深部凍結井筒內壁早期溫度-應力場演化特征研究

張基偉，李方政，喻新皓，丁 航，孔令輝

（1.煤炭科學研究總院 建井研究分院，北京 100013；2.天地科技股份有限公司，北京 100013；3.北京中煤礦山工程有限公司，北京 100013）

0 引 言

人工凍結法施工是井筒穿越深厚沖積層、表土層、富水砂層的主要施工方法之一，已經廣泛應用于深部井筒建設中［1-4］。 目前，凍結井筒廣泛采用的井壁結構為雙層鋼筋混凝土塑料夾層復合井壁，其中，自下而上連續澆筑的內層井壁是凍結壁解凍后抵抗靜水壓力與防滲的主要結構［5］。 然而，隨著井筒深度不斷增大直至千米，凍結井筒內壁厚度相應增大。 根據現行規范，千米以深內層井壁厚度將超過2 m［6］。 文獻［7-9］均發現內層井壁厚度的增加或混凝土強度等級增加均會導致早期水化放熱更高。 程樺等［10］認為，因外部凍結壁持續供冷條件下C60 以上高強內壁混凝土水化放熱導致內外壁溫差較大，在井壁內形成約束溫度應力，當溫度應力大于混凝土抗拉強度時，將會產生早期溫度裂紋（縫）。但該文獻中未明確內壁大體積混凝土澆筑后形成的早期溫度應力影響范圍及大小。 可見，目前仍需要進行深部凍結井筒內壁大體積混凝土早期溫度應力相關研究，為科學預防凍結井筒破裂提供理論依據。

眾多學者開展了井壁溫度應力理論等相關研究，并取得很多研究成果。 文獻［11-13］基于熱彈性理論分析了內外井壁溫差變化下井壁各向應力分布情況，認為內外井壁溫差引起的溫度應力值最大。何朋立［14］將凍結井筒溫度應力分為井筒內、外壁溫差產生的溫度應力與井筒徑向膨脹受阻產生的溫度應力2 部分，并推導了相應的解析解。……