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“大冰箱”把地下土体变“冰块”

太原市地铁施工用上“冷冻法”

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来源:太原晚报 2019-01-18 09:46:24


家里的冰箱制冷,大家都很熟悉。不过,您听说过利用冰箱的原理把土体冻成“冰块”,再在冻土里打洞施工吗?在我市地铁2号线一期工程的联络通道施工中,就首次采用了这种“冷冻法”工艺。这种新工艺不仅能够确保施工安全,而且可以免去传统降水施工对地下水的浪费,规避涌水涌沙的风险,同时在施工过程中减少了扬尘。昨日,记者前往中铁十七局太原地铁2号线土建施工02标段项目部,感受这种新工艺的奇妙之处。

联络通道用处大

在中铁十七局太原地铁2号线土建施工02标段,随着两条盾构区间的相继贯通,目前正在实施两处联络通道的建设。正是这两处联络通道,采用了这种“冷冻法”新工艺。

啥是联络通道?该标段项目书记侯德彪介绍,按照消防要求,地铁隧道长度每超过600米时,就要设置一处联络通道。02标段两个盾构区间,分别是化章街—通达街区间、通达街—康宁街区间,隧道长度均在1公里至1.2公里之间,所以各设有一处联络通道,分别位于两个盾构隧道的中间点。

他表示,联络通道的主要作用是横向逃生通道,当一条隧道内发生火灾或坍塌等险情时,乘客可以通过联络通道紧急逃生至隔壁隧道疏散。

另外,长度大于600米的隧道一般会被设计成两头高、中间低的“V”字形状,而并非大家想象的一条直线。这种设计主要是绿色节能运营理念,地铁列车出站下坡利用重力加速,进站上坡利用重力减速,而“V”形坡的地铁隧道内明水将汇集于隧道中部最低点,需要水泵抽排,为节省工程造价,因此一般将联络通道与废水泵房合建,利于抽排水。

土体冷冻成"冰块"

该标段项目总工唐伟轩表示,目前,联络通道施工常用的工法有管棚法、水泥土垂直加固法和水平冷冻加固法,而前两种工艺方法主要应用于无水地层或自稳定较好的地层,太原地层的富水特性对于冷冻法来说,相当于变劣势为优势。

他说,这种冷冻法的工艺在南方城市已得到广泛应用,主要因为它有以下几个优点:采用冷冻法施工的冻土帷幕强度较高,土体强度可达8MPa以上,具有很强的抗坍塌能力。施工安全性能高且具有不透水的优点,特别适合在太原这类含水丰富、稳定性差的地层中应用。而且,冷冻法可以不占用地面,能在单侧隧道内施工,占用场地小、布置灵活。免去了封路和地面建筑拆迁,可以减少环境污染,不影响城市的正常生活与生产活动。

此外,利用这种工艺施工时,只是短期改变地层的温度,不会改变地层的化学成分,对地层无污染,尤其是不会污染容易扩散的地下水,属环保型工法。

唐伟轩介绍,通达街—康宁街区间,地下水丰富,多为粉细沙土质。化章街—通达街区间,地下同样富水,多为粉细沙及粉土的土质。上述土质,意味着土颗粒细小,容易在施工中出现流沙情况。基于以上综合考虑,项目部在这两个区间的联络通道施工中采用了“冷冻法”。简单说,就是利用人工制冷技术,使地层中的水结冰,就是先把土体冷冻成坚硬的“冰块”,增加其强度和稳定性。这样,相当于把松软的土体变成了“保护壳”,再在中间开挖。

至少40天"冷冻期"

“联络通道位于地下20米处,日常的平均土温为20℃左右。冷冻后,土体的平均温度可以降到-10℃以下,形成2米厚的冻土帷幕,并隔断外部水土联系。这样,就能采用‘矿山法’开挖帷幕的中间部位了。”唐伟轩介绍,这与利用冰箱速冻食物的原理一样,但冷冻期的时间更长,至少要经过40天,土层慢慢降温,才能降到理想的温度。

“在冷冻之前,先要在地下土层上打很多冷冻孔,再布设冷冻管。这时,就要用上冷冻机了。”他说,冷冻机相当于“大冰箱”,其工作原理与冰箱相似,先通过温度较低的工业盐水循环导出土壤的热量,再用氟利昂降低盐水温度,最后利用清水循环将热量最终散发掉。这个过程中,随着工业盐水的温度逐渐降低,不断带出土体热量,土层的温度越来越低,越来越坚硬。当工业盐水温度达到-28℃以下,平均温度为 -10℃ 以下的冻土帷幕厚度达到标准时,即可凿洞开挖。

记者沿着地下隧道,来到一处联络通道施工现场,开挖出的洞室寒气逼人。墙壁变成巨大的“冰块”,地铁工人手持冲击钻“凿冰”。据悉,在开挖期间,“大冰箱”会一直制冷,只有等到开挖最后完毕,并完成钢筋混凝土结构施工,才会对土层解冻。

唐伟轩表示,这种冷冻法施工技术适应面广、安全可靠、污染性小,而且完全不用抽排地下水,一定程度上也减少了地下水资源的浪费。这个工艺在我市的地铁联络通道施工中尚属首次。本报记者李涛

责编:俞涛


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