冻结法凿井快速施工技术在工程中应用

冻结法在古城主斜井施工中的应用[摘要]山西潞安集团公司古城矿主斜井是全国冻结斜井最长、最深的，冻结段斜长505.5米，冻结垂深147米。

具有地质、水文情况复杂，含水层多，大断面掘砌的特点，施工难度大，通过掘砌中优化施工方案，机械化施工安全惯利通过了冻结段，工程质量优良。

[关键词]斜井；冻结法凿井；大断面掘砌施工引言古城矿井位于山西长治市西，行政区域隶属长子、屯留管辖，常村、屯留矿井南部，二岗山断层北部，主斜井井筒地面标高+940.8m，井田内广大地区被第四系黄土覆盖，地表总的趋势为西高东低。

井筒地质及水文地质地层结构根据井筒检查孔第5#、第6#孔揭露，古城主斜井地层情况从上到下划分为第四系、二迭系。

按5#和6#检查孔揭露的工程地质情况，结合晋东南区域地质分析，表土层以粉质粘土与砂土为主，富含碳酸钙，由肉眼可见的大孔隙，有孔虫及植根孔，铅直节理发育，并含有大小不一、数量不等的结核和包裹体，有的被水浸湿后在自重作用下显著沉陷（湿陷性），易产生陷穴和天然桥，岩土胶结不好，结构较疏松，稍密至中密，导致竖直方向的渗透系数是水平方向渗透系数的几倍。

另外砂层分布的不均匀性，在局部出现了明显的差异，稳定性差。

受振动后易液化，该类地层属于不稳定地层，隔水性差，导水性强，个别地段易出现涌水溃砂现象，采用普通法施工难以通过，故采用冻结法施工。

1.工程概况古城煤矿主斜井斜长2018.802米，坡度15°净宽6.0米、井筒净高：5.2m、井筒掘进宽度：7.8m、井筒掘进高度：7.0m、净断面21.33m2，0～42.5米为明槽开挖，42.5米～548米表土段、风化基岩段采用冻结法施工，冻结斜长505.5米，548.0米以下基岩段采用普通法施工。

2.冻结方案及冻结施工设计2.1方案选择及设计要点针对古城煤矿主斜井井筒穿过地层特点，冻结方案以“安全第一、优质高效、少挖冻土”，确保井筒施工安全为原则，造孔、冻结、掘砌相衔接，连续、快速、优质完成冻结段施工为目的。

地下工程冻结法施工技术应用华北科技学院张维亚魏鋆摘要：对某矿风井表土层冻结施工技术方案作了介绍，并分析顺利通过膨胀粘土层的成功经验，为类似地层的矿井建设提供借鉴。

关键词: 冻结法;施工技术;方案;经验1 工程概况及地层条件山西某矿井设计生产能力为300万吨／年，采用立井开拓，布置主、副、风三个井筒，表土段均采用冻结法施工，施工总工期不大于8个月。

据井检孔所提供的地质资料，风井位置地面标高为+931.246m。

表土段以粘土和砂质粘土为主，夹有少量砂土（参见表1）。

地下水水位离地表在10m左右。

冻结深度范围内最高地温约为16℃。

表1 表土层土性组成据地层资料分析，该工程井筒表土层埋深浅，地压小，土性以粘土为主，含水砂层较少，表土段地温偏低。

根据以上地层特点，该工程宜采用冻结法施工。

2 冻结方案由于井筒开挖直径和冻结深度小，要求冻结工期短，该风井采取单圈冻结孔冻结，并采用一次冻全深的冻结方式。

根据设计要求，风井冻结深度为210m。

最终冻结深度应根据冻结孔施工中的实测风化带深度进行适当调整。

按有关规范要求，冻结深度应进入完整基岩不小于10m。

冻结管均采用Φ127×6mm的优质20#低碳钢无缝钢管，采用内衬对焊焊接。

按快速冻结要求，并考虑合理提高冻结效率，逐级降低盐水温度。

设计冻结12d盐水温度降到−20℃以下，开挖时达到−26℃。

设计最低盐水温度为−30℃。

井帮温度降至零度以下后，视冻结壁温度和变形监测情况（冻土进入井帮大于0.5m ，实测井帮位移小于30mm ）可转入维护冻结，维护冻结盐水温度控制在−20℃～−22℃之间。

冻结孔单孔盐水流量取10m 3/h 。

设计控制层冻结壁平均温度为−8℃。

正式开挖时冻土离井帮不大于0.5m ，井帮温度不高于3℃。

掘进到100m 时井帮温度达到0℃以下。

冻结壁的平均温度和井帮温度采用维亚洛夫的成冰公式计算，即：式中：T 为冻结壁平均温度，℃；T 1 为盐水温度，−30℃；T 2为井帮冻土温度，℃；L 为冻结孔间距，m ；E 为冻结壁有效厚度，m 。

冻结法凿井快速施工技术在工程中的应用摘要：结合某煤矿中央回风立井冻结表土段凿井施工工程, 该井筒深1005m, 其中冻结段深618m。

介绍了在冻结法施工中所采用的综合机械化配套方案和多项新技术、新工艺、新设备, 实现了快速施工。

关键词: 冻结法；立井井筒；机械化配套设备；快速施工中图分类号: TD262 文献标识码: A文章编号:近年来，冻结法凿井施工技术应用越来越广泛，尤其对于冲积层较厚的煤矿建井施工能有效起到安全快速的作用。

所谓冻结凿井法（freeze sinking method），即是采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进行凿井的特殊施工方法。

1862年英国首先将人工制冷方法用于基础工程，1883年德国最早用人工冻结法开凿立井，我国是1955年首次在开滦林西煤矿开凿风井中开始应用。

冻结法是特殊凿井的主要方法之一，虽然需用设备较多，工期较长，成本较高，但安全可靠，施工技术较成熟。

现结合工程实例，就实现快速施工所采取的相关技术措施作简要探讨。

该煤矿中央回风立井, 井筒净直径7.5m, 深度1005m,其中冻结段深度618m, 基岩段深度387m。

冻结段为双层钢筋混凝土井壁, 混凝土强度等级C50～C75。

井筒冻结段穿过第四系表土层, 主要以粘土和砂土为主。

1 凿井施工综合机械化配套方案井筒冻结表土段快速施工的关键环节是掘进、提升运输和砌壁；应根据井筒表土层实际情况和合同要求，合理选用能满足相应工序要求的施工设备。

选用综合机械化配套设备如下：CX55型挖掘机掘进，多台风镐、凿岩机、铁锹等刷帮,HZ-6型中心回转式抓岩机装矸。

主提升为2JK-4.0×2.1(Ⅱ)E型提升机，配单钩5.0m3 吊桶提升。

副提升为JKZ-2.8/15.5型提升机，配单钩4.0m3吊桶提升，座钩式自动翻矸；矸石落地后，铲车装载，自卸式汽车排矸。

设置3 层吊盘, 采用4台德国产JZ-25/1300 型稳车悬吊, 提落集中控制。

“三同时”建井中冻结法技术的应用实践【摘要】冻结法凿井是目前我国立井特殊施工的首选技术。

本文介绍了“三同时”建井技术，并集中的分析了冻结法建井技术的优势，并结合工程实践，详细的阐述了“三同时”建井中冻结法技术的建井应用。

【关键词】立井建设；“三同时”；冻结法；应用实践引言我国华东、华北经济发达地区浅层地质条件好的煤田，绝大部分已得到充分开发，其中不少煤田已经枯竭，需要开发深厚表土所覆盖下的煤田。

特别是东部地区矿井现已经进入深部开采，矿井大多都要穿过400 m～800 m的深厚表土层，在这种复杂的地质条件下，用常规的建井技术已经不可能，必须考虑采用特殊的凿井技术。

冻结法凿井是目前我国立井特殊施工的首选技术。

冻结法凿井是在地下工程掘进之前，利用人工制冷技术，将地下工程周围岩土冻结成封闭的冻土结构物——冻结壁，用以承受地压和隔绝地下水和砂的涌入，然后在冻结壁的保护下进行掘进与支护的特殊施工方法。

1 “三同时”建井技术“三同时”建井，是在受控钻孔（定向钻进）技术发展的基础上提出的，将传统井筒建设中上部冲积层冻结、下部岩层注浆、井筒掘砌依次施工的顺序，通过一定的技术手段，使三者在同一井筒，同一时间，不同的深度上同时施工，达到缩短工期，确保安全的平行作业。

在煤矿建设中，注浆是岩土加固和治水的一种特殊施工方法，也是实现打干井、提高工程质量、推进井巷施工机械化、加快建井速度的一项重要技术措施。

”三同时”建井的核心是处理好注浆孔与其它工序的平行作业和钻孔质量。

研究采用受控钻孔和少孔大段高注浆等新技术，达到缩短工期，提高质量的效果。

注浆、冻结、掘砌三者平面位置是根据冻结圈径及永久井架位置确定的。

关键是确定“S”孔注浆段钻机的地面位置，它主要受定向“S”注浆孔的技术参数，最外侧冻结管圈径的影响。

例如，邢东矿副井冻结孔外圈直径11.5m，冻结深度245m，冻结壁厚度3m。

在245m深度上，定向“S”孔应在距冻结体2m的安全距离以外，设计“S”孔钻机的地面布置圈径为44m，3台钻机分别位于30°、150°、270°方位上，“S”孔施工中，0～232.5m为直孔段，232.5～400m为定向段，400～852.5m为直孔段。

关于冻结法凿井冷冻孔施工技术的应用分析作者：李长河来源：《中国·东盟博览》2013年第08期【摘要】在煤矿建井施工中，冻结法凿井施工得到广泛应用。

冻结法凿井施工具有安全性和快捷性等特点，这是目前在煤矿施工中的主要的应用技术。

冷冻孔施工技术对于冻结法凿井施工有着至关重要的作用。

【关键词】冻结法；冷冻孔；冷冻孔施工文章编号：1673-0380（2013）08 -0195-01用冻结法建井施工最早源于西伯利亚。

西伯利亚人在进行金矿勘探工作中发现，含有金的砂石、矿层一般都深藏在附着着砂或粘土的冲基层下。

这些冲基层往往含有很多的水分，这为开采带来麻烦。

于是，西伯利亚人想到利用自然的冷冻来帮助矿井的建设和开采工作。

随后，人工冻结法就逐渐的代替了自然冻结法以完成矿井的建设。

1883年，德国率先运用了冻结法凿井技术，使矿业开采进入到了冻结法凿井时代。

在1955年，中国的矿业开采也引入了冻结法凿井技术。

并在1956年，完成了运用自己的国产设备，自己设计凿井施工，将冻结法邹静技术在全国范围内进行了推广，并得到广泛的应用。

目前，冻结法施工技术仍然是我国主要的矿业凿井技术。

在冻结法凿井施工中对于冷冻孔施工技术的要求十分重要，因此本文将对于冷冻孔施工技术的应用进行细致分析。

冻结法凿井施工技术的机理，主要是通过对施工工程周围岩层中的水进行防治侵入的一个过程，通过形成临时的冻土墙来起到隔离水的作用。

而冷冻孔施工技术就是为保证形成冻土墙而做的前期准备工作。

为了更好的形成冻土墙，需要在施工范围内的井筒周围钻孔，在钻孔内放入冻结管，所有冻结管与供液管组合成冻结器，通过盐液的循环，最终形成冻土墙已达到开采的过程。

一、冷冻孔数目要控制在合理范围内在设计施工中对于井筒周围冻结管所形成的冻土圆柱要精心核算，冻土圆柱构成冻土墙，而冻土墙的设计必须要能够承受井筒周围岩石与水对于井筒所产生的压力。

根据岩石的热物理性和岩石的成分、粒度，岩层含水的性质和含量，以及冻土墙需要的冻结时间、冻土墙需要冻结的温度进行认真测量计算最终确定冻土墙的厚度。

井筒冻结法在矿建施工中的技术应用摘要：在井筒施工过程中，冻结法的施工工艺较为简单，同时能够降低工程施工成本，有助于施工企业达到经济利益最大化的目标。

所以，对井筒冻结法的施工工艺以及施工原理进行分析是十分有必要的，这有助于行业的未来发展。

本文论述了井筒冻结法的施工原理和分类，分析了井筒掘砌的施工技术，可供参考！关键词：井筒；冻结法；施工技术随着经济的不断发展进步，国家和社会的建设项目也越来越多，对空间的利用也越来越重视，在矿建施工方面，由于地下空间的情况比地面施工更为复杂，难度也上升了一个很高的层次，面对复杂的矿建工程地质和水文地质环境和施工条件，常规的施工技术显然不能够满足施工的要求，而要根据具体的施工特点和地质环境和条件来进行具体的分析，从而提高施工的质量。

井筒冻结法在矿建施工中就应用的比较广泛，因此，对井筒冻结法在矿建施工中的技术进行分析，对矿建施工具有重要意义。

1井筒冻结法的施工原理冻结法指的是工作人员使用人工制冷方法，对要挖掘地下空间的周边土层中含有的水进行冻结处理，使其和土层之间构成胶结状态，如此一来，就能构成冻土墙或者是构成一个密封的冻土体，从而能够有效科学地抵御土层的压力，解决地下水出现渗漏的情况。

作为在地下工程施工过程较为特殊的施工技术，冻结技术经常被使用在竖井工程项目中。

冻结技术利用人工制冷方式，把天然岩土做成冻土，这不但大大节约了工程施工的成本和周期，也加强了土体的安全性和稳定性，并且有了冻结壁面的保护，相关施工人员就能够在井下进行堆砌、挖掘等特殊工程的施工。

在冻结技术中，冻结壁面被当做一种临时性的支护构造而存在，在永久支护施工完成之后，冻结壁面就不再具备存在价值了，相关工作人员就能够停止对其冻结。

在冻结过程中，工程施工人员常常是采用物质从液态转化成气态的自然现象来进行人工制冷的。

在此环节中，氨是最常被使用到的物质，整个制冷环节也是由盐水循环、氨循环、盐水循环、冷却水循环三个循环环节组成的。

冻结法凿井技术在立井开拓中的应用及其注意事项摘要：冻结法凿井在井筒特殊施工中被大量应用。

其优点在于：适应性强、支护结构灵活、易控制、隔水性好、对环境影响小，尤其在不稳定表土层中施工井筒。

自90年代中期，随着冻结法凿井技术的逐渐推广，我国已是世界上用冻结法凿井穿过表土层最厚的国家之一。

但是在立井井筒冻结法施工中，仍然存在一些问题。

介绍了冻结法施工技术、存在的问题及其注意事项。

关键词: 冻结法施工；井筒；主要问题；注意事项中图分类号：td265文献标识码： a 文章编号：在立井井筒开挖之前，必须在开挖井筒的周围打一定数量的冻结孔，孔内安装冻结器。

低温盐水在冻结器中流动，吸收其周围地层的热量，形成冻结圈并逐渐扩大连接成封闭不透水的冻结壁，用于抵抗地压、隔绝地下水。

然后，在其保护下进行掘砌施工，待掘砌到预计的深度后，停止冻结，进行拔管和充填工作。

立井井筒冻结法施工主要工艺过程包括冻结孔施工、井筒冻结和井筒掘砌等主要工作。

由于地下空间的不确定性，冻结法在井筒的施工中还存在很多的不确定性，从而引起了很多问题，像冻结管断裂、冻结井壁破裂、工作面底鼓、冻结壁变形、风动机具的冻结堵塞以及地表冻融危害等问题。

现结合多年来的工作实践，就以上相关问题作简要分析，重点阐述了施工过程中的注意事项。

1 冻结孔偏斜及其注意事项1.1 原因分析一方面，随着施工的推进，钻机天轮、立轴和钻孔已不在一条垂直线上，或者钻具发生了弯曲，或者使用的泥浆过浓或过稀，这些问题只要认真检查是可以避免的。

另一方面就是地质条件的变化因素引起的，随着钻孔深度的变化，地层中岩石的性质也在不断变化，无论是由硬变软还是由软变硬，若不改变原来的钻进参数和采取相应的措施，就容易发生冻结孔偏斜。

1.2 注意事项首先要根据工程地质实际情况合理选择钻具，φ89mm钻杆使用方便、纠斜较好，应是冻结孔施工的首选，其次适当加重管的长度和重量也可有效防止偏孔；其三是钻头选择，一般而言，上部采用四翼钻头，下部采用牙轮钻头较为合理。

冻结法在地下施工中的运用【摘要】冻结法作为一种重要的辅助工法，已越来越被设计和施工单位所重视，掌握冻结法施工技术已成为城市地下工程生产发展和社会竞争的需要。

本文从冻结法在城市地下工程中应用的基本技术特点和冻结方法入手，介绍了冻结法施工的原理和工艺要点，以及掌握和运用冻结法施工技术的现实途径等问题。

进一步指出了冻结法在施工过程中需要注意的若干问题，以促进冻结法在城市地下工程中的应用。

【关键词】冻结法；施工技术；城市地下工程；原理；应用0.前言冻结法是利用人工制冷技术，使地层中的水冻结，把天然岩土变成冻土，增加其强度和稳定性，隔绝地下水与地下工程的联系，以便在冻结壁的保护下进行隧道、竖井和地下工程的开挖与衬砌施工的特殊施工技术。

其实质是利用人工制冷技术临时改变岩土的状态以固结地层。

在矿井建设、地基基础、水利工程、河底隧道、地下铁道和其它地下工程中，遇到不稳定地层或含水量丰富的裂隙岩层，只要其地下水含盐量不大，而且流速较小（小于6m/d），采用冻结法阻断地下水、固结地层，容易获得成功。

冻结法源于天然冻结，随人工制冷技术的发展，逐渐用于工程，形成了工程冻结技术。

据统计，发达国家都有较早应用冻结法技术的先例。

人工冻结技术在我国也已经得到了成功的应用：1955年我国首次在开滦煤矿成功地应用冻结法进行竖井施工。

截止到1999年，我国煤炭系统已用冻结法建成竖井近500个，总长度超过70km，我国的水平孔冻结技术和斜井冻结技术也已经取得了很大的成功。

近些年来，随着城市地下工程的日益增多，特别是随着地下铁道建设的兴起，冻结技术已开始应用于城市地下铁道的隧道施工。

在北京市、上海市、广州市的地下铁道建设过程中，已经分别采用了垂直孔冻结技术、水平孔冻结技术，并取得良好的效果。

1. 冻结法施工的原理和工艺要点1.1 原理采用人工冻结技术，首先需要在准备冻结的地层中钻孔铺管，安装冻结器和盐水循环系统，然后利用人工制冷手段（低温盐水，液氮或干冰）提供冷量，通过低温在冻结器中循环，带走岩土热量，使岩土中的水结冰，将天然岩土变成冻土，形成整体性好、强度高、不透水的临时固结体，达到加固和稳定地层、隔绝地下水与地下工程开挖面的联系，达到安全、无水的施工环境的目的。