工程概要與發生災變狀況
本案例如圖1所示,為地下鐵工程橫跨河川,對於橋梁下方的土壤冰凍防護,以垂直冷凍管形成大規模的凍土。因位於交通量大之幹線道路下,且重要埋設物多,又必須確保河川的流水,同時此隧道工程上方因接近河川底部之土壤覆蓋淺,故採用冰凍工法。
將隧道剖面切成橫向3塊,縱向3塊,共9個剖面開始挖掘。在挖掘中,下段槽溝起至上段為止,凍土內發現有為數甚多之龜裂。茲將佔全剖面的1/3之山側槽溝挖掘時,所觀察的龜裂之發生狀況示於圖2。龜裂的發生方向,在上下方向多為寬1~3cm左右,也有大於此者。挖掘中發現冷凍管有折損之處,循環液由該處流失,凍土發生侵蝕融解。
在挖掘進行中,發現井道基礎拆除部分附近之冷凍管折損,與循環液自該部分流失。流失的循環液之濃度逐漸變淡,最後變成河水。湧水量從20ℓ/min,在7小時後增大至80ℓ/min。
災變原因
龜裂的發生與冷凍管的折損,推測起因於凍脹。形成2萬m3之大量凍土塊時,由複雜的土質構成與凍土的形成順序等之關係推測,冰凍進行過程中,產生不均勻的部分,其結果未冰凍部分存留於中間,最後此部分冰凍時,產生甚大的凍脹壓,導致凍土發生龜裂及冷凍管折損等現象。
湧水的原因推測為,橋台下之冷凍管因凍脹而折損,凍土因循環液的流失而被侵蝕後,導致河水經由井道的龜裂或混凝土澆置之接續部分流入開挖面。
因應措施
水湧至開挖面後,將顏料流入河內,開始調查流入口,同時自槽溝內,利用化學灌漿開始進行止水作業。於發現自河內之流入口後(橋台附近),在橋台上游側投進砂包,由河內進行化學灌漿。採取此種措施,湧水量由80ℓ/min降至10ℓ/min,趨於穩定狀態。另自橋台附近之路面側形成湧水路之井道內,進行灌漿,自湧水約29小時後即完全止水。再者,至於龜裂部分,隨時利用挖掘棄土予以充填修補。
獲得的啟示
凍土內留有未冰凍部分,最後擬將其冰凍時應極力避免。應採取插入加熱管,維持未冰凍部分,若難以避免其冰凍,則採取設置釋壓管等之方法,以利釋放凍脹壓。也可考慮使用延展性較大的冷凍管,以防止其破損。此外,亦應顧慮到萬一冷凍管折損時,可隨時替換。
圖1 地鐵工程冰凍工法施工概要 |
圖2 凍土內龜裂之發生狀況 |
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