他山之石

冰凍工法災變案例(續1)

冷凍管循環液滲漏導致凍土壁的形成不良

姚義久 博士

工程概要與發生災變狀況

本工程如圖1所示，係使口徑4m之泥水式潛盾機鑽掘至與既有的污水管銜接之冰凍防護，利用自地上的垂直冷凍管與既有的污水管內以及到達潛盾機內之斜向冷凍管，形成凍土壁。地盤多為細砂層，其下層為礫石層。

於判斷已按計畫完成凍土之形成後，開始鑽掘。鑽掘自潛盾機前方之上段分段進行鑽掘，僅留下最下段約1m未鑽掘。

如圖2所示，在既有污水管的前方所留下的鋼板樁，於撤除之際自底部發生湧水，數分鐘後達200～300ℓ/min。其後自地盤的流出量與時遽增。雖在湧水地點堆置砂包，以防流砂，但其效果不大，認為情況危急，在潛盾機到達段內，堆置砂包，以防土砂之流入。同時間之地面部分，於既有污水管的冰凍工區外，發生凹陷，30分鐘後如圖2所示，凹陷擴及至機房下方之冰凍區域。

災變原因 

推測因冰凍不完全，尚留有未冰凍部分所致。其原因可歸納如下：

(a) 冷凍管埋設精度的不良，引致冷凍管相互之間距太大。

(b) 冷凍管內之冷卻液循環不良。

(c) 地下水流阻礙凍土的成長。

(d) 冷凍管內之冷卻循環液（稱為鹵水之CaCl₂水溶液）滲漏。

根據現地狀況之調查結果，本案例之原因，推測為第(d)項。

既有污水管內之斜向冷凍管，係在惡劣的條件下埋設。換言之，對於下層始料未及的礫石層，材料投入口狹窄，不得已使用功率較小的鑽機，由於空間狹小，故冷凍管的埋設是一面焊接40cm以下之短管，一面進行。此時，承壓地下水在逆流的狀態中，而有數支冷凍管係在此狀態下完成焊接及埋設。冷凍管埋設後，在耐壓測試中雖然全部合格，但在此數支冷凍管中，有焊接不良之處，少量循環液緩慢由此滲出，停留於地層中，導致凍土壁之形成不良，此為造成此次災變的直接原因。

因應措施

完整的冰凍部分，繼續冰凍維持之，同時為了止水，併用壓氣工法，使銜接工程完成。先在既有的污水管以及到達潛盾機之上方與兩側，再次冰凍門形凍土，在既有的污水管內重新建造凍土壁，以供壓氣蓋之用。其次，自到達潛盾側加壓，一面防止自下方冒水，一面挖掘流入之土砂以及銜接部分。其後利用環片進行襯砌與背填灌漿，最後挖除供壓氣蓋用的凍土壁，完成復原工程。

獲得的啟示

冷凍管埋設後，必須進行耐壓測試，確認每支冷凍管足以承受冷卻液循環時所生之壓力以及完全無滲漏現象。另應備有可經常檢測出配管內之壓力下降或循環液之供應槽液面下降等之監測設備，以利提供循環液發生滲漏等異常現象之訊息，作為應變管理之資訊，降低災變之機率。

圖1  冰凍工法施工概要		圖2  災變發生狀況

參考資料

姚義久（2006）。地盤冰凍工法理論與實務，現代營建雜誌社。