斜井井筒凍結法鑿井的施工關鍵問題分析

摘要：斜井井筒凍結鑿井工藝在施工中有其獨特的技術特點，在施工中應當對施工的關鍵問題進行明確，即在凍結階段以及開鑿階段兩個不同的施工內容中控制關鍵性問題，對鑿井前的凍結孔施工以及開鑿支護等工藝進行全面控制，這樣才能保證作業的效率和效果。

關鍵詞：斜井井筒；凍結技術；凍結施工；斜井開鑿；施工關鍵技術 文獻標識碼：A

中圖分類號：TD265 文章編號：1009-2374（2015）05-0127-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.0395

凍結鑿井的技術來自于德國，主要是針對地下含水量不穩定的地質情況，隨著技術發展我國將其應用在斜井上。隨著西部開發的拓展，其地質情況不允許采用注漿法進行施工，所以凍結法被應用于孔隙大且含水豐富的地層上，在實踐中獲得了一定的成果。

1 凍結施工的關鍵問題分析

1.1 緩凝水泥漿的配置

在實際的施工中水泥漿是關鍵的輔助材料，因此在實踐中應當對水泥漿的配置進行設計，保證水泥漿的初凝時間，同時保證終凝的強度。此時應根據實際的施工情況配比選擇水泥漿的緩凝劑比例，根據實驗檢測井的情況進行分析對比，最終形成穩定劑和緩凝劑的比例。

1.2 泥漿的現場配置

按照試驗的結果，考慮現場井深的情況以及地質復雜性，加上水泥漿注入后的失水問題，在現場拌合前應對灰水比進行調整，并在現場測試后確定最后的灰水比，根據泥漿的置換高度要求，確定單孔置換水泥漿的緩凝水泥的比例，以此形成最后的拌合比例。

1.3 凍結孔封固

水泥漿在攪拌之前必須保證泥漿按照比例下料，并在拌合前對孔內的情況進行檢查，保證沖孔以及清理完成，然后開始進行拌合并泵送如凍結孔中，保證一次性完成，澆筑完成后應立即將泥漿泵吸管轉入到泥漿池并壓入一定量的泥漿方可完成操作，隨后就應將凍結管

下沉。

2 斜井凍結的技術工藝措施分析

2.1 表面凍結施工

斜井凍結段施工采用的多為分段施工的工藝，凍結和掘砌之間相互配合，每個凍結段都會設置水文觀測點，通過對溫度和水文測試來了解凍結的工藝情況，掌握各個區域的凍結情況，并進行測試挖掘，此時應減量縮短掘砌的長度、通過測定孔內的溫度可以了解孔內的凍結厚度，進內的溫度滿足連續施工的要求時才能進行施工，即轉入正常的掘進。施工中可以分為兩個階段進行，即采用臺階法。利用工具進行掘進，并配合出料。同時應注意的是表層開挖時應配合安全措施，利用錨網、槽鋼等進行保護，防止凍結的井壁發生變形，初期挖掘應控制在一定的距離內，并進行觀察，防止出現蠕變的情況。

2.2 風化基巖的施工

斜井隨著掘進的開展會進入到風化區域，巷道開挖可采用臺階法，工人利用工具進行開挖，如果遇到作業困難時可以利用其他方式進行開展，如鉆爆法施工。采用簡易的打孔工具進行鑿孔，并控制一定的深度和范圍，避免對凍結層產生較大的干擾和影響。多數爆破應為淺層爆破，在施工中應嚴格控制打孔的深度和爆破范圍，尤其是在周邊進行打孔時更應注意炮孔與凍結層的距離。

2.3 掘進施工

進行斜井挖掘采用的是一次性支護的形式，利用鋼制的骨架作為支撐，建立扶棚，在頂部設置均的鋼筋作為支架，然后利用鋼筋拉桿進行連接。頂部采用鋼筋網格進行布置，方便進行混凝土噴射，施工中支護上部的混凝土噴涂后的為130mm，選擇強度等級為C25的標號。永久性的支護選擇的是混凝土材料的井壁。凍土掘進的過程中，選擇專業挖掘設備進行施工，輔助人工進行死角處理。在掘進中按照凍土土質選擇掘進計劃，通常八小時進尺500mm左右，按照實際情況確定。針對凍結的礫巖層或者基巖層進行掘進，采用臺階松土爆破技術進行，同時應注意爆破的參數，防止對凍結層或者凍結管產生破壞，必要時選擇人工進行輔助掘進配合挖掘機作業的綜合挖掘方式。

2.4 二次襯砌施工

凍結段斜井的井壁需要進行二次支護，選擇的是鋼筋混凝土的井壁。支護厚度按照設計要求，選擇570mm，單層鋼筋網采用熱軋鋼筋，橫向豎向選擇螺紋鋼。澆筑混凝土的強度為C45。施工中應控制二次襯砌的銜接質量，采用液壓的模板車輔助施工，襯砌端選擇長度20cm。從掘進面的后部開始施工。布置移動式牽引車，液壓伸縮模板車采用大型組裝模板，利用機械螺栓進行頂桿作業，保持模板的穩定性和精度。澆筑過程中應保持穩定澆筑，保證表面質量，作業循環時間為30小時，選擇這樣的井壁加固方式可以最大限度地提高機械效率，并節約工期。

2.5 關鍵技術控制

2.5.1 凍結階段技術控制。斜井進行凍結施工的過程中，其凍結孔設置的數量較多，每一個凍結孔所采用的鹽水循環量以及進出口的溫度是不同的，因此在凍結的過程中應對其進行合理的設計與控制。凍結壁的平均溫度和強度都應進行監測和控制，以此保證凍結作業的效果達到設計要求，因此這一過程是保證斜井凍結施工的重要問題。所以在施工中應對三個凍結階段的凍結孔數量以及鹽水泵送的流量、鹽水干管和凍結管規格、凍結孔鹽水的流量等進行合理的平衡與分配，并按照實際用量冷凍站制冷機組的設備進行選擇和確定，指令效果以及制冷量進行分配。按照三個凍結階段制冷量的轉換以及需要制冷量的改變來動態化地控制制冷以及凍結過程、現場對鹽水干管、凍結管溫度以及不同深度的溫度監控，并配合制冷站的工作狀況以及技術參數等，這些都應進行24小時的監控，并隨時分析凍結的效果，并對問題進行分析與解決。現場施工提供技術指導應進行實時化檢測，實際現場監測，各凍結管鹽水流量為10～12m3/h，凍結壁平均溫度為-10℃～-8℃。實踐證明，井幫溫度在-6℃左右時，其凍結壁強度和穩定性均能滿足凍結井筒的掘砌安全要求。

2.5.2 開挖與支護效率提高。在施工中凍結施工的局限性是凍結的強度以及環境溫度的改變會影響開挖效率以及安全性。所以在開挖過程中應當重點提高井筒凍結段開挖一個棚距后，隨即采用扶棚、鋪網、噴漿一次支護，及時封閉井筒外圍凍土，防止凍土長期暴露風化導致凍結壁位移導致凍結管切斷漏鹽水、凍結壁開天窗等問題。加快挖掘和一次支護速度，減小凍結井幫的暴露時間，是防止凍結壁變形、凍結管切斷，確保凍結段安全施工的關鍵技術。由于井幫溫度低，噴射混凝土內需添加抗凍早強劑。經現場實施，在井筒垂深為51.5～57.2m的膨脹性黏土層內，由于對開挖暴露的井幫及時支護和封閉，減小凍結壁的暴露和蠕變時間。在井幫和井壁之間，增加1層50mm厚泡沫板，起到隔溫和緩沖作用，在凍結施工中，未發現1根凍結管斷裂事故和井壁變形破壞現象。

3 結語

在采用斜井井筒凍結法進行施工的過程中，一方面應保證凍結開鑿的施工工藝，另一方面則應保證凍結施工中的質量，因為凍結施工是凍結鑿井的關鍵，在施工中應當重視對這兩個關鍵問題的處理，這樣才能有效地保證鑿井作業的效果。

參考文獻

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作者簡介：王金海，供職于中煤西安設計工程有限責任公司，研究方向：采礦。

（責任編輯：蔣建華）