斜井井筒凍結(jié)法鑿井的施工關(guān)鍵問題分析

摘要：斜井井筒凍結(jié)鑿井工藝在施工中有其獨特的技術(shù)特點，在施工中應當對施工的關(guān)鍵問題進行明確，即在凍結(jié)階段以及開鑿階段兩個不同的施工內(nèi)容中控制關(guān)鍵性問題，對鑿井前的凍結(jié)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(yè)的效率和效果。

關(guān)鍵詞：斜井井筒；凍結(jié)技術(shù)；凍結(jié)施工；斜井開鑿；施工關(guān)鍵技術(shù) 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(jié)鑿井的技術(shù)來自于德國，主要是針對地下含水量不穩(wěn)定的地質(zhì)情況，隨著技術(shù)發(fā)展我國將其應用在斜井上。隨著西部開發(fā)的拓展，其地質(zhì)情況不允許采用注漿法進行施工，所以凍結(jié)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(jié)施工的關(guān)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(guān)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(jù)實際的施工情況配比選擇水泥漿的緩凝劑比例，根據(jù)實驗檢測井的情況進行分析對比，最終形成穩(wěn)定劑和緩凝劑的比例。

1.2 泥漿的現(xiàn)場配置

按照試驗的結(jié)果，考慮現(xiàn)場井深的情況以及地質(zhì)復雜性，加上水泥漿注入后的失水問題，在現(xiàn)場拌合前應對灰水比進行調(diào)整，并在現(xiàn)場測試后確定最后的灰水比，根據(jù)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(jié)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(nèi)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(jié)孔中，保證一次性完成，澆筑完成后應立即將泥漿泵吸管轉(zhuǎn)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(jié)管

下沉。

2 斜井凍結(jié)的技術(shù)工藝措施分析

2.1 表面凍結(jié)施工

斜井凍結(jié)段施工采用的多為分段施工的工藝，凍結(jié)和掘砌之間相互配合，每個凍結(jié)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(jié)的工藝情況，掌握各個區(qū)域的凍結(jié)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(nèi)的溫度可以了解孔內(nèi)的凍結(jié)厚度，進內(nèi)的溫度滿足連續(xù)施工的要求時才能進行施工，即轉(zhuǎn)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(wǎng)、槽鋼等進行保護，防止凍結(jié)的井壁發(fā)生變形，初期挖掘應控制在一定的距離內(nèi)，并進行觀察，防止出現(xiàn)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(qū)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(yè)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(jié)層產(chǎn)生較大的干擾和影響。多數(shù)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(jié)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(wǎng)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(yè)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(zhì)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(jié)的礫巖層或者基巖層進行掘進，采用臺階松土爆破技術(shù)進行，同時應注意爆破的參數(shù)，防止對凍結(jié)層或者凍結(jié)管產(chǎn)生破壞，必要時選擇人工進行輔助掘進配合挖掘機作業(yè)的綜合挖掘方式。

2.4 二次襯砌施工

凍結(jié)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(wǎng)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(zhì)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(yè)，保持模板的穩(wěn)定性和精度。澆筑過程中應保持穩(wěn)定澆筑，保證表面質(zhì)量，作業(yè)循環(huán)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(jié)約工期。

2.5 關(guān)鍵技術(shù)控制

2.5.1 凍結(jié)階段技術(shù)控制。斜井進行凍結(jié)施工的過程中，其凍結(jié)孔設置的數(shù)量較多，每一個凍結(jié)孔所采用的鹽水循環(huán)量以及進出口的溫度是不同的，因此在凍結(jié)的過程中應對其進行合理的設計與控制。凍結(jié)壁的平均溫度和強度都應進行監(jiān)測和控制，以此保證凍結(jié)作業(yè)的效果達到設計要求，因此這一過程是保證斜井凍結(jié)施工的重要問題。所以在施工中應對三個凍結(jié)階段的凍結(jié)孔數(shù)量以及鹽水泵送的流量、鹽水干管和凍結(jié)管規(guī)格、凍結(jié)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(jié)階段制冷量的轉(zhuǎn)換以及需要制冷量的改變來動態(tài)化地控制制冷以及凍結(jié)過程、現(xiàn)場對鹽水干管、凍結(jié)管溫度以及不同深度的溫度監(jiān)控，并配合制冷站的工作狀況以及技術(shù)參數(shù)等，這些都應進行24小時的監(jiān)控，并隨時分析凍結(jié)的效果，并對問題進行分析與解決。現(xiàn)場施工提供技術(shù)指導應進行實時化檢測，實際現(xiàn)場監(jiān)測，各凍結(jié)管鹽水流量為10～12m3/h，凍結(jié)壁平均溫度為-10℃～-8℃。實踐證明，井幫溫度在-6℃左右時，其凍結(jié)壁強度和穩(wěn)定性均能滿足凍結(jié)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(jié)施工的局限性是凍結(jié)的強度以及環(huán)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(jié)段開挖一個棚距后，隨即采用扶棚、鋪網(wǎng)、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(jié)壁位移導致凍結(jié)管切斷漏鹽水、凍結(jié)壁開天窗等問題。加快挖掘和一次支護速度，減小凍結(jié)井幫的暴露時間，是防止凍結(jié)壁變形、凍結(jié)管切斷，確保凍結(jié)段安全施工的關(guān)鍵技術(shù)。由于井幫溫度低，噴射混凝土內(nèi)需添加抗凍早強劑。經(jīng)現(xiàn)場實施，在井筒垂深為51.5～57.2m的膨脹性黏土層內(nèi)，由于對開挖暴露的井幫及時支護和封閉，減小凍結(jié)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(jié)施工中，未發(fā)現(xiàn)1根凍結(jié)管斷裂事故和井壁變形破壞現(xiàn)象。

3 結(jié)語

在采用斜井井筒凍結(jié)法進行施工的過程中，一方面應保證凍結(jié)開鑿的施工工藝，另一方面則應保證凍結(jié)施工中的質(zhì)量，因為凍結(jié)施工是凍結(jié)鑿井的關(guān)鍵，在施工中應當重視對這兩個關(guān)鍵問題的處理，這樣才能有效地保證鑿井作業(yè)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）