液氮冻结在隧道工作井二次封堵水中的应用.pdf

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1、第5期(总第162期)2012年10月中国’匮z农CHINAMUNICIPALENGINEERINGNo．5(SeriaINo．162)Oct．2012DOI：10．3969／jissn．1004—4655．2012．05．021液氮冻结在隧道工作井二次封堵水中的应用汪振伟1。王星童2(1．中国中铁二院重庆分院，重庆400015；2．中国矿业大学力学与建筑工程学院，江苏徐州221008)摘要：介绍了为封堵工作井异常涌水涌砂缝隙，以某隧道新工作井液氮二次冻结封堵水工程为背景，基于液氮气化时剧烈吸热的原理，提出采用液氮土层冻结技术

2、快速冻结封堵涌水的解决思路。初期盐水冻结壁有缺陷情况下运用原有冻结管和新增冻结管液氮封水冻结，以及冻结帷幕的形成和冻结孔布置参数的设计、施工流程与冻结效果。关键词：液氮；冻结施工；冻结帷幕；二次冻结中图分类号：U455．49文献标志码：B文章编号：1004—4655(2012)05一0062—04液氮冻结是一种土层人工冻结技术，靠液氮在冻结管内直接气化吸热带走地层中的热量，从而实现土层的快速冻结，属于物态变化的制冷范畴¨。1。液氮冻结系统简单，使用设备少，同时具有冻结速度快、冻结温度低、冻土强度高、冻结工作操作方便等特点。目前

3、多数液氮冻结应用于工程抢险，特别是在一些特殊地层，或是在抢险堵水、处理紧急事故以及交通发达区域的地下建筑施工中旧。。。本文研究分析了盐水冻结壁遭破坏后，在液氮二次冻结情况下温度场的发展规律和冻结壁形成过程，为今后类似工程提供可靠的数据支持。1工程概况为了保证盾构顺利进洞，首先采用盐水冻结法加固接收井周边土体，盾构机到达接收井位置时，在拼装环片的施工中，发生突发性施工事故，造成接收井井口一侧沿隧道轴线方向发生地表沉降。依据现场情况，在原隧道盾构机周围采用冻结加固的方法，取出隧道里的盾构设备，同时在未受影响隧道上方新建工作井，通过

4、冰塞封水，完成隧道与新工作井的连接。2009年3月19日，临时工作井开挖至19．5m处，施工人员在进行土方开挖作业时将4号和5号槽混凝土角桩拔倒，接缝处突然出现涌水、涌砂。实地查看，发现该缝隙成A字形，最宽约20cm，长约1．5m。立即对工作井进行回灌水，对6个接缝采用收稿日期：2012一03—31第一作者简介：汪振伟(1982一)，男，山东郓城人，硕士，现工作于中国中铁二院重庆分院，主要从事隧道及地下工程方面的研究和设计工作。62预留西89mm的冻结管及加设新冻结管进行液氮二次冻结方案。2液氮二次冻结设计液氮二次冻结的目的是

5、封堵槽壁结构接缝处的涌水涌沙。此工程的难点有3点。1)在槽壁接缝处预埋两冻结管有偏离接缝现象，接缝可能在冻结范围之外。若接缝处出现漏水点，现有冻结可能起不到作用。2)存在槽壁向外或向内倾斜的现象，并有向下发展的趋势，液氮二次冻结加固范围难以准确确定。3)槽壁有较厚的土夹层和较厚的沉淀层时，对冻结设计有较大影响。利用原有以及增设的冻结孔，对存在风险的槽壁接缝处进行液氮二次冻结，使得新工作井在排水、开挖、修补工作时，冻结壁能够隔断加固区域与外部的水力联系，能够抵抗槽壁面上的水土压力，形成的冻结壁与地下连续墙外表面完全交接，保证新工

6、作井开挖及修补施工安全。2。1冻结设计参数设计冻结壁发展半径为0．54m，排孔冻结冻结壁厚度为1．1m，冻结壁平均温度为一15℃。液氮槽车积极冻结期排气温度控制在一100一一130℃bj，消极冻结期排气温度控制在一85～一110℃，压力控制在0．10～0．15MPa。根据连续墙施工中存在的问题、槽壁存在缺陷的位置、缺陷的范围等及对冻结范围的要求，在2号和3号槽接缝处外侧增设1个冻结孔，3号和4号槽接缝处外侧增设2个冻结孔，4号和5号槽接缝处外侧增中I习彳政工锉汪振伟，王星童：液氮冻结在隧道工作井二次封堵水中的应用2012年第5

7、期设3个冻结孔，6号和7号槽接缝处外侧增设2个冻结孔，7号和8号槽接缝处外侧增设1个冻结孔。为了掌握冻结帷幕的发展状况，在4号和5号槽增设冻结孑L的外侧，根据测斜的实际情况，加增1个测温孔。冻结孔和测温孔的具体布置见图1。颅埋冻图1冻结孔和测温孔布置图2．2冻结系统冻结系统中，冻结孔取用咖89mm×4mm的不锈钢无缝钢管，钢管间通过不锈钢焊条坡口对接焊接，同时供液管选用咖32mm×3．5mm规格的不锈钢无缝钢管，下放到冻结管底部，地面由液氮槽车用不锈钢软管与供液管连接。液氮通过供液管输送到冻结管中，在冻结管内气化吸热，氮气由冻

8、结管顶部的排气管排出。测温孔取用咖89mm×5mm20号低碳钢无缝钢管。由于液氮温度极低，管路内外温差极大，故冷量极易散失。为减少冷量的散失，对暴露在空气中的管路，包括连接不锈钢软管、控制阀、连接接头等进行保温处理。2．3监测系统冻结系统的监测内容包括液氮进液温度、排气温度、