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富水岩层中新型单层冻结井壁关键施工技术与工艺研究

张驰  
【摘要】:西部深厚富水岩层中,如何防止井壁在孔(裂)隙水压作用下与围岩相互剥离,避免100%井壁外表面受100%地下水静水压作用,事前如何预防井壁渗漏水通道的产生,事后如何封堵已经出现的渗漏水通道,是新型单层冻结井壁施工过程中急待研究并解决的关键技术与工艺! 论文首先采用数值计算的研究方法,讨论了因掘砌施工导致的径向相互作用力fa的变化规律,计算结果表明:1) fa可表示为井筒埋深H的函数(fa=KfH);2)冻结壁内缘径向卸载率η的常见值为0.403~0.911。 基于轴对称平面应变模型,对新型单层冻结井壁进行应力分析,得到了凿井期井壁的应力与位移解析解。通过对总径向相互作用力f x变化规律的研究,提出了避免冻结壁解冻后井壁、基岩界面相互剥离的技术措施。 针对新型单层冻结井壁可能存在的3个漏水通道,论文首先阐述了凿井期井壁裂纹(缝)产生的机理。尔后,综合采用数值计算与现场实测的研究方法,详细讨论了基岩段新型单层冻结井壁防冻害、防裂以及接茬注浆等关键技术,研究成果表明:1)当冻结管至井帮距离Df≥3m、井帮温度tb≥-5℃时,可确保井壁全断面正温养护时间≥26.7d;2)当混凝土后期趋于稳定的膨胀应变t不小于300μ,28d膨胀应变不小于50%(即150μ)时,可避免井壁产生环向、竖向温度裂纹(缝);3)竖筋预紧力设计值可取为20kN,预紧工序应在混凝土浇筑至施工段高1/2之前完成;4)径向相互作用力fa对抑制井壁温度拉应力,效果较为显著;5)建议采用“下行式集中注浆”的方法进行接茬预注浆,注浆压力宜取为1倍静水压;6)若接茬持续3min不渗漏且注浆压力不下降,可认为注浆效果良好。 以鄂尔多斯市呼吉尔特矿区葫芦素副立井为工程背景开展实测研究,实测成果表明:1)基岩冻结压力主要受原岩富水条件、强度等因素影响,与井筒埋深H无直接关系;2)基岩冻结压力极值Pmax仅约1.08~1.74MPa,远小于按实测井筒埋深H换算的静水压力值P0,更远小于特厚冲积表土中的冻结压力上限值Pω;3)凿井期竖筋、环筋应力的绝对值最大不超过70.8MPa和101.0MPa,仅接近井壁配筋HRB335强度设计值300MPa的1/3,故新型单层井壁配筋于凿井期具有足够的安全储备;4)实测层位F1~F3混凝土压应变极值均出现在井壁环向,且仅达到各层位混凝土极限压应变估算值max的25.7%、19.2%和19.0%,故凿井期新型单层井壁的混凝土压应变亦处于安全范围。 最后,论文对基岩段新型单层冻结井壁的关键施工技术与工艺进行了总结,研究成果可为现场技术人员提供参考,对新型单层井壁的后续应用具有重要参考价值。


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