韩福来
核工业井巷建设公司
【摘 要】井筒冻结法有足量的长处，其适应性强，井架构造较易支配，较为机灵，对环境作用较小，为此，在井筒作业当中，特别，是在不牢固表土层作业当中被普遍运用。这种技术较为前卫，但是还留存居多疑问。文章当中讲解冻结法作业道理与疑问，并且提议必须的预防举措。
【关键词】井筒冻结法；矿建施工；冻结钻孔；井筒掘砌施工
1 概述
岩土项目冻结法寻常事运用物理吸热现象把土体当中的水，冷却让其结冰。其制冷系统往往使用氨这种化学物质。整体制冷系统是由：氨循环系统、盐水系统、冷却水循环系统组成。挖掘前必须在井筒四周钻一定数量的冻结孔。低温盐水吸纳四周热量产生冷冻圈，之后，冻结圈扩充，逐渐形成冻结壁。在地下水（是冻结壁，不是地下水）的守护下施行项目，由于，冻结法作业有较多的不肯定性，所以，易产生冻结管的破裂，施工面底部冻结壁的变形的疑问。
2 井筒冻结技术与疑问
2.1 井筒冻结方法
2.1.1 差异冻结处理
不同冻结是依照地层深度对冻结壁做出差异需求的冻结办法，别称：长短管冻结。冲积层之下基岩风化带厚度比较大，而且围岩稳固性比较好，或是，接近风化带下含水层，或是井筒全深中有多层含水层，采取其他作业办法很难通过是，适合使用差异冻结法。应用差异冻结法是，应该注意短冻结管必需通过冲积层与风化带，长冻结管应该通过含水层进入不渗水的稳定基岩。
如果想要确保长孔底部的冻结厚度，需要控制长孔间距，最大间距不能大于4.5米，这样才能保证挖到短孔底部时长孔部分的冻结壁能满足要求。为了加快形成冻结壁，需要提前开挖，并且早日保证下部冻结壁尽早完成，这时候需要长短冻结孔同时开始进行冻结。
2.1.2 局部冻结处理
如果不稳定含水层在冲积层的中下部，那么上部不需要冻结，如果不稳定含水层在上部和下部，则中部不需要冻结，如果不稳定含水层地形复杂或者是曾经出过事故需要冻结处理时候，需要采用普通法，因为这时候的土层比较稳定。和全深冻结相比，局部冻结消耗量比较小，冻结时间短，可以省下很多费用。
2.1.3 分期冻结
分期冻结是把井筒分段处理，形成冻结壁，然后不断进行挖掘工作。这主要依靠冻结器来进行。分期冻结法分为三个冻结期。第一个冻结期是上段冻结期。这需要达到冻结壁厚度才能进行，第二冻结期是下段冻结期，这时候上段维护，下段冻结；第三冻结期是当井筒挖掘通过上段进入下段后进行的。这时候要求冻结壁达到标准要求，然后才转入深层维护冻结。选择分期冻结方式必须满足一定地质条件才能进行。首先上下段冻结分界线需要有含水量大，且含水厚度超过十米的土层，需要把他作为井筒隔水垫子，这样能有效防止工作面下方涌水导致破坏冻结工作。
2.2 钻孔冻结法
2.2.1 检查钻孔
钻孔冻结的时候，须要先检验井筒钻孔的地方，个数，深度等。钻孔须要安置在井筒范围以外，检验钻孔须要间隔井筒25m以内。往往为1个，深度必须要超过井筒设计的深度。
检验钻孔作业须要的办法是：首选取心，采用率超过75%，在砂层，夹层与一些填充物中需超过60%。第二，需采用每层取样，之后施行力学测定。最后则是取样实行冻土力学测定。
2.2.2 水文观察
水文观察一般在井筒中心一米远的位置，最好不要影响吊桶的提升，一般要打一到三个孔数。水文观测孔应进入冲积层最下部的主要含水层，其含水层下部应有隔水层，孔深不得穿过冲积层。
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2.2.3 测温和冻结
测量温度需要根据需要，一般测量三到五个孔。偏斜率需要与冻结孔一致，一般国内采用铜热线测量和温度传感器进行测量。冻结法钻孔主要用于输送盐水，以便冻结周围岩土层。按照冻结的深度确定冻结孔的圈数。如果表土层小于二百米，则土层比较浅，需要采用单圈冻结；如果土层大于三百米，则采用双圈冻结或者三圈冻结。
冻结孔测斜分为钻孔测斜和成孔测斜。常见测斜方法包括灯光法和陀螺法。经纬仪经常会受到钻孔弯曲的影响，深度需要受到限制，一般深度要小于一百五十米。
2.3 冻结掘进法
冻结井筒通常分为分区掘进，短段掘进和全面掘进等方法。在进行冻结掘进时，需要到冻结孔交圈时试挖，采用小绞车、0.7m3小吊桶提升，1.7～2.1m段高绳捆模板短段掘筑22.6m。试挖表明，上段含水层的冻结壁已交圈，且冻结壁厚度和强度符合设计要求。试挖后正式开挖。在掘进时，需要确定掘段高度，在试挖阶段，掘进段高一般不宜超过1m，试挖结束后，掘进段高不宜超过3.8m，最高不应超过4m；膨胀粘土层段，掘进段高不宜超过2.5米，并且需要加快速度，时间要控制在二十小时内，最多不超过二十四小时。深厚膨胀粘土层施工方法及措施。深冻结井施工，最关键的技术难题是深厚膨胀粘土层施工。事实上按照地质情况，井深251.51m下依次为厚7.72m粘土层、厚7.73m砂质粘土层和厚27.84m铝质膨胀粘土层。最终决定在井深253～264.1m粘土层段采用原3.1m高模板中间浇筑口浇筑混凝土，即以1.6m段高连续施工厚7.73m砂质粘土层；以下铝质膨胀粘土层采用1.1～1.2m段高限时快速间断施工，以等待混凝土强度增长。除此之外为提高混凝土早期强度，要使得混凝土1d强度达到31.2MPa；同时把井帮位移控制在50mm/d以内，把底鼓控制在200mm以内。这样才能确保井壁完好和保证施工过程中无断管事故。
2.4 寻常疑问与防御举措
2.4.1 冻结管破裂
在进行冻结捅发掘是，常常会产生冻结管破裂的情况，近几年来，由于冻结深度越发大，施行发掘时后黏土层越发多，冻结管破裂的情况变得紧急。发生这样的情况，其主要原由是：冻结壁发生变形，冻结孔较大，冻结管连接头焊点质量有误差。
需解决这个疑问，须要合理部署与安排冻结孔部署圈直径，万不可让其偏大或者偏小，假设部署圈太小，则会造成井壁变形。为此，须要肯定部署圈直径，以此确保冻结壁有充足的活动防御井壁变形。通常情况下，冻结管选取优质碳钢或无缝钢管，当实用无缝钢管时，外箍须要用丝口连接，还要去报冻结管的品质。在实行冻结井筒发掘时，须要操控掘进段数，特别是要控制好厚度较大的黏土层。
2.4.2 井壁破裂
冻结井壁很容易发生破裂，可能是因为地层土质含有膨胀性矿物，冻结井壁强度低，因此容易导致外层胀裂。还可能是因为冻结壁形状和厚度不规则，容易导致冻结受力不均，施工不均匀等导致。要解决这一问题，首先要弄清楚土层的物理力学性质，在井筒施工前，需要弄清楚土层的矿物质成分和力学性质，对施工需要专们研究的井检孔，如果他要穿过比较厚重的土层，则要保证取样完整，精确测定其物理力学参数，尤其是和土体膨胀相关参数，这样能更好的确定冻结方案。
其次，还要尽可能降低冻结温度，加强冻结，延长时间。据分析一般冻结层温度要控制在零下十度以下。提高井壁混凝土的早期强度也是必要的。这就需要在混凝土中添加外加剂，这样能延长冻结土强度，防止井壁破裂。
再次要改善冻结壁和外壁的夹层的保温功能，延缓压力，通常的做法是在冻结壁和外壁之间加入泡沫塑料板。最后一点是要加强施工管理保证施工质量，这是防止井壁被破坏和改善井壁质量最有效的方案。这就需要保证井壁开挖时间合适，不能为了赶工在各方面都不符合要求时候就贸然开挖。
混凝土浇筑：混凝土在地面搅拌站搅拌完成后，采用底卸式吊桶下灰。吊桶入井之后，首先将混凝土卸入吊盘上的受灰分灰器中，然后经吊盘下悬吊的橡胶软管和模板上口的弯管入模，最后在模内用振动棒进行振捣密实处理。
3 结束语
在井筒作业当中，通常会使用到冻结法。然而现今经济成长与地下空间的成长，又需求冻结法能够很好的推行与运用，为此，冻结法须要得到普遍的使用与迅速成长。地下空间的成长，归属于人口压力与经济压力，冻结法的运用能够很好的缓解压力，为此，须要更好的改善井筒冻结法技术，准确了解冻结法技术留存的疑问，还要加以防御与改进，唯有如此，才会有效的运用冻结法。
论文作者:韩福来
论文发表刊物:《低碳地产》2016年第10期
论文发表时间:2016/8/30
标签：井筒论文; 井壁论文; 含水层论文; 钻孔论文; 粘土论文; 土层论文; 作业论文; 《低碳地产》2016年第10期论文;