深厚冲积层冻结法凿井技术研究现状与展望

论我国深井快速建井综合技术[摘要]文章结合深井快速建井的几个代表性工程介绍钻井法和冻结法凿井技术在深井建设中的应用，探讨了深井建设中支护技术、通风降温技术、防治水技术、施工工艺与装备技术等问题。

[关键词]深井建井技术；千米立井；“三同时”；中图分类号：ts124.7 文献标识码：a 文章编号：1009-914x （2013）20-0541-011 国内发展现状近年来我国在深井开发建设中，先后完成了淄博唐口矿同一井场3个超千米井（筒）的建设，研究开发了邢台邢东矿深井“三同时”快速凿井新技术，都属国际深井建设的先进水平。

在巷道支护、深部动力灾害和深井降温等方面，通过引进国外先进技术，也取得了长足进步，但由于我国地质条件复杂，在解决深井快速建井技术上，还需结合我国的地层特点，深入系统的研究。

2 我国深井快速建井的几个代表性工程2.1 唐口千米立井淄博唐口矿井，位于山东省济宁市西侧，设计年生产能力300万t采用立井开拓，主、副、风3个超千米井筒，深度为1030m、1061m 和1045m，净直径为7.5 m、7.0 m和6.0 m，布置在同一工业广场内。

井筒穿过冲积层210 m，主要由粘土、砂质粘土及砂层组成，基岩属侏罗系和部分二叠系岩层，基岩段共有6个含水层，预计涌水量分别为122.9 m3/h， 623.41 m3/h和223.98 m3/h（表1）。

唐口矿主、副、风井筒分别于2002年4月、2002年1月和2001年10月正式开工，表土段采用冻结法施工，掘进用hz-6型中心回转抓岩机直接破土装罐，辅以人工铁锹、g11风镐挖掘和刷帮。

冻结基岩采用钻爆法施工， fjd-6.7或fjd-6a型伞钻打眼，中深孔光面爆破， t220中威力低温防冻水胶炸药， 1～5段毫秒延期电磁雷管，专用地面高频发爆器引爆。

冻结段外壁施工采用短段掘砌，段高3.6m（风井）和4.0m（主、副井），砌壁模板为： mjy-3.6/8.6 （主井）；冻结段内壁施工从下往上套砌。

井筒冻结法施工的常见问题及防治措施xxx xxx xxx（中国矿业大学建筑工程学院，江苏徐州221116）摘要：在不稳定表土层中施工井筒时，冻结法具有大量的优点，主要包括：适应性强；支护结构灵活、易控制；隔水性好；对环境影响小等。

因此，冻结法在井筒的特殊施工中被大量应用。

我国煤矿于1955年在开林西风井首次使用冻结法凿井，此后，冻结法凿井技术逐渐推广。

现在，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，但是井筒在冻结法施工中，仍然存在很多的问题，这些问题必须引起我们的高度重视。

本文主要是介绍了冻结法施工的原理及共存在的主要问题，并提出了相关的防治措施。

岩土工程冻结法通常是利用物质气化过程的吸热现象来达到将主体中的水冷却、结冰的目的。

其制冷系统多以氨作为制冷物质。

为了使氨由液态变成气态，由气态又变为液态，如此循环进行，整个制冷系统由三大循环构成：氨循环系统、盐水系统、冷却水循环系统。

在井筒开挖之前，在欲开井筒的周围打一定数量的冻结孔。

低温盐水在冻结器中流动，吸收其周围地层之热量，形成冻结圈。

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，在其保护下进行崛砌施工，待掘砌到预计的深处后，停止冻结，进行拔管和填充工作。

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，像冻结管的断裂问冻结井壁的破裂问题、工作面底冻结壁的变形问风动机具的冻结堵塞问题和地表冻融危害问题等。

冻结法井筒施工中的常见问题及防治措施。

在冻结井筒掘进中，冻结管断裂现象时有发生。

近年来，由于冻结深度逐年增加，遇到厚粘土层的机会越来越多，冻结管断裂的现象也就会越来越严重。

究其问题，主要有：冻结壁的变形过大，冻结孔偏斜大，冻结管接头焊接质量差或丝扣连接时扣形不适。

其防治措施有：合理确定冻结孔布置圈直径。

深厚表土冻结法凿井井壁安全监测技术王书磊,胡 斌,安新豪(中国矿业大学建筑工程学院,江苏徐州221008)摘 要:重点介绍了深厚表土中冻结法凿井的井壁安全监测技术,利用现代计算机控制和远程通信技术,通过电话网和调制解调器,借助预埋的传感器,经过信息的分析和反演,实现了冻结法凿井中对井壁的远程全自动安全监测。

关键词:监测技术;冻结法;凿井;井壁安全中图分类号:TD26 文献标识码:A 文章编号:1008-8725(2008)05-0100-03 Monitoring for Sidewall Safety in Deep Alluvium Freezing ShaftSinking EngineeringWANG Shu-lei,HU Bin,AN Xin-hao(School of Architecture&Civil Engineering,China University of Mining and T echnology,Xuzhou221008,China) Abstract:Monitoring for sidewall safety in deep alluvium freezing shaft sinking engineering is discussed in the paper.With the modern computer c ontrol and communication technology,via telephone network and modem, by dint of sensors which were embedded,by analyzing and inversing of data,fully automatic monitoring for side wall safety is carried out in deep alluvium freezing shaft sinking engineering.Key words:monitoring technology;artificial freezing method;shaft sinking;safety of sidewall0 引言近年来为满足我国经济发展对能源的需求,400~600m 厚冲积层覆盖下的煤田已逐渐被开发,而目前在厚表土层中建设大直径立井井筒最主要的方法是冻结法凿井。

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。

总结人工冻结法原理和特点冻结法是一种使用人工制冷的方法，将待开挖的地下空间周围的土地中的水冻结为冰，并且与土体胶结在一起，形成一个按照设计轮廓的冻土墙或密闭的冻土体，用于抵抗土压力，隔绝地下水并在冻土墙的保护下，进行地下工程施工的一种岩土特殊施工方法。

作为一种成熟的施工方法，冻结法施工技术，在国际上，被广泛应用于城市建设和煤矿建设中。

我国采用冻结法施工技术至今已有四十多年的历史，早先一般应用于竖井工程，后来冻结法工艺被广泛应用于我国特大城市的城市地铁工程施工中，由于如今超级高层建筑和地下工程的不断增多，冻结法施工在深基坑支护中也开始了广泛的应用。

1、使用人工冻结法进行地下工程施工的基本原理和特点人工冻结法施工是利用人工制冷技术，使地层中的水变成冰，然后把岩土变成冻土，使其增加强度还有稳定性，隔绝地下水与地下工程之间的联系，从而方便在冻结壁的保护下进行地下工程的施工的技术。

冻结壁是一种临时支护的结构，永久支护形成后，停止冻结，冻结壁就会融化。

岩土工程的冻结还有制冷技术通常情况下，都是利用物质由液态变为气态，就是液体气化过程中吸收热的现象来完成的。

使用冻结法进行地下工程施工适用于各类地层，特别是在，城市地下管线密布施工条件困难地段的施工，经过多年来国内外施工的实践经验证明使用冻结法进行地下工程施工有以下特点：1.1、冻结法进行地下工程施工可有效隔绝地下水，其抗渗透性能是其他任何方法不能相比的，对于含水量大于10%的任何含水松散，不稳定地层均可采用冻结法施工技术。

1.2、冻结法进行地下工程施工时，冻土帷幕的形状和强度，可视施工现场条件，地质条件灵活布置和调整，冻土强度一般可达五到十兆帕，能够有效的提高工效。

1.3、使用冻结法进行地下工程施工比较环保对周围环境无污染，没有异物进入土壤中，噪音比较小，冻结结束之后，冻土墙会融化掉，不会影响建筑物周围地下的结构。

1.4、使用冻结法进行地下工程施工由于其便捷性，能够有效地缩短施工的工期，从而可以降低建筑成本。

井筒冻结法施工的常见问题及防治措施摘要：冻结法在井筒不稳定表土层的施工中得到了广泛的应用，同时，随着社会经济的不断发展，人口的不断增长和空间的相对缩小，开发地下空间己经成为人类扩大生存空间的重要手段和发展趋势，目前，在其他地下工程的施工中，冻结法也得到了大量的使用。

但随着掘进技术的不断发展和作业深度的不断增加冻结法施工的一些技术缺陷也逐渐暴露出来,给提高井筒建设质量带来了不少困难,必须应引起建设者们的高度重视。

本文分析了当前冻结法施工中较为常见问题,并针对其产生原因,提出相应的防治措施。

关键词：井筒冻结法；常见问题；防治措施由于我国地层条件比较复杂，在一些地区井筒建设无法采用普通凿井法凿井，需要采用冻结法、沉降法和盾构法等特殊凿井技术进行建设；当建设井筒地层为不稳定厚表土层时，采用的施工方法主要以冻结法为主；并且煤矿向深部开采延伸，其井筒往往要穿过特殊地层，如过含水丰富或碎破的基岩，都要采用冻结法施工；因此，冻结法施工是广泛采用行之有效的技术方法之一。

以某矿为例，在建井时期，由于井检孔资料涌水量情况测定不准确，井筒下部涌水量较小，故上部井筒施工采用冻结法，下部采用普通法凿井，当井筒掘砌至下部时，井下涌水量较大，无法继续进行掘砌，只能再次使用冻结法冻结，随后进行施工。

1、井筒冻结法的概述所谓的冻结法是指在地下工程施工之前，采用人工技术制冷，将地下工程周围的含水或者含有松散碎石岩层冻结，形成冻土结构物、冻结壁，用来承受来自地层中压力和隔绝砂子和地下水涌入，然后在形成冻土结构中进行开挖、支护的特殊施工方法称为人工冻结法（简称冻结法）。

一般岩土工程冻结法通常是以氨为制冷工质,通过其气化过程吸收热量的物理现象实现冻结井筒周围含水松散、不稳定的冲积层及基岩含水层的目的,以形成达到工程安全标准的冻结壁,并在其临时保护作用下进行掘砌作业的施工方法,其关键工艺分为冻结孔设计及处理、冻结过程和掘砌作业等部分。

由于冻结法具有支护结构灵活、适应性强、可控性高、隔水性好等优点,因此广泛应用于不稳定表土层的井筒施工中,但随着掘进技术的不断发展和作业深度的不断增加,地下空间的不确定性也使该方法的技术缺陷逐渐暴露了出来。

特殊凿井工程施工是一项复杂而重要的工程，它涉及到多种技术、设备和工艺。

在特殊凿井工程施工中，常见的几种工法包括冻结法、钻井法、沉井法等。

这些工法在凿井过程中各自具有独特的特点和适用条件。

冻结法凿井技术是一种适用于松散不稳定的冲积层、裂隙含水层、松软泥岩层以及含水量和水压特大的岩层的凿井方法。

这种方法通过在井筒周围注入冷冻剂，将地层冻结成坚固的冰墙，以支撑地层压力，防止井筒变形和坍塌。

冻结法凿井技术在我国煤矿行业中得到了广泛应用，并且在国内冻结市场的占有率达到了50%以上。

钻井法施工是利用竖井钻机驱动钻具旋转破碎岩土，通过泥浆循环将岩渣携带到地面的一种特殊凿井工法。

钻井法凿井技术在我国的应用也十分广泛，已经施工了60余口大直径深井，占全国同法施工数量的95%以上。

多个项目获得了国家级的科技进步奖和优质工程奖。

沉井法凿井是一种通过机械钻孔或人力挖掘等手段在地基土中形成井孔，并在井孔内放置钢筋笼、灌注混凝土而做成的桩的施工方法。

沉井法凿井技术在我国市政工程中得到了广泛应用，如房屋建筑、桥梁基础等。

其中，中煤特殊凿井有限责任公司在沉井法凿井技术方面取得了显著的成绩，创造了158米的最深桩长纪录。

在进行特殊凿井工程施工时，测量工作起着至关重要的作用。

测量工作主要包括保证井筒的竖直性、构筑井壁的必要精度、及时进行井筒偏斜和井径测量等。

通过测量，可以获取钻井偏斜值的大小、扩径和缩径位置和深度，计算所测深度断面上的半径值，并绘制水平断面图、竖直断面图和井中偏斜综合断面图，确定钻井井筒的有效断面。

总之，特殊凿井工程施工是一项技术含量高、难度大的工程。

通过采用冻结法、钻井法、沉井法等不同的凿井工法，可以有效地解决不同地质条件下的凿井难题。

同时，测量工作的精准进行，能够保证井筒的质量和安全。

在未来的发展中，我国特殊凿井工程施工将继续推动技术创新，提高施工水平，为煤矿、市政、建筑等行业的发展做出更大的贡献。

人工冻结法在工程中的应用和展望摘要：介绍人工冻结法在我国各个工程领域内的应用实例，扼要展望人工冻结法的发展前景关键词：人工冻结法；特殊地层凿井；桥梁桩基；土层加固引言土木工程未来的发展方向之一是向地下发展，20世纪中叶以来许多国家把向地下要空间作为一项国策，并且在发展中取得了卓越的成果。

我国也十分重视地下空间的开发利用。

自从上世纪60年代，我国开始利用城市地下空间并以初具规模，如北京修建地下铁路，上海建设打浦路隧道，70年代建设大量的人防工程，改革开放以来地下空间的发展更为迅速，典型工程如北京上海广州地铁通车运营，上海建成延安东路越江水底公路隧道还有大量电缆隧道和其他市政工程20余处，总计30余千米。

目前我国其他一些大城市也正在进行地铁建设。

不仅如此，我国还建设了各种公路隧道、铁路隧道和海底隧道。

这些工程的建设极大的促进了我国现代化建设，但是在这过程中也遇到了大量的技术难题，复杂的地质水文条件和其他条件制约了工程建设，某一领域的单一技术手段难以解决问题，这就使这就使得大量不同领域内的技术手段在相互之间应用开来。

人工冻结法就是其中一种，从原来的井筒建设应用中逐渐成为各种工程土层加固的很有效的手段。

在地铁，隧道，桥梁，特殊地段事故处理中，乃至水利水电工程，工厂，仓库，地下输送管道，军事工程（地下实验场、核发射井）等人工冻结法简介：天然冻土具有较高的强度及不透水性。

人工冻结法是依靠制冷剂物理的传热过程来达到地层，人工降温，使含水、低强度、又易于流动的常温土变成为有相当强度的，不透水的冻土结构物，土层被冻结后，其强度可增大几倍、数十倍甚至百倍，土壤中的水结成冰晶充满孔隙，可隔断与地下水的联系达到封水的目的，这样就可以抵抗地压。

然后在其保护下进行地下工程开挖，支护和构筑永久性设施。

冻结法最初起源十天然冻结，19世纪初西伯利亚的采金者首先采用自然冷源。

1862年，英国人在南威尔士的建筑基础施土中，首次采用了人土制冷技术来加固土壤，从此揭开了人土冻结法在土程中应用的序幕，1880年, 德国工程师F. H. Poetch 在国际上首次提出并获得人工冻结法专利。