人工冻结法:给隧道做一次速冻止水
2016-04-16
地铁、隧道……近年来，长三角地区各类地下工程项目纷纷上马，但是，这些地下“长龙”却被“大水”拦住了去路。
“这一片区域沿江沿海，地层含水量大，地下施工中容易出现涌砂冒水的险情。”在南京林业大学教授杨平看来，因为工程有期限，如何尽快排险成了该地区城市地下工程建设界无法回避的问题。
早在2003年，针对长三角地区地下工程涌砂冒水频发的现状，南京林业大学教授杨平带领的团队便着手研究与开发新型人工冻结更快速安全的技术，服务地方建设。
经过多年的反复实验与理论研究，2009年10月，“液氮冻结止水盾尾刷快速更换技术”在浙江钱塘江过江隧道排险中首战告捷，挽回经济损失2820万元，缩短工期2月；2014年12月，南京纬三路长江隧道建设，当盾构推进到1.6公里处，发生盾尾刷渗漏。针对险情，杨平也采用了液氮盾尾刷快速更换技术，快速成功攻克了难关，节约资金4700万元。
人们较为陌生的液氮，如何能产生这样的神奇功效？原来“液氮人工冻结法”让液氮在输出时通过减压，使它变身成氮气后，能迅速降温达零下170摄氏度以上，这些超低温氮气被输送到2个圆环型分配器。由分配器将氮气巧妙地输送到在盾构管片钻孔植入的冻结管内，并在管内环形空间形成循环，冻结管为直径89毫米、长1—2米的钢管，氮气通过钢管排出地面。超低温的氮气通过这些“旅程”，不断地冷却周围地层。如此循环往复，周边地层就变成“铜墙铁壁”了。
“地下施工出现涌沙冒水险情时，采用‘液氮人工冻结法’相对于传统盐水冻结，能更快更安全更灵活地形成止水屏障，排除险情。”杨平介绍，“液氮人工冻结法止水盾尾刷快速更换技术”药到病除时间只需20天，而盐水冻结一般要达60天，因缩短时间三分之二，往往能为施工单位挽回直接经济损失千万元以上；该工法冻结强度更高，一般能使地层达到零下100多摄氏度，而盐水冻结的温度一般只能达零下30摄氏度，止水性更好，增加了安全性；适应性也更强，任何水压状态下都能施工，能承受高水压，是地下工程特殊抢险的良方。
“它解决了长三角一带盾构隧道建设中的涌沙冒水的关键难题。”在该项目成果鉴定会上，我国著名地下工程专家钱七虎院士如是说。
近年来，杨平带领科研团队凭借“人工冻结法技术”，为长三角地区的27条地铁和隧道快速排险，直接挽回经济损失和产生间接效益32.74亿元，项目本身已诞生发明专利8项，实用新型专利7项，申请发明专利5项，技术成果走进了长三角地区的条条隧道，让该地区地铁建设驶上快车道。
