三圈管冻结壁形成特性的试验研究

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1、独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方以外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得塞邀理三盘芏或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。学位论文作者签名：伶韶签字目．期：埘年年胪日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解塞徵理工盘堂有保留、使用学位论文的规定，即：研究生在校攻读学位期闻论文工作的知识产权单位属于安徽理工大学。学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅

2、．本人授权塞缝理王太堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。(保密的学位论文在解密后适用本授权书)警位论文作者龋精艘签字日期：劲谚年年月1阳导师签名(Ⅵ；扣签字日期：2钟彻才日’三圈管冻结壁形成特性的试验研究1绪论1．1问题的提出及课题的意义冻土，一般是指在O℃或O。C以下，并含有冰的各种岩土和土壤，是一种特殊的、低温易变的自然体¨‘21。中国的多年冻土面积占国土面积的22．3％，在世界上占第三位，其中高海拔多年冻土面积则居世界之最，季节冻土更遍布大部国土。冻土环境与人民生活和经济建设有着密切的关系，为开发冻土区，保证冻

3、土上工程建设的稳定，合理利用自然资源，保护生态环境，冻土工程研究有着重要的意义。人工冻结法由于基本不受支护范围和支护深度的限制，能有效防止涌水以及城市挖掘、钻凿施工中相邻土体的变形而受到越来越多的重视，并将是完成地下工程的主要技术手段之一。国外许多国家如德国、法国、美国、加拿大、英国和俄罗斯等，研究和应用人工冻结技术起步较早，积累了许多成功经验。现在许多较大规模的国际工程技术公司，在地下工程建设中使用着人工冻结支护技术，并且发展很快。我国于1955年首次使用人工冻结法凿井并获得成功，至今已有50年的历史，期闯积累了许多经验，有了一定技术水平的冻结法凿井施工、设计队伍，专家预测在新的世纪罩人

4、工冻结法将在我国地下工程领域发挥更大的作用。人工冻结工程是在松散的含水土层或破碎的含水岩层中，在地下结构工程建设之前，用人工制冷的方法，将地下工程周围含水岩土层冻结成封闭的冻土结构物一一冻结壁，用以抵抗岩土压力，隔绝冻结壁内、外地下水的联系，然后在冻结壁的保护下进行地下工程的建设C31,冻结法较安全可靠，在中深和深冲积土层中的地下工程广泛应用。人工冻结技术在我国的发展非常迅速，工程规模可观，技术上有了很大的进步，为煤矿建设事业的发展做出了突出的贡献，有广阔的应有前景。随着我国国民经济建设的迅猛发展和人民生活水平的不断提高，对能源需求越来越大，2004年夏天全国最高日用电量已超过2亿千瓦时，

5、出现了电荒现象。电力的紧缺已对国民经济建设和人民生活产生了巨大的影响。目前，我国的能源70％来自煤炭，因此，建设一批新的大型、特大型矿井已是国家的当务之急。但在新矿井井筒建设上出现了两个方面技术问题：(1)目前浅部煤炭资源已充分开挖，新建矿井将面向深部开采，必须通过深厚表土地层。比如：目前淮南地区新建矿井表土层厚度均在300m以上：淮南丁集矿井表土层厚度达到530m、顾北矿463m、板集矿580m、展沟矿620m：淮北涡阳矿区表土层厚度在4lOm以上：山东巨野矿区表土层平均厚度达到600m以上：河南的薛湖矿井为410m、赵固矿530m。(2)深厚表土冻结法凿井中的冻结三圈管冻结壁形成特性的

6、试验研究壁设计、多圈孔冻结方案和井壁结构设计的理论与技术问题。根据日前的经验，当表土地层深度超过200m，冻结方案为2圈孔冻结；当表土地层超过450m，冻结方案将由2圈孔增加到3圈孔冻结方案，由此冻结费用也大幅度地提茼了。顾北矿井表土地层厚度463m，每米井筒仅冻结费用一项就达到13万元以上，一个冻结井筒的冻结费用达到6800多万元，加上冻结孔造孔费用，一个井筒的冻结和造孔费用将近1亿人民币，费用高得令人吃惊。但就3圈孔冻结方案，其实我们对其冻结壁的形成特性和冻结壁的力学性能，安全可靠性等方面，仍然不清楚，并没有十分的把握。深厚表土地层冻结法凿井的核心问题是：保证冻结壁和井壁的安全，并进行

7、可靠和经济的强度设计。但当前我国现有的冻结壁设计舰范的适用范围是冻结深度400m，当冻结深度超过400m时，对冻结壁的设计有：(1)无设计规范可依；(’2)对深表土地层的冻结特性和多圈孔冻结条件下冻结壁温度场的形成特性及其力学特性了解甚少，甚至可以说还几乎不了解。深厚表土地层多圈孔冻结方案，从理念上已经改变了传统的冻结壁温度场的性状和冻土的发展规律，有两点必须给予充分认识：(1)温度场的叠加问题。多圈冻结管下，不同冻结圈