井筒凍結(jié)法施工的常見問題及防治措施摘要：凍結(jié)法在井筒不穩(wěn)定表土層的施工中得到了廣泛的應(yīng)用，同時，隨著社會經(jīng)濟的不斷發(fā)展，人口的不斷增長和空間的相對縮小，開發(fā)地下空間己經(jīng)成為人類擴大生存空間的重要手段和發(fā)展趨勢，目前，在其他地下工程的施工中，凍結(jié)法也得到了大量的使用。但隨著掘進技術(shù)的不斷發(fā)展和作業(yè)深度的不斷增加凍結(jié)法施工的一些技術(shù)缺陷也逐漸暴露出來，給提高井筒建設(shè)質(zhì)量帶來了不少困難，必須應(yīng)引起建設(shè)者們的高度重視。本文分析了當(dāng)前凍結(jié)法施工中較為常見問題，并針對其產(chǎn)生原因，提出相應(yīng)的防治措施。關(guān)鍵詞：井筒凍結(jié)法；常見問題；防治措施由于我國地層條件比較復(fù)雜，在一些地區(qū)井筒建設(shè)無法采用普通鑿井法鑿井，需要采用凍結(jié)法、沉降法和盾構(gòu)法等特殊鑿井技術(shù)進行建設(shè)；當(dāng)建設(shè)井筒地層為不穩(wěn)定厚表土層時，采用的施工方法主要以凍結(jié)法為主；并且煤礦向深部開采延伸，其井筒往往要穿過特殊地層，如過含水豐富或碎破的基巖，都要采用凍結(jié)法施工；因此，凍結(jié)法施工是廣泛采用行之有效的技術(shù)方法之一。以某礦為例，在建井時期，由于井檢孔資料涌水量情況測定不準(zhǔn)確，井筒下部涌水量較小，故上部井筒施工采用凍結(jié)法，下部采用普通法鑿井，當(dāng)井筒掘砌至下部時，井下涌水量較大，無法繼續(xù)進行掘砌，只能再次使用凍結(jié)法凍結(jié)，隨后進行施工。1、井筒凍結(jié)法的概述所謂的凍結(jié)法是指在地下工程施工之前，采用人工技術(shù)制冷，將地下工程周圍的含水或者含有松散碎石巖層凍結(jié)，形成凍土結(jié)構(gòu)物、凍結(jié)壁，用來承受來自地層中壓力和隔絕砂子和地下水涌入，然后在形成凍土結(jié)構(gòu)中進行開挖、支護的特殊施工方法稱為人工凍結(jié)法（簡稱凍結(jié)法）。一般巖土工程凍結(jié)法通常是以氨為制冷工質(zhì)，通過其氣化過程吸收熱量的物理現(xiàn)象實現(xiàn)凍結(jié)井筒周圍含水松散、不穩(wěn)定的沖積層及基巖含水層的目的，以形成達到工程安全標(biāo)準(zhǔn)的凍結(jié)壁,并在其臨時保護作用下進行掘砌作業(yè)的施工方法，其關(guān)鍵工藝分為凍結(jié)孔設(shè)計及處理、凍結(jié)過程和掘砌作業(yè)等部分。由于凍結(jié)法具有支護結(jié)構(gòu)靈活、適應(yīng)性強、可控性高、隔水性好等優(yōu)點,因此廣泛應(yīng)用于不穩(wěn)定表土層的井筒施工中，但隨著掘進技術(shù)的不斷發(fā)展和作業(yè)深度的不斷增加，地下空間的不確定性也使該方法的技術(shù)缺陷逐漸暴露了出來。2、凍結(jié)法在井筒掘進中的應(yīng)用本文以某總干渠7#隧洞中部含水疏松砂巖洞段“凍結(jié)法”施工為例，通過采取“2座施工輔助豎井+主洞洞身地面垂直凍結(jié)”方式。施工輔助豎井井身為地面垂直單圈凍結(jié)孔布置方式實施凍結(jié)。主洞洞身洞段采取沿縱向軸線地面布置5排垂直凍結(jié)孔方式實施凍結(jié)，其中內(nèi)3排凍結(jié)孔穿越主洞洞身橫斷面，有效加強凍結(jié)穩(wěn)固，保證主洞洞身處于凍土側(cè)壁墻體安全保護下開挖掘進施工。凍結(jié)施工主要設(shè)計技術(shù)參數(shù)：凍結(jié)鹽水溫度（積極凍結(jié)期）t/°c-30?-33；控制層位凍土平均溫度/°C-15；控制層位深度（黏土）/m188.15；控制層位深度（礫巖）/m473.3；凍土抗壓強度（鈣質(zhì)黏土層）/MPa3.48；凍土抗壓強度（礫巖）/MPa12.57；凍結(jié)井幫溫度（表土段底部黏土層）/C<-5凍結(jié)井幫溫度（白堊系）/C-5?-8；主排凍結(jié)孔表土段成孔間距M2.2。施工輔助豎井井身及主洞洞身凍結(jié)孔布置見圖1。2.1凍結(jié)壁厚度設(shè)計表土層厚度在300m以淺按照多姆克公式、300m以深按照維亞洛夫----扎列茨基公式計算。式中：k為安全系數(shù)；h為掘進段高；為約束條件；H為控制層位底板深度;P為地壓值；為凍土長時強度或計算強度。凍結(jié)壁厚度計算見表1綜合表1計算結(jié)果，并考慮井筒掘進荒徑的大小，確定凍結(jié)壁厚度E=4.8m。2.2、凍結(jié)孔布置（1）采用主排孔+輔助孔凍結(jié)方式，其中輔助孔采用梅花型布置，以滿足凍結(jié)壁厚度及平均溫度的要求。主排孔對凍結(jié)壁的形成和維護起主要作用，輔助孔的作用是降低凍結(jié)壁的平均溫度、降低井幫溫度，防止上部地層片幫等。（2）設(shè)計采用主排孔+輔助孔凍結(jié)方式。具體深度及凍結(jié)方式為：主排孔采用全深凍結(jié)方式，其深度以穿過井筒深度10m為原則，因此凍結(jié)深度為790m。輔助孔采用梅花型布置，外側(cè)深孔深度根據(jù)以穿過白堊系5m為原則，其深度為479m；內(nèi)側(cè)淺孔深度以穿過表土層5m左右為原則，其深度為193m。2.3、凍結(jié)管及供液管設(shè)計選用大直徑凍結(jié)管，有利于提高凍土發(fā)展速度降低凍結(jié)壁溫度，可增加凍結(jié)管的強度和抗變形能力，主排孔凍結(jié)管與輔助孔凍結(jié)管均采用140mmx6mm低碳鋼無縫鋼管內(nèi)管箍對焊聯(lián)接，內(nèi)下75mmx6mm聚乙烯塑料軟管為供液管。2.4、水文孔、測溫孔布置設(shè)計其中設(shè)計水文孔，報導(dǎo)表土層及白堊系主要含水層凍結(jié)壁交圈情況。水文管采用140mmx6mm低碳鋼無縫鋼管，內(nèi)管箍對焊聯(lián)接，單層報導(dǎo)。水文孔深度為每個75m和每個430m，報導(dǎo)層位為67?73m黃土、422?428m礫巖。設(shè)計布置3個測溫孔，以反映不同方位、深度以及凍結(jié)壁薄弱部位的凍結(jié)溫度。凍結(jié)壁外側(cè)主排孔最大孔間距界面位置、凍結(jié)壁中間主排與輔助之間薄弱位置、凍結(jié)壁內(nèi)側(cè)界面位置。測溫孔采用140mmx6mm無縫鋼管外管箍焊接，底端封實，管內(nèi)不需灌水和試壓，但不得滲漏水。測溫孔深度暫定為：790m/2個；198m/個。當(dāng)凍結(jié)壁薄弱部位不能滿足施工安全要求時，可將測溫孔改凍結(jié)孔進行強化凍結(jié)。2.5、凍結(jié)效果分析施工輔助豎井井身“凍結(jié)法”施工2個測溫孔實測數(shù)據(jù)分析，得出溫度/時間關(guān)系曲線圖，由施工輔助豎井井身“凍結(jié)法”施工2個測溫孔實測數(shù)據(jù)分析，豎井井身投入凍結(jié)后，前期由于凍結(jié)站冷凍機房停電導(dǎo)致溫度明顯回升，之后2測溫孔溫度穩(wěn)定下降；后期豎井井身上下游10米長范圍主洞洞身投入凍結(jié)，導(dǎo)致溫度有所回升。施工輔助豎井井身及其上下游10米長范圍主洞洞身凍結(jié)情況，以206-米深層位為例進行凍結(jié)交圈分析，得出豎井井身及其上下游10米長范圍主洞洞身已完全凍結(jié)交圈，形成密實的有效凍結(jié)側(cè)壁，最小凍結(jié)壁厚度3米滿足設(shè)計要求。3、井筒凍結(jié)法施工的問題及防治（1）凍結(jié)管的斷裂問題在凍結(jié)井筒掘進中，凍結(jié)管斷裂現(xiàn)象時有發(fā)生。其一般選擇防治措施主要是合理確定凍結(jié)孔布置圈直徑、正確選用管材和連接方式和控制掘進段高和井幫暴露時間，特別是深厚薪土層要嚴(yán)格控制。另外是降低鹽水溫度以控制井幫溫度，使深部粘土層的強度達到設(shè)計要求。（2）凍結(jié)井壁破裂問題凍結(jié)壁發(fā)生破裂在國內(nèi)凍結(jié)井筒施工中是一種較為普遍的現(xiàn)象。對于凍結(jié)井壁破裂問題，首要是弄清土層的物理力學(xué)性質(zhì)并進行合理的設(shè)計，然后根據(jù)地層土的性質(zhì)、含水層的情況以及凍結(jié)站凍結(jié)能力合理確定凍結(jié)孔的大小、深度及問距，進一步提高凍結(jié)孔垂直質(zhì)量，形成合理的孔圈結(jié)構(gòu)，以減少凍結(jié)壁厚度的小均勻性；其次是盡可能降低凍結(jié)溫度和提高井壁混凝土的早期強度；第三改善凍結(jié)壁和外壁之問夾層的保溫緩壓功能，一般可選用FS新型防水膨脹劑摻入內(nèi)壁混凝土，這樣混凝土具有一定的膨脹量，在作用機理上起到了塑料板的作用，取消了雙層井壁問的塑料板，加快了井筒的施工進度。另外，加強施工管理、保證施工質(zhì)量、改進施工工藝、提高施工速度是防比井壁破壞的有效措施。（3）工作面底鼓問題井筒掘進中，工作面底鼓現(xiàn)象時有發(fā)生。少量底鼓屬正?，F(xiàn)象，這主要是由凍土的流變特性所決定的，但大量的底鼓對工程而言卻是小允許的。對于工作面底鼓問題，常采用降低凍結(jié)壁內(nèi)的平均溫度，提高凍結(jié)壁強度和穩(wěn)定性。（4）風(fēng)動機具的凍結(jié)堵塞問題目前，我國凍結(jié)井筒掘進，幾乎全部使用風(fēng)動機具，在低溫環(huán)境，壓風(fēng)中的水分結(jié)冰會很快堵塞機具氣孔通道，使機具無法使用，大大影響掘進速度。為此必須采取除濕措施。一般辦法有兩種:①壓風(fēng)入井前通過冷凝器，使壓風(fēng)中的水蒸汽凝結(jié)成水放出；②過濾干燥法，即壓風(fēng)入井前通過活性炭和無水氯化鈣過濾除濕。此外，根據(jù)凍結(jié)井筒掘進特點，最好使用液壓動力機具，從而從根本上解決壓風(fēng)機具容易凍死的缺點。4、結(jié)束語凍結(jié)法井筒掘進施工因其具有的諸多優(yōu)點目前廣泛用于我國的礦井建設(shè)中,但同時也存在著井壁變形、破裂和凍結(jié)管斷裂等較為常見的技術(shù)問題，因此，施工人員應(yīng)在嚴(yán)格依照操作規(guī)程作業(yè)的基礎(chǔ)上，認(rèn)真分析問題出現(xiàn)的原因，積極改進設(shè)備條件和生產(chǎn)工藝,對問