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1、冻结法凿井井壁结构相关问题探析 摘要：介绍了冻结法凿井技术在我国的发展概况，分析了冻结法凿井的概念及冻结立井井壁结构形式,探讨了冻结法凿井成井后井壁出现的问题及原因,阐述了冻结法凿井在确定井壁结构时应注意的相关问题及宜采取的方法。关键词:冻结法凿井；井壁结构；负摩擦力；井壁卸压槽中图分类号：TD265.3文献标识码：A文章编号：1冻结法凿井概况冻结法凿井是在井筒开凿之前,用人工制冷的方法,将井筒周围的土层冻结形成封闭的圆筒的冻结壁,以抵抗地压,隔绝地下水,在冻结壁的保护下进行掘砌工作的一种特殊方法。自从1955年我国采用冻结法凿井以来,已有近60年的历史，其冻结法凿井技
2、术的发展大致经历了三个阶段：第一阶段是1955年至70年代初期,主要解决冻结法应用的基本技术问题；第二阶段是20世纪70年代初期至80年代中期，主要解决冻深5000m以内的关键技术和应用水平问题；第三阶段是20世纪80年代中期至今,主要解决5000m以内的深井冻结的两项关键技术难题——地层沉降条件下的井壁结构设计理论及应用,深厚粘土层下的冻结凿井技术。2我国冻结法凿井井壁结构现状7我国目前主要应用的井壁结构形式主要有（按结构型式）可分为钢板混凝土井壁、钢筋混凝土井壁、钢板混凝土复合井壁和可压缩井壁。1）钢板混凝土井壁：一般来讲，单层钢板混凝土井壁结构只适合冻结深度不大于5
3、00m,井壁厚度一般控制在500～700mm,井壁混凝土等级一般为C40～C50。其不足之处在于井壁漏水问题不好处理，尤其是在接茬缝漏水是一个十分辣手的难题。2)单层钢筋混凝土井壁：20世纪50年代采用冻结法凿井早期，表土层较浅，约有50多条井筒采用此种井壁,最大冻深1620m,表土层深1540m。大多数井壁在接茬处、预留梁窝处严重漏水。采用壁内注浆或套壁处理漏水。在浅表土层接茬处采用塑料止水带等措施,保证了井壁质量。3)双层钢筋混凝土井壁：采用套壁方法处理单层井壁漏水的效果十分理想，由此得到启示，从单层井壁改为双层井壁,1964年邢台主井开始采用双层混凝土井壁至今,全国
4、约有280条井筒采用,最大冻深4610m。设计中假设双层井壁为整体共同受力,用永久地压计算井壁总厚度,用冻结压力计算外层井壁厚度,余下的为内壁厚度,一般为0.4～0.5m。施工时外壁凿毛,留台阶。采用双层井壁后,漏水现象有所减少,但没有根治,表土层大于2000m的井筒中,漏水问题仍十分严重。74）钢板混凝土复合井壁：双层钢板混凝土复合井壁具有较高的承载力，可抵御强大的地压作用，是特厚表土层钻井井筒的理想支护结构之一。井壁构成主要包括：内钢板筒、外钢板筒、连接件、混凝土或钢筋混凝土，连接件设置在内钢板筒和外钢板筒之间，混凝土或钢筋混凝土注入内、外钢板筒和连接件形成的空间中，
5、形成双层钢板混凝土复合井壁。与现有技术相比，提高了单位厚度井壁的承载能力，有效减薄了井壁厚度和降低井壁自重，在一定范围内避免井壁飘浮下沉出现困难，还能减小钻井直径，满足在深厚冲积层中钻井法施工的需要，尤其比较好地解决了漏水问题,具有广泛的应用性。75）可压缩井壁：该井壁结构主要是用来治理井壁破裂，从而提高卸压槽治理井壁破裂工程的服务年限。该井壁结构为可压缩的钢结构装置，主要技术参数包括及要求：第一，可缩量。要求可压缩装置的压缩量与井壁允许竖向变形量(井壁本身可产生1‰～1.5‰的变形而不破坏)之和应不小于表土地层的预计固结压缩沉降量，以保证井壁有足够的压缩空间来削减竖直附
6、加力；第二，强度。可压缩装置在水平方向上应能承受住来自地层的荷载，包括地压和水压，在竖向屈服前应能承受住设定荷载。在可压缩装置的工作过程中，即从竖向发生屈服起至达到设计可缩量止，其竖向承载能力应不超过井壁材料的允许竖向承载能力，以保证井壁不被竖向压裂；第三，防水性。可压缩装置在整个工作过程中，应具备良好的防渗水性能。同时，其残余结构(达到设计可压缩量之后的结构)亦应具备良好的防渗水性能。第四，实用性。可压缩装置应具备结构简单、加工容易、施工方便、造价低廉等特点。3冻结法凿井成井后井壁出现的问题及原因3.1井壁出现的问题井壁破坏时间可大致分为两个阶段：一是冻结壁完全融化之后
7、；二是投产后1～2年左右。破坏部位大多在表土段与基岩段接触带附近。破坏的现象：有的只出现环向裂缝、漏水；有的出现环向裂缝并脱落、钢筋弯曲变形外露,井壁漏水；个别已投产的矿井,井壁被压碎、漏水,罐道出现了弯曲变形,3.2井壁破坏的原因1)负摩擦力作用。产生上述破坏现象的一个主要原因,就是负摩擦力的作用。采用冻结法施工的井筒,一般均需穿过若干不等厚的富含水层后才进入基岩。由于表土的粘结力很小,井筒周围的土层都处于极限平衡状态,一旦开掘井筒,很容易使土层扰动,土层将沿着滑移面(该面在浅部呈圆锥形,在深部呈柱形)滑动。当井筒周围土层滑
