冻结法施工对副井井架沉降影响的实测研究

宋 杰

(淮沪煤电有限公司丁集煤矿企管科，安徽 淮南 232001)

在井筒施工方法中，冻结法施工速度快，且能较强的适应各种环境[1-3]。我国煤矿开采深度逐年增加，深井开采成为常态，冻结法井筒施工日趋重要。但不可避免的是在施工过程中会对周边建筑造成沉降影响。冻结会对井筒周边地下水产生直接固液转变的物理变化，在工程施工过程中会宏观表现为土体的冻胀和融沉作用。这些变化会对周边井架等建筑产生不利影响[4-6]。

1 工程概况

丁集煤矿副井井架整体重量为706.6 t，单罐最大提升荷载为2.5 t，双罐最大提升荷载为10.8 t。单罐罐笼提升时重量为88.3 t，双罐罐笼提升时重量为102.2 t，井架基础承受最大静止压力为966.8 t。丁集煤矿副井井架的基础为四个独立基础，副井井架的四个基础编号如图1所示。一号基础JC1和四号基础JC4埋深为6 m，基底面积为8.5×9.5 m2。2号基础JC2和三号基础JC3埋深为4 m，基底面积为5×6 m2，正常运行时井架基础承受将近1000 t的重量[2]。

图1 副井井架基础编号及位置图

2 冻胀监测

本次现场实测的副井利用永久井架进行凿井，于2004年2月19日开机送冷开始冻结，2004年6月28日井筒正式施工开挖，2005年1月24日冻结段外壁施工完成，2005年3月27日内层井壁套壁施工完成，停止供冷。井筒冻结造成土层冻胀，致使井筒周边的井架4个基础发生不均匀的冻胀抬升。在2004年9月22日中午，一号基础JC1井架基座发生了瞬间位移，位移量达142 mm，2号基础JC2与四号基础JC4相对位移量达175 mm。从2004年8月至2005年3月副井井架的四个基础均匀上升60 mm，东西方向井架偏南60 mm、南北方向井架偏东63 mm。抬升变形量监测分析示意图如图2所示。

图2 副井井架基础抬升分析图

从图2中可以看出，丁集煤矿副井的四个井架基础冻胀抬升可以分为三个阶段：第一阶段为前120 d，这个阶段内井架基础的抬升速度较快，具体体现为图中的曲线相对较陡，总的抬升量在40 mm至50 mm；第二阶段为120～390 d之间，井架基础呈现先缓慢抬升，之后又缓慢下沉的波动变形趋势；第三阶段为390天至480天之间，井架基础呈现明显的下沉趋势，尤其是四号基础JC4，下沉量最高达40 mm。

3 融沉监测

井筒冻结施工结束并停止供冷以后，冻结壁处于解冻状态，随着温度渐渐回升产生融沉现象,井架基础开始由上升转化为下沉[7],由现场监测结果表明，累计下沉达110 mm，下沉速度每月为1～2 mm。副井井架的四个基础的累计沉降量如表1所示，其下沉曲线见图3。

表1 井架四个基础累计沉降量

图3 副井井架基础下沉曲线

4 影响范围

后续对丁集煤矿副井井架进行了偏移测量，结果表明副井井架东西方向偏南60 mm，南北方向井架偏东63 mm。提升方向四层天轮都偏东，由上层到下层偏移量分别为100 mm、68 mm、35 mm和35 mm。在2011年10月，对副井井口沉降范围进行了观测，沿副井井口向南160°方位实测下沉断面如图4所示，最大下沉值为400 mm，下沉范围为井壁向外20 m，最大下沉300～400 mm区间为井壁向外2 m至8 m段。同时，副井井口房基础因位于冻结壁范围，受冻土融沉影响，导致井口房出入井口处沉降，井口房的测点位置如图5所示，实测井口房的最大下沉值为400 mm，平均下沉速度为每月3 mm。

5 结论

利用冻结法进行井壁施工时，将会对井筒周边的建筑物产生长远的影响，这种影响主要表现为冻胀抬升和融沉下降两个过程;现场实测副井井架基础冻胀变形可达到60 mm，融沉变形可达120 mm，同时四个井架基础变形不均匀，造成井架容易产生倾斜;井筒冻结施工冻胀和融沉影响的最大范围在井口外向20 m处，最大下沉区间为距离井口处2～8 m,最大下沉值400 mm。

图4 副井井口下沉范围示意图

图5 井口房测点位置