岩土特殊施工重点整理

《岩土特殊施工》复习总结第一章冻结法主要内容1.冻结法的定义、实质。天然岩土经人工制冷形成人工冻土，改变岩性，岩土强度由弱变强，形成承载/隔水的冻土墙（结构），然后在冻土墙的保护下进行施工。2.冻结法的特点和适用条件优点：绝对不透水；冻土墙的形状、尺寸和强度在一定范围内可调；形状、尺寸和深度基本不受限制；适应复杂的地质和水文地质条件；经济合理；污染性小；灵活性好。缺点：冻胀和融沉；对土体加固为临时性质，不能长期起作用。适用条件：通常，当地下水含盐量不大，且地下水流速较小时，均可采用冻结法。3.冻结压力、结冰潜热、制冷工质概念冻结压力：因介质冻结、体积膨胀而作用于井帮或井壁上的压力。结冰潜热：指在温度保持不变的情况下,单位质量的物质从液态转变到固态时所释放出的热量。制冷工质：也叫制冷剂，在制冷机系统中起循环变化的物质，用于实现制冷的目的。如：氨，氟里昂、溴化锂4.冻结法凿井原理。冻结法凿井是利用传统的氨循环制冷技术完成的。它是在井筒开挖之前，用人工制冷的方法，将井筒周围含水地层冻结成一个封闭的不透水的帷幕—----冻结壁，用以抵抗地压，水压，隔绝地下水与井筒之间的联系，而后，在其保护下进行掘砌施工。5.冻结法的三大循环系统、各系统的功能；一级压缩制冷（氨循环）原理组成图及各过程氨的变化情况。三大循环系统：氨循环、冷却水循环、盐水循环氨循环：在制冷过程中起主导作用。液氨变为饱和蒸气氨，再被氨压缩机压缩成过热蒸气进入冷凝器冷却，高压液氨从冷凝器经贮氨器，经节流阀流入蒸发器液氨在蒸发器中气化吸收周围盐水的热量；冷却水循环：在制冷过程中的作用是将压缩机排出的过热蒸汽冷却成液态氨，以便进入蒸发器中重新蒸发。盐水循环：在制冷过程中起着冷量（或热量）传递作用。盐水吸收地层热量，在盐水箱内将热量传递给蒸发器中的液氨；制冷三大循环构成热泵，其功能是将地层中的热量通过压缩机排到大气中。压缩机：将饱和蒸汽氨(1)等熵压缩为高温高压的过热蒸汽氨(2)；冷凝器：将过热蒸汽氨(2)等压冷却为高压常温液态氨(3)；节流阀：将高压常温液态氨(3)等焓转变为低压液态氨(4)；蒸发器：将低压液态氨(4)等压蒸发为饱和蒸汽氨(1)。6.冻结井筒掘进施工的特点。答：冻结井筒较普通掘进简单，井内无淋水、涌水，不需要井筒排水设备。由于冻结壁起着临时支护作用，一般也无需临时支护。挖掘工具如装载机具用风镐、风铲、抓岩机或冻土挖掘机等。在低温环境下挖掘冻土相当艰苦。为了防止风动机具冻死，在地面需安装除湿设备，压风在入井之前应先除去其中的水分，否则，风动机具因冻堵气压无法正常工作，掘进速度将大大降低。需安装机械通风设备。一般情况下，人工掘进时，采用自然通风。7.冻结井筒施工过程。冻结站安装钻孔施工井筒冻结井筒掘砌首先在井筒周围打一定数量的冻结孔，孔内安装冻结器，冻结器由带有底锥的冻结管和底部开口的供液管所组成。冷冻站的低温盐水（－30℃左右）经去路盐水干管、配液圈到供液管底部，沿冻结管和供液管之间的环形空间上升到集液圈、回路盐水干管至冷冻站的盐水箱，形成盐水循环。低温盐水在冻结管中沿环形空间流动时，吸收其周围岩层的热量，使周围岩层冻结，逐渐扩展连成封闭的冻结圆筒（冻结壁）。随着盐水循环的进行，冻结壁厚度逐渐增大，直到达到设计厚度和强度为止（积极冻结）。然后进行井筒的开挖和衬砌。在掘砌期间进行维护冻结（消极冻结），直至井筒永久结构完成停止冻结。8冻结法施工中水位观察孔和测温孔布置方式和作用。水文观察孔布置：位置：距井心1m左右，以不影响掘进时井筒测量；数量：1~3个；深度：穿过所以含水层，但不应大于冻结深度或偏出井筒；结构：1~3层，可实现单管多报导；注意：防止含水层窜水影响交圈水位观察孔作用：当冻结圆柱交圈后，井筒周围便形成一个封闭的冻结圆筒，由于水变成冰后体积膨胀作用，使水位观察孔内水位上升，以致溢出地面。水位观察孔溢水是冻结圆柱交圈的重要标志。测温孔布置数量：2~5个；位置：内缘、外缘，两圈之间；深度：穿过冻土发展较慢地层，如粘土层；测温管径：一般108mm作用：确定冻结壁厚度和平均温度；9.影响掘进段高的因素、以及各因素与掘进段高关系。影响因素：地压越大，段高越小（一般来说，地压随井筒深度增加而增大，而段高却应随之增加而减小。）；当深度相同时，塑性岩土较非塑性岩土压力大，段高也相应减小；井筒掘进直径、冻结壁厚度及其形状（对称程度）等，均对段高选取有影响；掘进速度。掘进速度反映了片帮暴露时间的长短，冻土是流变体，当地压不变时，变形随暴露时间增加而增大。因此，掘进速度快时段高可大一些，反之，段高应小一些。冻结壁内的平均温度。冻结壁内的平均温度越低，冻土强度就越大，冻结壁的承载能力也就越大，段高相应地可大一些。冻结壁形成过程。冻土中的水变为冰的状况和冻结速度有关，如果盐水温度低，低冻结速度快，岩土中的水才会变成六面冰晶体，否则将变成针状冰晶体。由于六面冰晶体较针状冰晶体强度高，故冻结速度较快时，段高可大些，否则段高则应小一些。10.冻结井壁施工的特点。1.井壁应有足够的强度和防水性能，以适应不稳定表土层含水丰富和地压大的特点。2.井壁在矿井投产后，能承受采动压力的影响。3.井壁在低温环境下施工，混凝土井壁养护条件差，水化不充分，影响强度增长，不能达到预期的强度等级。4.井壁在冻结壁的环抱下施工，从一开始使承受着冻结压力，根据实测结果冻结压力有时可能超过地压，因此，要求井壁有较高的初期强度来限制冻结壁的径向变形，否则，可能导致冻结管断裂。11.常用的冻结方案及影响因素、各方案特点、适用条件，如何进行冻结方案优化。1.等深全长冻结方案：同圈(排)孔的长度（深度）相同，同圈(排)孔全长同时冻结。施工工序简单，适应性强，能一次穿过多个含水层等优点,不足是冻结站制冷量大，冻结壁厚度上下不均匀。2.差异冻结方案：同圈(排)管的深(长)度不同。应有条件：下（后）部岩土易于冻结时对下（后）部冻土墙的强度要求低或主要起封水作用时。该方案可以少挖冻土，有效地利用冷量，加快了掘进速度，从而降低凿井成本。3.分段（分期）冻结方案：沿管长分若干段，按一定顺序冻结。应有条件：为了节省冷量冻结时；工程或地层条件具备分段条件时；分段位置要合理，一般在厚隔水层中。分段冻结要求在分段处一定要有较厚的隔水层（粘土层）搭接，分段要尽量均匀，使每段供冷均衡。4.局部冻结方案：如果只需局部地段需要冻结，可采用此方案。应用于事故处理，特殊地层条件5.斜井冻结方案：钻孔和下管难度大，钻孔量最小，冻结管用量最小，最节省冷量。斜井冻结方案有斜孔、直孔和直斜孔冻结三种。6.分圈异步冻结方案：将各圈管视为单井单圈冻结，各圈(排)管开冻时间不同。作用是降低高峰需冷量，减少夹层水冻胀力，节省冷量。影响因素：地质条件：岩性及分布,冰点,地温；水文条件：含水层位置、水压、流速流向等；施工设备：制冷能力，打钻孔水平等；技术水平：掘砌速度等；井筒的工程特征：深度、直径、壁厚等。方案选择：应以安全可靠和取得技术经济最佳效果为原则。12．岩土中水冻结过程。如图1-40：1冷却段2过冷段3释放潜热段4结冰段5冻土继续冷却段13.冻结法施工中对水源井位置的要求及原因。水源井位置：为避免人为加大地下水流速，影响冻结壁交圈：1.水源井的布置应使冻结井筒在其降水漏斗影响范围以外。2.位于地下水流的上游。3.水源井应距冻结井筒300以上，两水源井间距不小于150m。14.冻结法施工中钻孔偏斜的原因及防治措施。原因：1、地层方面：软硬不均，倾角不同，有空洞、裂隙等2、安装与操作技术方面：导向管和钻机主轴安装不正，钻压过大，泥浆质量不好等防治措施：采用纠偏钻具：涡轮钻具、戴纳钻具等专用钻具。15.冻结法施工中常见问题及处理方法。冻死风动工具–-----压风除湿（干燥、冷凝）；爆破破坏冻结管-------------多打眼、少装药；冻结管偏入井内---------关闭，割去；水文观察孔堵塞、压扁；冻结管断裂，严重时透水淹井；片帮---------------加防片帮孔、加强冻结；冻结壁未交圈；冻结壁变形大，压坏外层井壁(缩段高、强化冻结)。16.冻结法施工的井筒，砌筑中保证井壁质量的措施和方法。1.提高混凝土等级----增加1~2级；2、提高入模温度20℃；加入化学添加剂防冻剂,早强剂,减水剂,密实剂等；3.加入矿物添加剂硅粉、粉煤灰、矿渣等；4.改井接茬方式单斜面-双斜面,止水带,钢板接茬；5.铺泡沫塑料板隔温、隔水、均压、让压17.冻结法施工的井筒，加快掘砌速度的措施和方法。1、冻掘配合，尽量少挖冻土；2、采用挖掘机等机械；3、适当使用爆破破土；4、实行正循环作业；5、注意风动设备除湿；6、凿井设备机械化配套18.加速和强化冻结的方法。降低盐水温度；缩短间排距；加长冻结时间加大管径强化管壁传热效果（如：铜管）加大盐水流量19.冻结管断裂的原因及防治措施。（内因：钻孔及冻结器问题；外因：冻结壁变形大，冻结管受力过大）内因：（冻结管材质及其连结结构在低温工作条件下的物理力学性能不良）1.钻孔偏斜及弯曲大：控制孔偏斜及孔间距2.冻结壁形状严重不规则：在孔质量合格的前提下，保证各冻结管流量一致3.管材及接头强度低：一般能满足，完全随冻结变形4.管接头适应变形能力差:采用内衬管接头、采用Ω形接头外因：1.冻结壁变形大：【地压大；冻结粘土的强度低；冻结壁平均温度偏高；冻结壁的有效厚度小；掘进段高大；冻结壁暴露时间长】通过改进设计、强化冻结解决2.爆破震动力过大：控制装药量及炮孔至冻结管间距强化换热效果防断管措施：1.取最薄弱粘土层和最深土层为控制层：设计冻结壁的厚度与平均温度2.强化冻结：降低平均温度，增大厚度3.提高冻结管的变形能力：采用低温塑性好的管材；变形能力好的接头4.实施信息化施工，保证冻、掘科学配合5.合理进行爆破作业20.冻结井壁结构的发展历程、井壁结构类型及双层复合井壁各组成部分作用。井壁结构类型：单层井壁、双层井壁、复合井壁复合井壁（在双层井壁中间设一防水及可塑性夹层），作用：防水、缓冲地压，允许外壁上下和径向滑动。21.冻结井壁、冻结壁设计计算。第2章注浆法-主要内容1.注浆法的概念、分类。注浆法是在裂隙含水岩层或松散的含水砂土层中，注入可凝结的浆液，充塞裂隙堵水或固结砂土、减小涌水，从而改善工程条件，利于井筒施工。2.注浆法的分类方法很多，通常下列几种：(1)按注浆材料种类分为:水泥注浆、粘土注浆和化学注浆；(2)按注浆施工时间不同分为:预注浆和后注浆；(3)按注浆对象不同分为:岩层注浆和表土层注浆；(4)按注浆工艺流程分为:单液注浆和双液注浆；(5)技注浆目的分为:堵水注浆和加固注浆；(6)按作用机理分为:充塞注浆、渗透注浆和挤压注浆。3.水玻璃模数、注浆压力等概念水玻璃模数：玻璃可根据碱金属的种类分为钠水玻璃和钾水玻璃，其分子式分别为Na2O·nSiO2和K2O·nSiO2.式中的系数n称为水玻璃模数，是水玻璃中的二氧化硅和碱金属氧化物的物质量之比。注浆压力：是浆液克服流动阻力，进行扩散、充塞和压实的能量4.止浆垫的概念及止浆垫的作用止浆垫：是指井筒工作面预注浆时，预先在含水层上方构筑的，能够承受最大注浆压力（压强）并防止向掘进工作面漏跑浆的混凝土构筑物。（止浆垫一般是整体浇筑混凝土，其结构形式主要有单级平底型和单级球面型两种。）止浆垫的作用在于封闭含水层涌水，安装注浆导向管和保证在用最大压力注浆时，不使浆液从含水层翻入井内。5.注浆施工的主要工序。1）注浆孔施工2）安装注浆设备；3）压水试验、测定岩土层的吸水率；4）配制浆液、注浆施工及效果检查。5）井筒掘砌。6.常用注浆方式及其特点和适用条件。对不同孔：单孔顺序注浆：一次注一个孔。如：先注单号孔，后注双号孔；多孔同时注浆：一次注几个孔对同一孔不同深度：分段下行式（工艺：自上而下钻一段孔、注一段浆；同段内先钻孔后注浆。特点：向上冒浆少，钻孔和扫孔工作量大）；适用于岩石破碎、裂隙发育、孔壁不易设止浆塞的岩层和涌水大、厚度不大于40m的含水层。分段上行式（工艺：一次钻到终深，用止浆塞