家里的冰箱制冷，大家一定都很熟悉。不过，您听说过利用冰箱的原理把土体冻成“冰块”，再在冻土里进行打洞施工吗？在太原市地铁2号线一期工程的联络通道施工中，首次采用了这种“冷冻法”新工艺。这种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。12月23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。
1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”型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。
2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，多为粉细砂土质。化章街—通达街区间，地下同样富水，多为粉细砂及粉土的土质。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“冰棍”，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。
3至少40天“冷冻期”
“联络通道位于地下20米处，平时的平均土温为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。
太原晚报记者 李涛
版式设计 李涛
责任编辑 晚霞
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