復雜地質條件下豎井井筒凍結法施工技術探析

何玉琪

[摘 要] 從凍結法的施工過程出發，提出了復雜地質下豎井井筒凍結法施工中提高井壁凍結質量的技術措施，探究了井筒施工過程中凍結系統的運行參數與開挖時間的確定方法，介紹了信息化監測技術在凍結法施工中的應用。

[關鍵詞] 復雜地質;豎井井筒;凍結法

近年來人們愈加重視地下空間的開發與利用，但由于受地質環境和水文條件的影響，如在深厚土層、流砂、富水裂隙巖層中進行井筒施工，采用常規施工方法難以維持土體和圍巖的穩定。凍結法作為一種特殊的施工方法，具有支護靈活度高、隔水性好、施工周期短等優點，被大量應用于復雜地質豎井井筒施工過程中，尤其在不穩定地層或含水極豐富的裂隙巖層中掘進豎井井筒，凍結法施工的技術經濟效益顯著。

一、凍結井壁施工技術措施

在豎井井筒施工過程中，凍結壁的破裂是常見問題，基于此，我們從以下角度探究了凍結法在凍結井壁施工過程中的具體措施：

在施工前期，可以運用井檢孔進行取樣檢測，分析土層（尤其是黏土層）的物理力學參數，要明確土層與土體膨脹之間的關系，以此為基準制定科學的凍結施工方案。另外，對于凍結孔的選取，應充分考慮地層土的性質等，確定大小、深度、間距最為適中凍結孔，從而獲得獲得最佳的凍結孔垂直效果，優化孔圈結構，提高凍結壁厚度的均勻性。

在具體施工過程中，應將重點放在加強凍結上。通過降低鹽水溫度、延長凍結時間，達到加強凍結效果的目的，從而提高凍結壁厚度及強度，使凍結壁形成穩定的彈性結構，減少施工過程中出現的變形問題，減低外壁壓力，以提高凍結施工效果。另外，為提高井壁混凝土的強度，可以通過滲入外加劑的方式，使得混凝土強度的增幅超過凍結壓力的增幅，提升凍結施工質量。

二、井筒掘進施工中凍結系統的運行參數與開挖時間的確定

首先在井筒凍結試運營階段，為了提高施工的穩定性，需要定時檢測鹽水的溫度、流量以及凍土帷幕的擴展情況，而且也要在必要時調整凍結系統的運行參數。在凍結維護環節，應依據實測溫度判定凍土帷幕是否達到設計厚度，并檢驗交圈達到設計溫度之后再開展深孔試挖環節，在確保凍土帷幕內土層無流動水經過或滲出后方可開挖。

其次是開挖時間的選取，最適宜時間是凍結壁已基本形成但在井筒范圍以內，這樣不僅利于挖掘進度的順利開展，又可以避免涌水冒砂事故的發生。需要注意的是，不要為了追趕工程進度，不顧凍結壁強度與厚度便急于挖掘，應控制制冷量，把握好時間和進度，不能過早停機和進入維持階段。對于膨脹性較大的黏土層，務必將溫度控制在-10℃以下。此外，還要進行實施監控，確保混凝土設計強度與井壁厚度控制在合理范圍內，必要時在井壁段中進行取樣檢驗，以提高施工效果。對于膨脹性較大的黏土層，整個凍結施工過程宜采用短段掘砌、小段高速掘砌的方式。

對于凍結法在井筒掘進過程中的應用，我國普遍采用風動機具，但是這不適用于低溫環境，由于壓風中的水會結冰，因此造成機具氣孔通道堵塞的現象，從而影響掘進速度。基于此，可以從除濕的角度去解決，主要有兩種方法：一是過濾干燥法，利用活性炭和無水氯化鈣過濾壓風中的水;二是利用冷凝器，使壓風入井前的水蒸氣凝結成水流出去。

三、信息化監測技術在凍結法施工中的應用

豎井井筒凍結法在復雜地質下運用時，應完善施工監測這一環節，對施工現場進行實時監控。隨著信息技術的快速發展，信息化監控手段在豎井井筒凍結法施工過程中的運用，有助于提升施工監控效果，采用通訊系統和視頻系統對施工現場進行監控，有助于及時發現凍結施工過程中出現的問題并解決，將一切不安全施工現象和違章操作行為扼殺在搖籃里，杜絕安全事故的發生。具體來講，凍結施工監測的主要包括：（1）對凍結管的監控，凍結管的鉆進深度，鹽水進入凍結管的流速，從而減低凍結管的偏斜率;（2）對凍結帷幕的監控，確保凍結壁的溫度在正常范圍內，觀察凍結壁與隧道的膠結狀況，開挖后的凍結壁表層溫度測量等等。通過加強施工監測力度，能夠獲得及時的信息反饋，根據監測結果對施工進度進行科學的調整，提高整個工程的安全性。

凍結法是井筒穿過深厚土層、不穩定含水層時采用的有效施工方法，具有適應性強、隔水性好，支護靈活、環境影響小的優點，在我國建井工程中凍結法得到了廣泛用應用，積累了大量經驗，但是在施工過程中因井壁設計不合理，凍結參數選取不當，施工管理不細，井壁斷裂事故時有發生，我們應深入研究凍結法在施工過程中的問題以及具體措施，積累經驗，在技術和施工過程管理上進一步研究改進，對凍結法施工的應用發展有著重要意義。

參考文獻：

[1]崔廣心.深厚表土中豎井井壁的外載[J].巖土工程學報，2013（3）.

[2]徐偉，申青峰.深厚覆蓋層中豎井井壁土壓力研究[J].建筑施工，2015，32（3）：221-224.

[3]張曉燕.井筒裝備創新設計[J].工程技術研究，2017（6）.

[4]王磊.深立井井筒裝備一次成型安裝工藝的研究[J].科技風，2015（12）.

[作者單位]

蘭州資源環境職業技術學院

（編輯：李博寧）