜度和開孔角度符合設計要求。 鉆進過程中，嚴格監(jiān)測鉆孔質(zhì)量，鉆進結束后，及時對凍結孔進行測斜、打壓試驗、復測其深度。鉆孔偏斜要控制在200mm以內(nèi)，否則應補孔。 凍結孔完成后因及時對凍結孔進行檢漏實驗，確保每個凍結孔是密封的、不漏鹽水。檢漏實驗時壓力應控制在0.8mpa，