冻结法凿井规程

—1—本规范主要内容简介本规范共有10章40节12个附录及条文说明，其主要内容如下：第一章总则：编制目的和根据，适用范围，共性要求及相关标准；第三章勘察资料：规定了必要的井筒检查孔地质水文地质和人工冻土物理力学性能资料，为设计、施工提供依据；第四章井壁：规定了井壁设计计算原则，各种井壁结构形式适用条件，井壁结构设计计算、外力、内力及承载能力的计算方法；第五章地层冻结：各种冻结方案的适用条件，人工冻土强度值及蠕变特征，冻结壁厚度设计计算、主要参数值，冻结时间，制冷站制冷系统设计原则及制冷量的确定；第六章冻结孔与冻结管：本章规定了保证冻结孔和冻结管质量必要的技术措施；第七章制冷站：制冷站厂房设置原则，设备安装要求，以及正常运转的标志；第八章冻结壁检测与判断：规定了对检查孔检测的要求，判断冻结壁形成的条件；第九章井筒掘进与支护：井筒掘进段高的控制，尤其是深厚的粘土层防止冻结管断裂；钻爆法施工的炮眼布置、眼深、装药量及使用炸药、雷管的规定；井壁混凝土质量的控制，防止内壁温度裂缝漏水；夹层注浆时间及工艺、材料，规定了施工过程中的检测内容；第十章冻结工程收尾工作：规定了充填冻结管（孔）质量要求，建立技术档案的内容要求。—2—1.总则1.0.1为了贯彻执行煤炭行业的方针、政策，推广应用煤矿冻结法开凿立井工程在设计、施工中各项行之有效的科研成果和经验，保证立井工程的质量和安全，促使做到技术先进、经济合理、井壁使用可靠，特制定本规范。1.0.2本规范适用于冲积层厚度小于400m，冻结深度小于500m的煤矿立井井筒冻结法凿井的勘察、井壁、地层冻结、冻结壁形成及其检测、冻结孔施工与冻结管质量、制冷站制冷系统、井筒掘砌及监控的设计及施工。冲积层厚度大于400m的冻结立井可参照本规范执行。1.0.3在软岩冻结凿井、斜井冻结井筒及地铁、隧道、桥梁基础及建筑物基坑等工程中采用地层冻结法施工时，应根据该工程的特征，工程地质及水文地质条件，结合当地的施工经验，可参照应用本规范的相关内容。1.0.4在井壁、地层冻结设计及井筒掘砌施工时，应综合考虑地质及水文地质条件、冲积层厚度及其土的特性、基岩含水层的特征，确定合理的井壁结构、冻结方案、冻结深度及冻结壁厚度、强度。并应做到地层冻结与井筒掘砌工艺协调配合，确保冻结器安全。1.0.5煤矿冻结法开凿立井工程，除应符合本规程的规定外，还应符合国家现行的有关强制性标准的规定。说明（1.0.1）：1.我国冻结法凿井施工规模之大是世界之最，冲积层之厚是世界上罕见的；2.冻结法施工在立井中占有主要地位，发挥了重要作用；3.与相关规程（范）的关系。说明（1.0.2）：1.冲积层厚400m，冻结500m的技术装备是成熟的，井壁质量、安全掘砌有保证;2.2005年前施工的井筒，冲积层厚400m以内的占95%;3.今后修改适用于更深的冻结井筒。—3—2.术语、符号2.1术语2.1.1冻结凿井法freezesinkingmethod用制冷技术暂时冻结加固井筒周围不稳定地层并隔绝地下水后再凿井的特殊施工方法（《煤矿科技术语井巷工程》之3.2）。又称冻结法凿井。2.1.2冲积层alluvium覆盖于基岩露头之上的第三系、第四系地层。2.1.3冻结壁icewall用制冷技术在井筒周围地层中形成的，有一定厚度、强度和深度的封闭冻结圈（《煤矿科技术语井巷工程》之3.8）。2.1.4冻结壁交圈时间ice-wallclosingtime从地层开始冻结至井筒周围所有的冻结器单独形成的冻土圆柱均相交连接成封闭墙所需的时间。2.1.5冻结壁形成期formableperiodoffreezingwall从开始冻结至达到冻结壁设计要求的时间（《煤矿科技术语井巷工程》之3.10）。2.1.6冻结壁维持期maintainableperiodoffreezingwall冻结壁形成后，为维持其设计要求，继续向冻结器输送冷媒剂的时间(《煤矿科技术语井巷工程》之3.11)。又称维持冻结期。2.1.7人工冻土artificialfrozensoil用人工制冷的方法使松散不稳定含水地层冻结，使其成为含有冰的土（岩）。2.1.8制冷站freezingplant在井筒附近集中设置制冷设备和设施，为地层冻结提供负温循环盐水的建筑场所，其中主要有氨、盐水、冷却水循环系统及供电系统。2.1.9水文观测孔waterlevelobservationhole水文观测孔(简称水文孔)布置在井筒中心附近，插入主要含水层，根据管内的水位变化来判断冻结壁是否封闭。—4—2.1.10温度观测孔temperatureobservationhole温度观测孔(简称测温孔)布置在冻结壁厚度范围内，观察冻结壁的纵向及水平温度的分布状况，获得冻结壁形成过程中的温度资料，用来计算冻土扩展速度、井帮温度，为掌握冻结壁发展状况提供资料。2.1.11冻结孔freezinghole安设冻结器的钻孔（《煤矿科技术语井巷工程》之3.6）。2.1.12冻结器freezingapparatus安放在冻结孔内，由冻结管、供液管、回液管等组成的，用作循环冷媒剂与地层进行热交换的，带有底锥的金属管（《煤矿科技术语井巷工程》之3.7）。2.1.13测斜deviationalsurvey测量冻结孔、温度观测孔、水文观测孔在不同深度上的偏斜率和偏斜方位。测斜应在钻进过程中进行并成孔后最终测斜。用最终测斜成果绘制钻孔偏斜图。2.1.14井筒掘进段高shaftsinkingsection井筒开挖过程中，开挖后没有支护的井帮高度，一般应控制在2～5m。2.1.15冻土压力pressureoffreezingwall井壁支护后，冻结壁蠕变变形及融土回冻冻胀等因素作用于井壁上的径向压力的统称，是临时荷载，亦称冻结压力。2.1.16井壁shaftlining在井筒开挖围岩的表面构筑一定的厚度、强度和密封性好的整体构筑物。井壁为圆形断面，材料一般采用现浇钢筋混凝土或混凝土，混凝土应具有早强高强的特性。井壁结构形式一般有单层、双层、双层混凝土塑料夹层复合井壁等。2.1.17双层井壁double-layerlining由外层井壁和内层井壁组合而成。外层井壁由上而下随井筒短段掘砌直至冻结段底部，其厚度和强度应能承受冻土压力的作用；外层井壁施工结束后，内层井壁由下而上连续一次浇筑至井口，其厚度和强度应能承受静水压或负摩擦力的作用。内外层井壁材料，目前我国采用钢筋混凝土和混凝土。—5—2.1.18双层混凝土塑料夹层复合井壁double-layerconcretecompositeshaftliningwithaplastic-platesandwich在双层混凝土井壁的内外层井壁之间铺设一层或两层厚1.5mm聚乙烯塑料板而成。设置塑料板后，制止了内层井壁的温度裂缝，井壁防水性能好。2.1.19砌块沥青钢板混凝土复合井壁steel-concrete-bitumslidinglining外层井壁由混凝土预制块和可压缩板构成，内层井壁为钢筋混凝土结构，分段构筑。内外层井壁之间设置沥青和钢板。钢板封水性好，井壁不漏水，沥青柔性好，在外力作用时，有缓冲均压作用。允许井壁产生一定的曲率半径。故又称柔性井壁。2.1.20装配式铸件混凝土复合井壁shafttubbing装配式铸件混凝土复合井壁又称丘宾筒。由铸铁或钢带有凸缘和加强肋的弧形板，在井下装配成筒体，并在其后充填混凝土。2.2主要符号2.2.1材料性能Ec——混凝土弹性模量；Es——钢筋的弹性模量；cf——混凝土轴心抗压强度设计值；[jf]——混凝土容许抗剪强度；df——井壁材料强度设计值；tf——混凝土抗拉强度设计值；yf——钢筋抗拉强度设计值；'yf——钢筋抗压强度设计值；c——混凝土泊松比；θ——人工冻土温度；o——人工冻土瞬时单轴抗压强度值；[o]——人工冻土瞬时单轴允许抗压强度值；'s——人工冻土长时单轴抗压强度值；—6—T——有效冻结壁平均温度；ε――人工冻土蠕变应变。2.2.2作用、作用效应及承载力G——壁座以上内、外壁重力计算值；1G、2G……Gi——各层井壁重力计算值；bG——壁座及壁座以上井壁重力计算值；mG——每米壁座的重力计算值；nG——壁座以上内层井壁重力计算值；'nG——壁座中内、外壁分开施工段内层井壁的重力计算值；M——井壁截面弯矩计算值；oM——井塔作用于基础（井筒）上的弯矩；maxM——最大弯矩计算值；xM——壁座圆环横截面弯矩；yM——井塔嵌固水平以下沿井筒深度弯矩；N——井壁截面轴向力计算值；bN——作用在壁座上每米井壁重力计算值；Ndk、Nd——井壁吊挂力标准值和计算值；Pk、P——作用在结构上的设计荷载标准值和计算值；1P、2P——井塔基础对井壁产生的各向最大侧压力计算值；Pdk——冻土压力标准值；maxP——井塔基础对井壁产生的最大侧向压力计算值；Pok、Po——计算处均匀水土压力标准值和计算值；Pwk——计算处静水压力标准值；Pzk、Pz——单位面积上负摩擦力标准值和计算值；Pwk——不均匀压力分布标准值；Q——基础上部结构的总总重力（包括基础自重力）计算值；Q1——直接支承在井筒上的井塔重力计算值；Q2——计算处以上井筒装备重力计算值；—7—Qo——井塔作用于基础（井筒）上的水平力；R——结构的承载力设计值；R(·)——结构的承载力函数；S(·)——内力组合计算值函数；maxV——冲积层与基岩交界面处每米井壁最大剪力计算值；[σ]——壁座下部围岩容许压应力；σ——井壁圆环截面内外切向应力平均计算值；n——壁座外缘与围岩的粘结强度；r——井壁径向应力计算值；s——受拉边或受压较小边的钢筋应力；t——井壁圆环截面切向应力计算值；σvk、σv—井壁自重应力标准值和计算值；x——井塔嵌固水平以下沿井筒深度水平抗力计算值；z——井壁竖向应力计算值；2.2.3几何参数A——带形或环形基础宽度；Ao——井壁横截面面积；As——每米井壁截面配置钢筋面积；As1、AS2——受压区、受拉区环向钢筋的截面面积；Az——竖向钢筋截面面积；a、a´——受拉、受压钢筋的合力点至构件截面边缘的距离；B——带形基础长度；b——井壁截面计算宽度；pb——基础计算宽度；D——井筒外直径；bD——内层井壁外直径；d——井筒内直径；e——轴向力作用点至受拉钢筋合力点之间的距离；—8—ae——附加偏心距；ie——初始偏心距；oe——轴向力对截面重心的偏心距；wF——计算处以上井壁外表面面积；H——计算深度；bH——设于稳定基岩中的壁座高度；dH——井壁吊挂段高；h1——井筒上部井塔基础高度；hb——圆筒形壁座整体现浇段高度；hc——壁座高度；hg——从结构基础底至计算深度距离；hz——壁座下支撑圈高度；I——井筒横截面惯性矩；L——波长；'L——基础中心至井壁外缘距离；oL——计算长度；r1、r2····ri——各层井壁重心至井筒中心半径；rb——圆筒形壁座外半径；rj——圆筒形壁座下井壁外半径；rn——井筒内半径；ro——井壁断面的中心半径；rs——壁座截面形心至井筒中心半径；rw——井壁外半径；t——计算处井壁厚度；bt——壁座宽度；ot——井壁截面有效厚度；X——混凝土受压区高度；oX——井塔基础嵌固水平处的横向位移；Y——井塔基础对井筒的影响深度；—9———壁座承压面与水平面的夹角；QQ——计算井塔基础时，Mo=0，Qo=1时的位移；QM——计算井塔基础时，Qo=0，Mo=1时的位移；MQ——计算井塔基础时，Mo=0，Qo=1时的转角；MM——计算井塔基础时，Qo=0，Mo=1时的转角；o——井塔基础嵌固水平处的转角；ω——不均匀压力计算点角度；E——冻结壁设计厚度；h——井筒掘进段高；ho——基岩冻结长度；ua——冻结壁内表面允许位移值；Do——主冻结孔布置圈直径；Df——辅助冻结孔布置圈直径；Ls——主冻结孔开孔间距；H´——控制层（设计层）底板计算深度；H1——冲积层厚度；1Q——冲积层中钻孔允许偏斜率；2Q——基岩中钻孔允许偏斜率；v——冻结壁平均扩展速