他山之石

冰凍工法災變案例二

冷凍管折損與循環液滲漏導致凍土的侵蝕

姚義久  博士

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