Thi công ở vùng cát chảy (P2)

2. Làm đông
a. Lịch sử
Hình như ý đồ làm đông đất được đề ra đầu tiên vào năm 1832, nhưng phải chờ cho đến 1862 mới thực hiện thí nghiệm lần đầu để đào một giếng mỏ qua vùng cát chảy ở niềm nam xứ Galles nước Anh. Thí nghiệm đó bị thất bại vì giai đoạn đó còn thiếu mảy lạnh công suất lớn. Sau đó Poetsch đã thí nghiệm thành công ở Đúc cũng để đào giếng mỏ. Nguyên tắc đó gồm nhiều lỗ khoan trong cát chảy ngậm nước qua đó một dung dịch muối đã được làm lạnh chảy qua, đất sẽ đông lại thành vành xung quanh giếng. Nói chung, người ta có thê làm đông một lúc đến 500 hoặc 600m hay hơn. Phương pháp cho đến nay vẫn còn nguyên giá trị. Lần đầu tiên phương pháp làm lạnh được áp dụng vào công trình (năm 1888) ở Stockholm Thuy Điên để đào đường ngầm (mặt đào được làm đông bằng không khí lạnh -50°c trong 48 giờ, sau đó người ta đào hầm tiến lên. Những phương pháp bằng dung dịch muối được dùng nhiều nhất, đặc biệt vào năm 1907 để nối đường hầm và nhà ga “Saint-Mitchel” trên tuyến Mêtrô số 4.
Cùng lúc ấy, một phương pháp khác đã ra đòi lợi dụng sự làm lạnh của khí C02 hoá lỏng. Cuộc nghiên cứu bắt đầu vào năm 1905, nhưng phải đợi đến năm 1935 mới có kết quả. Việc thực hiện đầu tiên là để làm lại một lâu đài lịch sử La Mã: Ara Pads.
Cuối cùng là cách làm lạnh bằng dung dịch Nitơ. Năm 1962 qua việc đào một công trình ngầm người ta đã dùng phương pháp này để ngăn chặn nước chui vào mặt đào. Nhưng sau đó không còn một sự áp dụng nào nữa.
h. Làm đông bằng dung dịch muối
Người ta cho chạy vào các hố khoan phân bố trong đất, một dung dịch muối mà nhiệt độ biến thiên từ -15°c đến -30°c. Dịch thể làm lạnh có thể là một dung dịch muối natri hoặc magnesium. Các muối ấy phải nguyên chất, bởi vì nếu có tạp chất vào có thế làm thay đối điểm đône lạnh của dung dịch muối clorua calcium (CaCl2) rất tuyệt vời, vì điểm đông lạnh của nó
là -54°c, thông thường người ta có thể đạt đến nhiệt độ khoảng -40°c. Nhưng đã từ lâu người ta thích dùng colorua magnesium vì nó thuần chất trong tự nhiên và trên thưcmg trường.
Trong một số trường họp, người ta dùng rượu vì nó đông ở -112°c hoặc một dung dịch muối clorua calcium và rượu. Các máy làm lạnh sử dụng nói chung dùng ammoniac làm chất đông lạnh.
Nếu đê đào giếng mỏ, thì phải cần từ 3 tuần đến 1 tháng để tạo ra một bức tường dày 1,5m vói các lỗ khoan cách nhau 0,8m đến l,2m.
Đe thi công một đường hầm người ta phải bắt buộc làm đông một hình thang vào khoảng 10.000m3. Nhiệt độ dung dịch muối vào khoảng -23 đến-25°c cần phải 1 thảng mới làm đông được hết và phải thêm 1 tháng nữa để nhiệt độ hạ xuống -60°c. Năng lượng điện tối đa cần phải tiêu thụ vào khoảng 160.000kW.
c. Làm đông bằng khí C02
Khí C02 cho phép hạ đến các nhiệt độ vào khoảng -30 đến -50°c. Tuỳ theo độ ẩm ướt của đất, người ta bố trí hệ ống làm lạnh cách nhau khoảng lm tạo ra một hàng rào hình trụ tròn xung quanh hầm đường kính khoảng 2,5m và bề dày tối thiểu lm sau 4 ngày chạy thử. Trong lân thử đâu tiên người ta thử làm đông một khôi khoảng 3.000m3. Trong giai đoạn chạy thử, người ta đã ghi nhận một độ giảm nhiệt 0,8°c/ngày và cuối đợt kéo dài nhièu tháng, bề dày lóp bảo vệ bên ngoài là l,5m -r 2m.
Hệ thống hoạt động chỉ gồm có:
– Một cụm máy lạnh đon giản;
– Một hệ thống ống nước;
– Một trang bị các ống thu;
– Các ống làm đông lạnh.
d. Dịch thế Nitơ
Nguyên lý cũng tưcmg tự với nguyên lý dùng khí C02, song nhiệt độ hạ thấp có thể đến – 196°c. Nhưng dùng khí Nitơ hay khí C02 có các điều lợi sau:
-Nhiệt độ hạ thấp hon;
_ Không cần thu hồi khí đã hoá nóng;
-Vận chuyển Nitơ lỏng bằng ôtô rất dễ dàng, nhà máy lạnh có thể ở rất xa.
Phương pháp làm đông lạnh này rất nhanh, có thể bố trí hệ ống dẫn và không khó khăn gì sẽ đạt được nhiệt độ từ -30 đến -50°c. Tường dày lm được tạo ra xung quanh cấc ống khoan cách nhau 1 m sẽ được hình thành sau một ngày (dùng C02 phải mất 4 ngày) và nhiệt độ có thể đến -30°c. Song việc làm đông bằng dung dịch thể Nitơ cực kỳ đắt đỏ chỉ nên dùng để vượt qua chỗ rất khó khăn và chiều dày ngắn; nó cũng dùng cho chỗ gương đào khó khăn.
Tóm lại:phương pháp làm đông rất đắt đỏ, rất chậm chỉ nên dùng trong trường họp đặc biệt như làm đông suốt cả chiều cao đoạn đào, chỗ nước chảy làm đông sẽ không thực hiện được vì bị nước cuốn. Khi đất đông sẽ trương lên và khi tan đông đất sẽ lún xuống,đó là đặc điểm về vật lý cần phải chú ý.