复杂地质条件下竖井井筒冻结法施工技术探析

何玉琪

[摘 要] 从冻结法的施工过程出发，提出了复杂地质下竖井井筒冻结法施工中提高井壁冻结质量的技术措施，探究了井筒施工过程中冻结系统的运行参数与开挖时间的确定方法，介绍了信息化监测技术在冻结法施工中的应用。

[关键词] 复杂地质;竖井井筒;冻结法

近年来人们愈加重视地下空间的开发与利用，但由于受地质环境和水文条件的影响，如在深厚土层、流砂、富水裂隙岩层中进行井筒施工，采用常规施工方法难以维持土体和围岩的稳定。冻结法作为一种特殊的施工方法，具有支护灵活度高、隔水性好、施工周期短等优点，被大量应用于复杂地质竖井井筒施工过程中，尤其在不稳定地层或含水极丰富的裂隙岩层中掘进竖井井筒，冻结法施工的技术经济效益显著。

一、冻结井壁施工技术措施

在竖井井筒施工过程中，冻结壁的破裂是常见问题，基于此，我们从以下角度探究了冻结法在冻结井壁施工过程中的具体措施：

在施工前期，可以运用井检孔进行取样检测，分析土层（尤其是黏土层）的物理力学参数，要明确土层与土体膨胀之间的关系，以此为基准制定科学的冻结施工方案。另外，对于冻结孔的选取，应充分考虑地层土的性质等，确定大小、深度、间距最为适中冻结孔，从而获得获得最佳的冻结孔垂直效果，优化孔圈结构，提高冻结壁厚度的均匀性。

在具体施工过程中，应将重点放在加强冻结上。通过降低盐水温度、延长冻结时间，达到加强冻结效果的目的，从而提高冻结壁厚度及强度，使冻结壁形成稳定的弹性结构，减少施工过程中出现的变形问题，减低外壁压力，以提高冻结施工效果。另外，为提高井壁混凝土的强度，可以通过渗入外加剂的方式，使得混凝土强度的增幅超过冻结压力的增幅，提升冻结施工质量。

二、井筒掘进施工中冻结系统的运行参数与开挖时间的确定

首先在井筒冻结试运营阶段，为了提高施工的稳定性，需要定时检测盐水的温度、流量以及冻土帷幕的扩展情况，而且也要在必要时调整冻结系统的运行参数。在冻结维护环节，应依据实测温度判定冻土帷幕是否达到设计厚度，并检验交圈达到设计温度之后再开展深孔试挖环节，在确保冻土帷幕内土层无流动水经过或渗出后方可开挖。

其次是开挖时间的选取，最适宜时间是冻结壁已基本形成但在井筒范围以内，这样不仅利于挖掘进度的顺利开展，又可以避免涌水冒砂事故的发生。需要注意的是，不要为了追赶工程进度，不顾冻结壁强度与厚度便急于挖掘，应控制制冷量，把握好时间和进度，不能过早停机和进入维持阶段。对于膨胀性较大的黏土层，务必将温度控制在-10℃以下。此外，还要进行实施监控，确保混凝土设计强度与井壁厚度控制在合理范围内，必要时在井壁段中进行取样检验，以提高施工效果。对于膨胀性较大的黏土层，整个冻结施工过程宜采用短段掘砌、小段高速掘砌的方式。

对于冻结法在井筒掘进过程中的应用，我国普遍采用风动机具，但是这不适用于低温环境，由于压风中的水会结冰，因此造成机具气孔通道堵塞的现象，从而影响掘进速度。基于此，可以从除湿的角度去解决，主要有两种方法：一是过滤干燥法，利用活性炭和无水氯化钙过滤压风中的水;二是利用冷凝器，使压风入井前的水蒸气凝结成水流出去。

三、信息化监测技术在冻结法施工中的应用

竖井井筒冻结法在复杂地质下运用时，应完善施工监测这一环节，对施工现场进行实时监控。随着信息技术的快速发展，信息化监控手段在竖井井筒冻结法施工过程中的运用，有助于提升施工监控效果，采用通讯系统和视频系统对施工现场进行监控，有助于及时发现冻结施工过程中出现的问题并解决，将一切不安全施工现象和违章操作行为扼杀在摇篮里，杜绝安全事故的发生。具体来讲，冻结施工监测的主要包括：（1）对冻结管的监控，冻结管的钻进深度，盐水进入冻结管的流速，从而减低冻结管的偏斜率;（2）对冻结帷幕的监控，确保冻结壁的温度在正常范围内，观察冻结壁与隧道的胶结状况，开挖后的冻结壁表层温度测量等等。通过加强施工监测力度，能够获得及时的信息反馈，根据监测结果对施工进度进行科学的调整，提高整个工程的安全性。

冻结法是井筒穿过深厚土层、不稳定含水层时采用的有效施工方法，具有适应性强、隔水性好，支护灵活、环境影响小的优点，在我国建井工程中冻结法得到了广泛用应用，积累了大量经验，但是在施工过程中因井壁设计不合理，冻结参数选取不当，施工管理不细，井壁断裂事故时有发生，我们应深入研究冻结法在施工过程中的问题以及具体措施，积累经验，在技术和施工过程管理上进一步研究改进，对冻结法施工的应用发展有着重要意义。

参考文献：

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[2]徐伟，申青峰.深厚覆盖层中竖井井壁土压力研究[J].建筑施工，2015，32（3）：221-224.

[3]张晓燕.井筒装备创新设计[J].工程技术研究，2017（6）.

[4]王磊.深立井井筒装备一次成型安装工艺的研究[J].科技风，2015（12）.

[作者单位]

兰州资源环境职业技术学院

（编辑：李博宁）