立井冷凍施工綜合技術(shù)方案一、工程概況與地質(zhì)條件分析本工程為直徑6.5m立井井筒施工，設計深度480m，穿越第四系松散沖積層（厚185m）及二疊系裂隙含水巖層（厚295m）。根據(jù)地質(zhì)勘察數(shù)據(jù)，沖積層主要由砂質(zhì)黏土（32%）、中粗砂層（45%）及礫石層（23%）組成，平均含水量18%，孔隙水壓力達2.3MPa；基巖段以砂巖為主，裂隙發(fā)育，單涌水量預計8m3/h。為確保施工安全，采用全深一次凍結(jié)方案，凍結(jié)壁設計厚度6.8m，平均溫度-12℃，有效承載能力不低于3.5MPa。二、冷凍系統(tǒng)設計與布置（一）凍結(jié)孔參數(shù)設計孔位布置：沿井筒荒徑（7.8m）外1.2m圓周等距布設凍結(jié)孔，共計42個主孔，孔徑150mm，孔間距1.85m。另設4個測溫孔（深200m）和2個水文觀測孔（深195m），呈對稱分布。鉆進要求：開孔偏斜率≤0.3%，終孔最大偏斜值控制在1.5m以內(nèi)。采用JKS-3000型千米鉆機配Φ127mm鉆桿施工，金剛石復合片鉆頭鉆進，全程使用陀螺測斜儀監(jiān)測，每50m測斜一次，超差段采用楔形糾偏技術(shù)處理。（二）冷凍站配置制冷設備：選用4臺JLY-300型螺桿制冷機組（單機制冷量300kW），配套8臺BR-100型鹽水泵（流量100m3/h，揚程50m），采用雙級壓縮制冷循環(huán)。冷媒系統(tǒng)：氯化鈣鹽水溶液濃度28%，工作溫度-28℃~-22℃，鹽水箱有效容積200m3，采用不銹鋼材質(zhì)，內(nèi)設蒸汽加熱盤管（功率45kW）防止停機結(jié)晶。冷卻水系統(tǒng)：配置4臺LSB-500型冷卻塔（單塔流量500m3/h），循環(huán)水池容量500m3，水質(zhì)處理采用全自動軟水器（產(chǎn)水硬度≤0.03mmol/L）。（三）凍結(jié)器結(jié)構(gòu)凍結(jié)管選型：主凍結(jié)孔采用Φ127×8mm20#無縫鋼管，底部焊接圓錐形底錐（壁厚12mm），管段連接采用V型坡口焊接+氬弧焊封底工藝，焊縫進行100%超聲波探傷。隔熱措施：地表下20m段凍結(jié)管外裹3層Φ180mm聚氨酯保溫管（導熱系數(shù)≤0.03W/m·K），外用鍍鋅鐵皮防護，接頭處采用電熱熔套密封。三、施工工藝流程（一）凍結(jié)孔施工階段（工期65天）場地準備：平整場地（20m×30m），澆筑300mm厚C30混凝土鉆機平臺，設置排水溝及泥漿沉淀池（3級，總?cè)莘e150m3）。鉆孔施工：采用"跳孔施工法"，分3組進行，每組14個孔。成孔后立即進行清孔（洗孔液密度1.05~1.10g/cm3），驗收合格后下入凍結(jié)管，管外環(huán)形空間充填水泥-膨潤土漿液（水灰比1:1.2）。打壓試驗：凍結(jié)管組對完成后，采用分級升壓法進行水壓試驗（1.2MPa恒壓30min，壓降≤0.05MPa為合格）。（二）積極凍結(jié)階段（工期85天）系統(tǒng)調(diào)試：先進行清水試循環(huán)（48h），檢查管路密封性；然后注入鹽水，啟動制冷機組逐步降溫（每日降溫速率≤3℃），7天內(nèi)將鹽水溫度降至-18℃。凍結(jié)監(jiān)測：溫度監(jiān)測：每2h記錄鹽水進出口溫度、井幫溫度（采用分布式光纖測溫系統(tǒng)，分辨率0.5℃）；水文觀測：每日測量水文孔水位，當水位穩(wěn)定上升至孔口并連續(xù)7天涌水量＜0.5m3/h判定為交圈；位移監(jiān)測：在井口設置8個測斜點，采用全站儀監(jiān)測凍結(jié)壁徑向位移，每日2次，預警值5mm/d。（三）井筒掘砌階段（工期150天）試挖驗證：當凍結(jié)壁平均厚度達5.2m、強度指標≥2.8MPa時開始試挖，試挖段高3m，采用風鎬掘進，每循環(huán)檢測凍結(jié)壁暴露時間（≤8h）及變形量。掘進工藝：沖積層段：采用短段掘砌（段高2.5m），YT-28風鉆打眼，抗凍炸藥（-30℃起爆感度）光面爆破，炮眼利用率≥85%，循環(huán)進尺2.2m；基巖段：段高3.5m，采用傘鉆打眼，毫秒延期雷管起爆，周邊眼間距450mm，裝藥量控制在0.3kg/m。井壁澆筑：結(jié)構(gòu)形式：沖積層段采用"鋼筋混凝土內(nèi)層（厚800mm）+預制混凝土外層（厚300mm）"復合井壁，層間鋪設2mm厚HDPE防水板；混凝土施工：采用P.O42.5R水泥，摻加NC-4型防凍劑（摻量5%），入模溫度≥10℃，采用2臺HBTS-60型混凝土輸送泵（輸送壓力16MPa）對稱澆筑，振搗采用Φ50mm插入式振搗棒（振搗時間30s/點）。（四）凍結(jié)維護與解凍維護凍結(jié)：掘砌期間保持鹽水溫度-24℃±2℃，當井幫溫度回升至-5℃時，啟動備用制冷機組強化凍結(jié)。注漿充填：井壁施工完成后24h內(nèi)進行壁間注漿，采用水泥-水玻璃雙液漿（水灰比1:1，水玻璃濃度35Be'），注漿壓力0.8~1.2MPa，單孔注漿量控制在1.2m3/m。凍結(jié)管處理：采用"分段提拔+注漿充填"工藝，提拔段采用液壓拔管機（拉力300t），未提拔段注入水泥漿（水灰比0.8:1）封孔，注漿壓力1.5倍靜水壓力。四、關(guān)鍵技術(shù)控制措施（一）凍結(jié)壁質(zhì)量控制差異凍結(jié)技術(shù)：對含水豐富的110-140m砂層段，通過降低該區(qū)域6個凍結(jié)孔的鹽水流量（由80m3/h降至55m3/h），實現(xiàn)局部凍結(jié)壁增厚1.2m。溫度場模擬：采用ANSYS建立三維凍結(jié)模型，實時預測凍結(jié)壁發(fā)展速度，當模擬厚度與實測偏差＞15%時，調(diào)整鹽水溫度（±2℃）進行修正。（二）井壁混凝土施工保障抗裂措施：混凝土中摻加聚丙烯纖維（摻量0.9kg/m3），采用分層澆筑（每層500mm），預埋DTS光纖傳感器監(jiān)測內(nèi)部溫度應力，溫差超過25℃時啟動保溫被覆蓋養(yǎng)護。強度監(jiān)測：每?；炷林谱?2組試塊（標準養(yǎng)護6組、同條件養(yǎng)護6組），采用回彈-取芯綜合法檢測強度，達到設計值85%方可拆模。（三）特殊工況處理凍結(jié)管斷裂：配置2套備用凍結(jié)孔，斷裂發(fā)生時立即啟動備用系統(tǒng)，同時采用"雙液注漿（水泥+聚氨酯）"封堵漏點，注漿壓力控制在靜水壓力的1.1倍。片幫處理：當井幫變形量達150mm時，立即停止掘進，采用Φ20mm×2.5m管縫式錨桿（間排距800mm）+鋼筋網(wǎng)（Φ6mm@150mm）臨時支護，必要時架設11#礦工鋼井圈（間距1.2m）。五、安全與環(huán)保措施（一）施工安全防護防爆措施：制冷機房設置可燃氣體檢測報警儀（檢測范圍0-100%LEL），氨系統(tǒng)安裝緊急泄氨器（泄壓面積0.8m2），配備4套正壓式呼吸器及2臺移動制冷風機。爆破安全：采用煤礦許用抗凍炸藥（-30℃），雷管段位控制在1-5段，總延期時間＜130ms，爆破前撤離300m范圍內(nèi)所有人員，設置3道警戒崗。應急救援：編制《凍結(jié)管斷裂應急預案》，儲備20m3應急注漿材料（水泥、水玻璃、聚氨酯），配備SZ-1.2型急救艙（維持4人8h生存環(huán)境）。（二）環(huán)境保護噪聲控制：制冷機組安裝隔音罩（降噪量≥25dB），冷卻塔設置聲屏障（高度4m），廠界噪聲控制在晝間≤70dB、夜間≤55dB。廢水處理：鉆井廢水經(jīng)三級沉淀（加PAC絮凝劑）+過濾后回用，污泥脫水后運至指定填埋場；生活污水經(jīng)地埋式一體化處理設備（處理能力10m3/h）處理達《污水綜合排放標準》一級標準。固廢處置：廢鹽水采用蒸發(fā)結(jié)晶處理（結(jié)晶鹽交由專業(yè)單位回收），廢機油、潤滑油等危險廢物分類存放，委托有資質(zhì)單位處置。六、施工進度計劃與管理（一）進度控制節(jié)點凍結(jié)孔施工：第1-65天（含設備安裝調(diào)試15天）積極凍結(jié)：第66-150天（含試挖驗證5天）井筒掘砌：第151-300天（含基巖段施工110天）解凍及收尾：第301-320天（二）資源配置人員配置：項目經(jīng)理1人、技術(shù)負責人1人、專職安全員3人，各工序施工班組（鉆探、制冷、掘進、砌筑）各配置8人（3班制）。設備管理：建立設備臺賬，制冷機組每運行500h進行一級保養(yǎng)，鹽水泵每月更換潤滑油（N46號冷凍機油），凍結(jié)管每100m進行壁厚檢測。（三）質(zhì)量驗收標準凍結(jié)壁厚度：采用超聲波檢測儀檢測，合格率≥95%井壁垂直度：全深累計偏差≤300mm混凝土強度：同條件試塊強度達標率100%，最小強度不低于設計值90%七、應急預案制冷系統(tǒng)故障：當鹽水溫度升至-15℃時，立即啟動備用機組，同時向凍結(jié)管通入常溫鹽水循環(huán)，防止管內(nèi)結(jié)晶；若停機超過8h，啟動井筒應急排水系統(tǒng)（2臺200m3/h水泵）。大面積片幫：立即啟動搶險指揮部，采用"管棚+注漿"聯(lián)合加固：沿井壁周圈打設Φ108mm×6mm導向管（長6m，間距500mm），注入水泥-水玻璃漿液（凝膠時間30-60s），形成2.5m厚加固圈。涌水突泥：當涌水量＞30m3/h時，立