地鐵工程凍結(jié)法施工常見事故原因分析

1、第34卷第36期山2008年12月文章編號:100926825(2008)3620309202SHANXIARCHITECTURE西建Vol.34No.36筑Dec.2008309地鐵工程凍結(jié)法施工常見事故原因分析田淮勝摘要:結(jié)合凍結(jié)法自身的特殊性,對凍結(jié)法在地鐵工程應用中的凍結(jié)孔鉆孔時水土噴涌、隧道管片損壞、凍土帷幕失效以及凍脹融沉等各種事故的原因進行了分析,為事故的防范和治理提供了方向。關(guān)鍵詞:凍結(jié)法,事故,盾構(gòu)隧道,聯(lián)絡(luò)通道,地鐵中圖分類號:U231.3文獻標識碼:A)是利用人工制冷技術(shù),通人工地層凍結(jié)工法(簡稱“凍結(jié)法”過埋設(shè)在地層中的凍結(jié)管帶走地層中的熱量,使地層中的水結(jié)冰,把天然巖

2、土變成凍土,形成具有較高強度和穩(wěn)定性的凍土帷幕,隔絕地下水與地下工程的聯(lián)系,以便在凍土帷幕的保護下進行地下工程掘砌施工的特殊施工方法。凍結(jié)法具有自身的特殊性,如鉆孔工序的必要性、凍土性質(zhì)和凍土帷幕性狀的變化性、土體凍脹融沉的自然性。由于這些特性的存在,凍結(jié)法在凍結(jié)孔鉆孔、凍結(jié)、開挖以及凍土解凍過程中都可能發(fā)生事故。因此,凍結(jié)法是一種風險很大的工法,稍有不慎便可釀成大禍。當前,在軟土地區(qū)的地下工程建設(shè)中,凍結(jié)法得到普遍應用。由于凍結(jié)法的特殊性,隱蔽性。本文分析了凍結(jié)法常見事故的原因,施,為凍結(jié)法施工安全控制提供參考1)凍土帷幕形成不足。凍土帷幕自身形成不足的原因有凍結(jié)冷量不足、凍結(jié)管缺陷、冷量流

3、失、地層凍結(jié)溫度低和難凍地層等。冷量不足可以是設(shè)計制冷量不足、制冷設(shè)備效率不足、凍結(jié)器鹽水流量不足等原因引起的。制冷設(shè)備效率不足除了機器本身的問題外還可能是高溫季節(jié)冷卻水溫度過高導致制冷效率下降。鹽水流量不足的原因可能是鹽水配給不合理,也可能是凍結(jié)器意外堵塞或凍結(jié)器內(nèi)殘留空氣,一般由鉆孔、地下水流速過大、地層中有高導,其中結(jié)構(gòu)散熱最為常見。結(jié)構(gòu)散熱可能、凍土帷幕與結(jié)構(gòu)之間的凍著(膠結(jié))面積不足和兩者之間的凍著強度不足。地層凍結(jié)溫度低指地層結(jié)冰的溫度比預料的低,導致凍土帷1凍結(jié)孔鉆孔事故幕厚度小于設(shè)計厚度。這種情況多發(fā)生于黏性土和含鹽土層。難凍地層指地層凍結(jié)發(fā)展速度過低,不能在計劃時間內(nèi)達到的孔

4、口密封失效事故,、噴砂,嚴重時因地層損失過大導致地下結(jié)構(gòu)變形破壞,造成地面建筑、地下構(gòu)筑物和管線的破設(shè)計要求。地層含有阻凍(不易凍結(jié))異物,如早期泄漏的鹽水、先前工壞,甚至工程淹沒的災害,在凍結(jié)孔進入承壓水地層時尤其危險。其主要原因是土層隨鉆孔循環(huán)漿液流失或者是孔口密封裝置失效。程遺留的聚氨酯等。2)凍土帷幕惡化。2管片損壞事故凍土帷幕惡化的主要原因有鹽水泄漏、結(jié)構(gòu)散熱、凍土開挖管片損壞有兩種情況,鉆孔對管片造成過大損傷和開挖時拆面散熱、異常熱源和冷凍機異常停機等。除部分管片使管片環(huán)喪失完整性,導致管片的過大變形甚至失穩(wěn)。鹽水在凍土中泄漏會引起凍土融化。鹽水泄漏可由于凍結(jié)過密的凍結(jié)孔布置方案難

5、免會切斷過多的管片主筋、破壞結(jié)管缺陷(如接頭焊縫質(zhì)量)和凍結(jié)管斷裂而發(fā)生。凍結(jié)管斷裂的構(gòu)的完整性,對管片造成過大損傷。開挖時拆除部分管片使管片原因可以是:凍土帷幕變形過大、凍脹過大、開挖變形過大、開挖環(huán)喪失完整性,造成隧道開口處出現(xiàn)較大應力集中,導致管片的損傷和凍結(jié)孔成孔彎曲導致的凍結(jié)管變形應力過大。過大變形甚至失穩(wěn)。結(jié)構(gòu)散熱主要是由于保溫層失效、高溫空氣對流和表面凍結(jié)3凍土帷幕事故)失效等因素造成的。結(jié)構(gòu)散熱引起的凍土帷管(俗稱“冷排管”幕惡化不僅表現(xiàn)在凍土帷幕溫度升高、體積減小,更具有危害性的3.1凍土帷幕的幾何缺陷Thecommonaccidentandtreatmentmethodin

6、highwaybridgepilefoundationconstructionLIXianAbstract:Combiningwiththepracticeexperiment,thecommonaccidentinhighwaybridgepilefoundationconstructionwasanalyzed,andthecorrespondingtreatmentmethodwasprovided,itpointedoutthatstartedfromdesignfirst,thenpaidcloseattentiontoeveryprocedurecon2structionquali

7、ty,whichcanreducepilefoundationaccidentoccurrence,guaranteesmoothrunningofhighwayconstructionandengineeringe2conomicefficiency.Keywords:bridge,pilefoundation,construction,accident,treatmentmethod收稿日期:2008209201作者簡介:田淮勝(19612),男,工程師,中煤特殊鑿井(集團)公司上海分公司,上海200023310第34卷第36期山2008年12月西建筑是減小凍土帷幕與結(jié)構(gòu)之間的凍著面積和降

8、低兩者之間的凍著強度。凍土開挖面散熱也是引起凍土帷幕惡化的一個因素。開挖面使凍土帷幕接觸空氣對流而溫度升高,從而強度降低。當開挖面暴露時間過長時凍土帷幕較大程度惡化的可能性增大。異常熱源(如混凝土水化熱、高溫管道、溫泉等)的熱侵蝕也會引起凍土帷幕惡化。冷凍機異常停機供冷中斷時間過長也必定惡化凍土帷幕。3)地層缺陷。假如凍土帷幕設(shè)計范圍內(nèi)及其附近存在沼氣包、溶洞和暗浜等地層缺陷,或者地層因先期工程遭到過劇烈擾動,會在凍土帷幕中形成空洞或冰體,造成凍土帷幕缺陷,有時甚至是致命的缺陷(開挖時形成凍土帷幕“開窗”導致透水事故)。有明顯影響。若對較高含鹽量土層缺乏認識而按無鹽土層計算,則可能導致凍土帷幕

9、性狀的誤判。6)意外地層缺陷。凍結(jié)范圍內(nèi)及其附近如果存在地層缺陷(如氣包、溶洞、暗浜和劇烈施工擾動等)或地層突變而不知,則將導致凍土帷幕性狀的嚴重誤判。4凍脹事故凍結(jié)過程中由于土體凍脹現(xiàn)象引起的凍結(jié)管斷裂和地下結(jié)構(gòu)變形破壞事故,前者有可能造成凍土帷幕薄弱區(qū)導致凍土帷幕失穩(wěn)事故,后者可能影響到地下結(jié)構(gòu)的使用壽命。凍脹現(xiàn)象是自然規(guī)律。凍脹事故發(fā)生的原因主要有凍脹敏感性地層、凍結(jié)時間過長、凍土體積過大和凍脹控制措施不力。凍脹敏感性地層是發(fā)生凍脹的必要條件,對地層的凍脹敏感性認識不足是凍脹超出預料的原因之一。凍結(jié)時間過長是凍脹過大的常見原因。凍結(jié)時間過長必將產(chǎn)生過大的凍土體積,導致絕對凍脹量越大。3.

10、2凍土帷幕的物理缺陷凍土帷幕的物理缺陷指凍土帷幕沒有達到設(shè)計的強度和剛度。強度和剛度不足都可能導致凍土帷幕事故。造成凍土帷幕強度和剛度不足的原因主要有凍土帷幕溫度過高和低強度地層。凍土溫度過高時無法達到設(shè)計強度。一些地層凍土本身的強度偏低,如果在設(shè)計凍土帷幕范圍內(nèi)意外出現(xiàn)這種地層,則會導致凍土帷幕強度無法達到設(shè)計指標。凍土帷幕剛度不足的主要原因有凍土溫度過高、開挖后凍土暴露時間過長、開挖空幫過大、初襯失效和強蠕變地層等。5融沉事故凍土的融沉也是自然規(guī)律。目前控制融沉主要通過凍土融后注漿來實現(xiàn),由于自然解凍時間,。采用強制解凍措,但工程中往往缺乏足夠的,使得注漿不能保證準確到位。,由于種種條件的

11、限制,注漿管難以布置到最佳位置,從而不能保證對整個凍結(jié)區(qū)域進行充分的注漿。3.3凍土帷幕性狀的誤判凍土帷幕的性狀是不斷變化的,1)凍結(jié)管位置誤差基本數(shù)據(jù),、凍結(jié)管后期變形(可由鉆孔地層損失過大、凍脹和開挖等因素引起)。當凍結(jié)管間距過大或長度不足而沒有發(fā)現(xiàn)時,則可能導致誤判。2)測溫點位置誤差。測溫點空間位置資料也是溫度場計算的基本數(shù)據(jù),測溫點布置在測溫孔當中,所以其誤差和凍結(jié)管一樣,可以是測溫孔成孔數(shù)據(jù)測量失真、測溫孔后期變形引起的。3)溫度監(jiān)測數(shù)據(jù)失真。溫度監(jiān)測數(shù)據(jù)失真必然會導致溫度場計算結(jié)果失真。監(jiān)測數(shù)據(jù)失真一般有測溫傳感器和監(jiān)測系統(tǒng)故障、干擾等因素。4)溫度場數(shù)學模型不適應。不同的凍結(jié)管

12、布置形式有不同的溫度場數(shù)學模型,凍結(jié)管布置形式復雜時往往需要幾種溫度場數(shù)學模型聯(lián)合使用,因此數(shù)學模型選用的正確與否決定了溫度場計算結(jié)果的正確與否,不合適的數(shù)學模型將導致溫度場的誤判。5)凍土性能偏差。凍土性能偏差是指凍土物理力學性質(zhì)、熱物理性質(zhì)參數(shù)的不準確。凍土力學性質(zhì)的偏差將導致凍土帷幕安全狀態(tài)評估結(jié)果的誤差。含水量是影響凍土性質(zhì)的一個重要因素,而不同工程中即使相同土層也經(jīng)常出現(xiàn)含水量較大的差異。含鹽量不但對凍土強度有影響,更主要的是對土層凍結(jié)溫度6結(jié)語除了上述主要的常見事故以外,還有許多因素可能導致凍結(jié)的事故。例如,供電系統(tǒng)故障、凍結(jié)系統(tǒng)運行故障、凍結(jié)系統(tǒng)拆除不及時、高溫天氣影響等等,此外

13、還可能是管理失誤。在摸清各種事故發(fā)生的確切原因的前提下,我們便可找到有效的防范和治理措施。地下工程特別是盾構(gòu)隧道連接通道的凍結(jié)法施工是一項高風險的工作,在施工的每一個環(huán)節(jié),特別是在開挖砌筑階段,必須根據(jù)凍結(jié)法的特殊性,密切監(jiān)視風險因素的發(fā)展和變化,及時發(fā)現(xiàn)事故征兆,在第一時間采取必要的、可靠的措施,把事故消滅在萌芽狀態(tài),確保工程的安全。參考文獻:1余暄平,朱衛(wèi)杰.上海軌道交通4號線施工中流砂事故的修復工程J.中國市政工程,2008(1):64267,97.2白云,湯競.軟土地下工程的風險管理J.地下空間與工程學報,2006,2(1):21227.3秦一雄,胡向東,尚新民,等.人工凍結(jié)技術(shù)在上海

14、地下工程中的應用J.隧道建設(shè),2007(8):3492353.4姚志賢,龔麗蓉.人工凍結(jié)法地鐵施工的數(shù)值分析研究J.山西建筑,2007,33(12):2622263.AnalysisofcausesofusualaccidentinapplicationofgroundfreezingtosubwayconstructionTIANHuai2shengAbstract:Combinedwiththeparticularityofthefreezingmethod,thecausesoftheusualaccidents,suchassandandwaterblow2outduringfreezeholedrilling,tunnelsegmentdamage,frozensoil