井筒凍結(jié)法礦建施工技術(shù)

【摘要】本文主要闡述了井筒凍結(jié)方式、凍結(jié)鉆孔、井筒掘砌施工等技術(shù)問(wèn)題。

【關(guān)鍵詞】井筒凍結(jié)法；礦建施工；技術(shù)

1、井筒凍結(jié)方式

1.1全深凍結(jié)

全深凍結(jié)是設(shè)計(jì)的所有凍結(jié)孔深度與井筒需要的凍結(jié)深度 -致，全深一次凍結(jié)形成凍結(jié)壁的一種凍結(jié)方式。按所凍地層的不同，全深凍結(jié)分為兩種情況：一是以?xún)鼋Y(jié)不穩(wěn)定沖積層為主，二是將沖積層和含水基巖一起作為凍結(jié)對(duì)象。在基巖部分巖性破碎、裂隙發(fā)育、涌水量及地壓較大的情況下，要求所形成的凍結(jié)壁能滿(mǎn)足承載要求，這時(shí)要選擇沖積層和基巖作為凍結(jié)對(duì)象而采取全深凍結(jié)方式。全深凍結(jié)方式適應(yīng)性強(qiáng)，施工安全可靠，被廣泛采用，但對(duì)凍結(jié)段以下的地層巖性及涌水量等資料必須掌握可靠，不然，可能給凍結(jié)段以下部分的掘砌帶來(lái)困難。

1.2差異凍結(jié)

差異凍結(jié)即長(zhǎng)短腿凍結(jié)，是按地層不同深度對(duì)凍結(jié)壁的不同要求而選擇的一種凍結(jié)方式。在沖積層底部的風(fēng)化巖層附近賦存含水層且與沖積層有水力聯(lián)系，下部有隔水層時(shí)，要求凍結(jié)壁在沖積層內(nèi)以承載為主，而基巖段以封水為目的時(shí)，應(yīng)采用此凍結(jié)方式。為達(dá)到?jīng)_積層和基巖段不同的凍結(jié)目的，凍結(jié)孔在同一圓周上采取長(zhǎng)短孔間隔布置。長(zhǎng)孔深度為井筒的凍結(jié)深度，短孔底部設(shè)置在進(jìn)入風(fēng)化巖層不小于10m的深度。為確保長(zhǎng)孔底部形成一定厚度的凍結(jié)壁，必須控制長(zhǎng)孔孔底的間距，其最大間距通常要小于4.5m，以保證開(kāi)挖到短孔底部之前長(zhǎng)孔部分凍結(jié)壁已滿(mǎn)足施工要求。為加快上部?jī)鼋Y(jié)壁的形成，實(shí)現(xiàn)提前開(kāi)挖，并使下部?jī)鼋Y(jié)壁盡早交圈，長(zhǎng)短凍結(jié)孔應(yīng)同時(shí)開(kāi)始凍結(jié)，短孔町采用鹽水反循環(huán)方式，長(zhǎng)孔采用鹽水正循環(huán)方式。差異凍結(jié)由于凍結(jié)總長(zhǎng)度和冷量消耗較小，并能完成較深的凍結(jié)并施工，既凍結(jié)了沖積層，又處理了基巖含水層，具有較好的經(jīng)濟(jì)效果，得到了廣泛的應(yīng)用。

1.3局部?jī)鼋Y(jié)

在不穩(wěn)定含水層位于沖積層中部或下部，而上部較穩(wěn)定不需凍結(jié)；或不穩(wěn)定含水層位于上部和下部，而中部較穩(wěn)定不需凍結(jié)；或上部井筒已施工過(guò)而下部地層復(fù)雜或發(fā)生過(guò)事故需用凍結(jié)處理時(shí)，都可采用局部?jī)鼋Y(jié)方案。這時(shí)，不進(jìn)行凍結(jié)的士層應(yīng)是穩(wěn)定的，并且要采用普通法通過(guò)。局部?jī)鼋Y(jié)較一次全深凍結(jié)消耗冷量少，凍結(jié)時(shí)間短，節(jié)省費(fèi)用。局部?jī)鼋Y(jié)方式可分為地面局部?jī)鼋Y(jié)和井下局部?jī)鼋Y(jié)。地面局部?jī)鼋Y(jié)和 次全深凍結(jié)相似，不同之處是凍結(jié)器的結(jié)構(gòu)不同。井下局部?jī)鼋Y(jié)，是當(dāng)井筒工作面掘進(jìn)至含水層上部，停止掘進(jìn)，把上段井壁砌筑好，并在井壁內(nèi)預(yù)埋鉆孔導(dǎo)向管，在井筒內(nèi)鉆凍結(jié)孔和安裝凍結(jié)器，以及配集液圈、去回路鹽水干管等，在井下進(jìn)行凍結(jié)。

1.4分期凍結(jié)

分期凍結(jié)即分段凍結(jié)，它是把整個(gè)井筒從上到下分段，分期凍結(jié)形成凍結(jié)壁，并使井筒的掘砌工作不間斷進(jìn)行。分期凍結(jié)在凍結(jié)孔的設(shè)置上與全深凍結(jié)方式相同。為達(dá)到井筒分期凍結(jié)的目的，主要依靠有別于其他凍結(jié)方式的凍結(jié)器結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)。分期凍結(jié)法一般分為兩段、三個(gè)凍結(jié)期來(lái)完成。第一個(gè)凍結(jié)期為上段積極凍結(jié)期，即形成上段凍結(jié)壁并達(dá)到設(shè)計(jì)厚度，以保證上段井筒施工的順利進(jìn)行；在井筒掘砌至一定深度后轉(zhuǎn)入第二凍結(jié)期，即下段積極凍結(jié)，上段進(jìn)行維護(hù)凍結(jié)；第三凍結(jié)期是當(dāng)井筒掘砌通過(guò)上段進(jìn)入下段后，第二凍結(jié)段的凍結(jié)壁也達(dá)到設(shè)計(jì)要求后轉(zhuǎn)入全深維護(hù)凍結(jié)。選擇分期凍結(jié)方式必須具備如下地質(zhì)條件：上下段凍結(jié)分界線(xiàn)須具有不少于10m水性能良好的士層，以之作為井筒上段掘砌時(shí)底部的隔水底墊，從而防止工作面下方涌水。

2、凍結(jié)鉆孔

2.1井筒檢查鉆孔

（1）檢查鉆孔的位置、個(gè)數(shù)、深度

鉆孔不得布置在井筒范圍內(nèi)，井筒檢查鉆孔距井筒中心25m以?xún)?nèi)，通常為1個(gè)，深度要超過(guò)井筒設(shè)計(jì)深度。

（2）檢查鉆孔的施工要求。

①應(yīng)全孔取心，采取率在黏土層和基巖中要大于75%，在砂層、破碎帶、軟夾層和溶洞充填物中應(yīng)不少于60%；②應(yīng)每層取樣，并進(jìn)行物理力學(xué)性能測(cè)定；③應(yīng)每層取樣，并進(jìn)行凍土物理力學(xué)性能測(cè)定。

（3）檢查鉆孔的有關(guān)資料。

①地質(zhì)柱狀圖；②檢查鉆孔地質(zhì)報(bào)告及附圖。

2.2水文觀察孔

水文觀察孔一般打在距井筒中心lm遠(yuǎn)的位置，以不影響掘進(jìn)時(shí)吊桶提升為宜。孔數(shù)1-3個(gè)，其深度應(yīng)穿過(guò)所有含水層，但不應(yīng)大于凍結(jié)深度或偏出井筒。在主要含水層應(yīng)安裝濾水裝置。

2.3測(cè)溫孔

測(cè)溫孔數(shù)量根據(jù)需要而定，一般為3-5個(gè)，其允許偏斜率與凍結(jié)孔相同。我國(guó)現(xiàn)場(chǎng)原來(lái)常用銅-康銅熱電偶測(cè)溫，現(xiàn)在采用溫度傳感器及其他儀器。

2.4凍結(jié)孔

凍結(jié)孔是凍結(jié)法的主要鉆孔，用于輸送低溫鹽水，凍結(jié)周?chē)鷰r土。凍結(jié)孔的圈數(shù)按凍結(jié)深度來(lái)確定，表土較淺（<200m）時(shí)一般采用單圈凍結(jié)，眼距為1.2m-1.25m；對(duì)于深厚（>300m）表土可采用雙圈，外眼距為1.2m-1.25m，內(nèi)眼距為2.0m-2.5m或三圈凍結(jié)。

凍結(jié)孔測(cè)斜分為鉆進(jìn)測(cè)斜和成孔測(cè)斜兩種。常用的凍結(jié)孔測(cè)斜方法有經(jīng)緯儀燈光測(cè)斜法和陀螺儀測(cè)斜法。經(jīng)緯儀燈光測(cè)斜法往往受到鉆孔彎曲的影響，使測(cè)斜深度受到一定限制，一般深度為150m以下。陀螺測(cè)斜儀是專(zhuān)用凍結(jié)孔測(cè)斜儀，它主要由井下儀器和地面儀器兩部分組成。

3、井筒掘砌施工

3.1凍結(jié)井筒掘進(jìn)方法

按土層性質(zhì)與凍結(jié)溫度，凍結(jié)井筒常采用分區(qū)分段掘進(jìn)、短段臺(tái)階式掘進(jìn)和全斷面-次掘進(jìn)等主要方法。在掘進(jìn)過(guò)程中，關(guān)鍵在于合理確定掘砌段高。在凍結(jié)壁發(fā)展不進(jìn)入掘進(jìn)斷面時(shí)，取段高1.0m；在凍結(jié)壁發(fā)展進(jìn)入掘進(jìn)斷面時(shí)，取段高2.0m-4.0m；在是強(qiáng)膨脹性黏土?xí)r，段高不得超過(guò)2.5m，并應(yīng)該加快掘進(jìn)速度，循環(huán)時(shí)間應(yīng)控制在20h以?xún)?nèi)，最大不超過(guò)24h。

3.2井筒砌壁作業(yè)

凍結(jié)井筒掘砌段高應(yīng)根據(jù)凍結(jié)深度及所處深度的士（巖）層性質(zhì)、凍結(jié)壁裸露時(shí)間、凍結(jié)管的實(shí)際偏斜以及支護(hù)形式、施工作業(yè)等綜合因素而定。段高及裸露時(shí)間的選擇一定要遵照《礦山井巷工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》的規(guī)定。

凍結(jié)井井壁普遍采用鋼筋混凝土澆筑而成，砌筑工藝由于井壁結(jié)構(gòu)形式的不同而異。于雙層井壁和復(fù)合井壁（包括柔性井壁），其外層井壁的砌筑工作與井筒掘進(jìn)交替進(jìn)行。內(nèi)層井壁采用小塊鋼模板或液壓滑升鋼模板自下而上連續(xù)澆筑。一般混凝土強(qiáng)度等級(jí)在C35-C55之間，深凍結(jié)井采用C55-C75。淺井混凝土普遍采用溜灰管下料，但對(duì)C40以上高強(qiáng)混凝土則采用底卸式吊桶下料。為改善混凝土的抗凍和旱強(qiáng)性能，在減小水灰比的條件下改善混凝土的和易性，都應(yīng)在混凝土中加入相應(yīng)的外加劑。