2 立井表土冻结法施工立井表土冻结法施工概述：概述： 120120年，含水、软弱、不稳定地层矿山立井建设年，含水、软弱、不稳定地层矿山立井建设的的成熟技术成熟技术国外：国外：1学习浅析 中国：中国： 1955年年 开滦开滦 470个井筒，总延米个井筒，总延米70km 含水、不稳定冲积层含水、不稳定冲积层90%采用冻结法采用冻结法 冻结深度冻结深度650米，穿越冲积层厚度为米，穿越冲积层厚度为567.7米米 井筒直径井筒直径8.0米米 英国的博尔比钾盐矿是世界上人工地层冻结深度最大的，达英国的博尔比钾盐矿是世界上人工地层冻结深度最大的，达930 m，但其冻结地层仅为，但其冻结地层仅为645－－930 m的局部含水不稳定岩层，的局部含水不稳定岩层，而非表土层；在煤矿建井中冻结深度最深的是波兰卢布林矿而非表土层；在煤矿建井中冻结深度最深的是波兰卢布林矿1号号井副井，达井副井，达725 m，其表土层厚度为，其表土层厚度为420 m 2学习浅析 冻结法凿井利用氨循环制冷系统冻结法凿井利用氨循环制冷系统为形成能为形成能抵抗地压抵抗地压、、隔绝地下水隔绝地下水的的冻结壁，首先在欲开挖井筒周围钻冻结壁，首先在欲开挖井筒周围钻进一定数量冻结孔，安设冻结器。
进一定数量冻结孔，安设冻结器冻结站制出的冻结站制出的-25~-35℃低温盐水，低温盐水，经去路盐水干管（经去路盐水干管（12）、配液圈）、配液圈（（13）到供液管底部、沿冻结管和）到供液管底部、沿冻结管和供液管之间的环形空间上升到回液供液管之间的环形空间上升到回液管、集液圈（管、集液圈（15）、回路盐水干管）、回路盐水干管（（16）至蒸发器（）至蒸发器（2））——形成盐形成盐水循环水循环设计原理设计原理3学习浅析 低温盐水在冻结器中流动，吸收低温盐水在冻结器中流动，吸收周围地层热量，形成冻结圆柱，周围地层热量，形成冻结圆柱，冻结圆柱逐渐扩大并连接成封闭冻结圆柱逐渐扩大并连接成封闭的冻结壁，直至达到其设计厚度的冻结壁，直至达到其设计厚度和强度通常将冻结壁扩展到设计厚度所通常将冻结壁扩展到设计厚度所需的时间称为需的时间称为积极冻结期积极冻结期，将维，将维护冻结壁的期间称作护冻结壁的期间称作消极（或维消极（或维护）冻结期护）冻结期4学习浅析 吸收了地层热量的盐水，在盐水吸收了地层热量的盐水，在盐水箱内将热量传递给蒸发器中的液箱内将热量传递给蒸发器中的液氨，使液氨变为饱和蒸气氨，再氨，使液氨变为饱和蒸气氨，再被氨压缩机（被氨压缩机（4）压缩成过热蒸）压缩成过热蒸气进入冷凝器（气进入冷凝器（7）冷却，将地）冷却，将地层和压缩机产生的热量传递给冷层和压缩机产生的热量传递给冷却水，最后将这些热量传给大气。
却水，最后将这些热量传给大气 5学习浅析 冻结法凿井主要冻结法凿井主要工艺过程工艺过程包括：包括：—— 冷冻站安装冷冻站安装—— 钻孔施工钻孔施工—— 井筒冻结井筒冻结—— 井筒掘砌井筒掘砌等四项主要内容等四项主要内容 三大关键技术：三大关键技术：冻结壁、井壁、冻结孔钻进冻结壁、井壁、冻结孔钻进施工过程施工过程6学习浅析 冻结方案冻结方案针针对对不不同同水水文文、、地地质质和和工工程程条条件件，，采采用用不不同同冻冻结结方方案案，，以以达达到到最最佳佳经经济济效效益益实实际际工工程程常常用用冻冻结结方方案案有：有：l 一次冻全深一次冻全深Ø 所所有有冻冻结结孔孔的的深深度度与与最最大大冻冻结结深深度度一一致致，，并并且且全全深深一一次次冻冻结结形形成成冻冻结结壁壁的的冻冻结结方方式式包包括括单单圈圈管管、、双圈管和异径管双圈管和异径管7学习浅析 冻结方案冻结方案 一一般般采采用用单单圈圈管管冻冻结结方方案案，，即即只只在在井井筒筒周周围围布布置置一一圈圈冻冻结管结管Ø 当当表表土土厚厚，，要要求求冻冻结结壁壁厚厚、、平平均均温温度度低低时时可可采采用用双双圈圈管冻结，即在井筒周围布置两圈冻结管管冻结，即在井筒周围布置两圈冻结管Ø 为为加加速速上上部部冻冻结结，，尽尽早早开开挖挖，，可可采采用用上上粗粗下下细细异异径径管管冻冻结结，，上上部部冻冻结结管管吸吸热热面面积积大大，，冻冻结结快快，，下下部部管管吸吸热热面面积小，冻结慢。
积小，冻结慢8学习浅析 l 长短管（差异）冻结方案长短管（差异）冻结方案长长短短管管冻冻结结，，又又称称“差差异异冻冻结结”——指指冻冻结结管管的的深深度度不不同同，，长长短管交错布置于一圈上，一次冻结形成冻结壁的冻结方式短管交错布置于一圈上，一次冻结形成冻结壁的冻结方式此此方方案案主主要要用用于于同同时时冻冻结结冲冲积积层层和和含含水水基基岩岩的的情情况况长长管管超超出出短短管管深深度度的的部部分分主主要要任任务务是是冻冻结结基基岩岩、、封封堵堵地地下下水水，，而而上上部部分分则与短管共同形成承受水土压力的冻结壁则与短管共同形成承受水土压力的冻结壁 9学习浅析 l 分段（分期）冻结方案分段（分期）冻结方案 当冻结深度较大，且水文、工程地质条件比当冻结深度较大，且水文、工程地质条件比较适宜时，可将整个冻结深度自上而下分为数段，较适宜时，可将整个冻结深度自上而下分为数段，分段冻结形成冻结壁这一方案的冻结管布置方分段冻结形成冻结壁这一方案的冻结管布置方式与一次冻全深相同，只是采用不同结构的冻结式与一次冻全深相同，只是采用不同结构的冻结器来实现分段冻结的目的器来实现分段冻结的目的。
分期冻结冻结器分期冻结冻结器1配液圈配液圈 2 集液圈集液圈 3 阀门阀门 4 冻结管冻结管 5、、6 供、回液管供、回液管 10学习浅析 l 局部冻结方案局部冻结方案当只有局部地层需要冻结时，可采用局部冻结方案当只有局部地层需要冻结时，可采用局部冻结方案 局部冻结冻结器局部冻结冻结器(a)隔板隔板 (b) 压气隔离压气隔离 (c) 盐水隔离盐水隔离 (d) 上下冻结上下冻结11学习浅析 冻结深度冻结深度 冻结深度应穿过风化带延深至稳定的基岩冻结深度应穿过风化带延深至稳定的基岩10m以上 基岩段涌水较大时，应加深冻结深度基岩段涌水较大时，应加深冻结深度 ----《《煤矿安全规程煤矿安全规程》》12学习浅析 冻结孔的布置冻结孔的布置圈径：圈径：D0=Dj+2(ηEd+eH) 式中式中D0 ——冻结孔单圈布置的圈径，冻结孔单圈布置的圈径，m Dj ——冻结井筒掘进直径，冻结井筒掘进直径，m Ed ——冻结壁厚度，冻结壁厚度，m η ——冻结壁内侧扩展系数，冻结壁内侧扩展系数，0.55—0.6 e ——冻结孔允许偏斜率，冻结孔允许偏斜率，3‰ H ——冻结深度，冻结深度，m13学习浅析 冻结孔的布置冻结孔的布置冻结孔数目：冻结孔数目：N=π D0 ／／L 式中：式中：N ——冻结孔数目，个冻结孔数目，个 D0 ——冻结孔圈径，冻结孔圈径，m L ——冻结孔间距，冻结孔间距，1－－1.3m 若计算结果为小数，则调整为整数后，再确定孔距若计算结果为小数，则调整为整数后，再确定孔距14学习浅析 冻结站实际制冷能力冻结站实际制冷能力 Q0 ＝＝Kπd n H q式中：式中： Q0 ——冻结一个井筒的实际制冷能力，冻结一个井筒的实际制冷能力，kw K ——管路冷量损失系数，管路冷量损失系数，K＝＝1.1－－1.25 d ——冻结管直径，冻结管直径，m n ——冻结管数目，个冻结管数目，个 H ——冻结深度，冻结深度，m q ——冻结管的吸热率，冻结管的吸热率，q＝＝0.26－－0.29kw/m215学习浅析 冻冻结结管管的的吸吸热热率率----单单位位时时间间、、单单位位面面积积冻冻结结管管内内的的盐盐水水带带走走的的热量热量 q－冻结管吸热率，－冻结管吸热率，w/m2; t0－地层初始温度；－地层初始温度；tc－盐水温度－盐水温度 －冻结管内换热系数，－冻结管内换热系数，70-128w/m2k r0－冻结管半径，－冻结管半径，m；；R－冻结影响半径，－冻结影响半径，m －冻结圆柱扩展半径，－冻结圆柱扩展半径，m －融土和冻土的导热系数－融土和冻土的导热系数16学习浅析 井筒冻结时间井筒冻结时间 T＝＝η Ed /v式中：式中：T－冻结时间，－冻结时间，d η－冻结壁向井心内的扩散系数，－冻结壁向井心内的扩散系数，0.55～～0.6 Ed－冻结壁设计厚度，－冻结壁设计厚度，mm v－向井筒中心的平均扩展速度，－向井筒中心的平均扩展速度，mm/d经验值：砾石层经验值：砾石层v=35~45mm/d 砂层砂层 v=20~25mm/d 粘土层粘土层v=10~15mm/d17学习浅析 第一次充氨量第一次充氨量 G＝＝KQ0A式中：式中：Q0－冷冻站实际制冷能力，－冷冻站实际制冷能力，kw K－充氨损失系数，－充氨损失系数，K＝＝1.1 A－每－每1 kw制冷能力的需氨量，制冷能力的需氨量，A＝＝1.7－－2.6kg正常运行，每月需补充总氨量的正常运行，每月需补充总氨量的2.5－－10％％18学习浅析 盐水流量盐水流量 Q＝＝Q0/ρcΔt式中：式中：Q0－冷冻站实际制冷能力，－冷冻站实际制冷能力，kw ρ－盐水密度，－盐水密度，ρ＝＝1250－－1270kg/m3 c －盐水比热，－盐水比热，c＝＝2.73 Δt－去、回路盐水温差－去、回路盐水温差19学习浅析 盐水体积盐水体积 V=V1+V2+V3 V1－盐水干管、配、集液圈总容积－盐水干管、配、集液圈总容积 V2－冻结管总容积－冻结管总容积 V3－盐水箱总容积－盐水箱总容积20学习浅析 固体氯化钙用量固体氯化钙用量 G＝＝ρV a /b ρ－盐水密度－盐水密度 V－盐水体积－盐水体积 a －单位质量盐水中氯化钙的含量－单位质量盐水中氯化钙的含量 b －固体氯化钙的纯度，－固体氯化钙的纯度， 无水氯化钙无水氯化钙b＝＝0.96 晶体氯化钙晶体氯化钙b＝＝0.7021学习浅析 主副井均采用冻结施工主副井均采用冻结施工先冻结主井，后冻结副井－－顺序冻结先冻结主井，后冻结副井－－顺序冻结冻结站实际制冷能力＝主井维护冻结＋副井积极冻结冻结站实际制冷能力＝主井维护冻结＋副井积极冻结 Q Q0 0=Q=Q0f0f+(0.25~0.5)Q+(0.25~0.5)Q0z0z式中：式中：Q Q0 0－冷冻站实际制冷能力，－冷冻站实际制冷能力，kwkw Q Q0f0f－副井积极冻结所需制冷量，－副井积极冻结所需制冷量，kwkw Q Q0z0z－主井积极冻结所需制冷量，－主井积极冻结所需制冷量， kwkw 影响影响砂层砂层冻结壁变形的主要因素是冻结壁平均温度冻结壁变形的主要因素是冻结壁平均温度 影影响响粘粘土土冻冻结结壁壁的的因因素素要要复复杂杂得得多多，，主主要要为为地地压压、、冻冻结结壁平均温度和段高壁平均温度和段高22学习浅析 冻结温度场冻结温度场－－冻结过程中井筒周围空间温度随时间变化－－冻结过程中井筒周围空间温度随时间变化 求求解解温温度度场场是是进进行行热热力力计计算算的的重重要要工工作作、、是是进进行行静静力力计计算算的重要前提，目的：的重要前提，目的：l l 求冻结壁的平均温度，确定冻土强度；求冻结壁的平均温度，确定冻土强度；l l 确定冻结锋面的位置，计算冻结壁的厚度；确定冻结锋面的位置，计算冻结壁的厚度；l l 计算热量，确定冻结站的制冷能力；计算热量，确定冻结站的制冷能力；l l 确定冻结壁的扩展速度，估算积极冻结时间。
确定冻结壁的扩展速度，估算积极冻结时间 23学习浅析 随随着着冻冻结结壁壁厚厚度度设设计计计计算算方方法法的的发发展展，，冻冻结结壁壁材材料料经经历历了了多多种种假假设设，，如如完完全全弹弹性性；；部部分分弹弹性性、、部部分分塑塑性性；；完完全全塑塑性性和和完完全全粘粘性材料等性材料等冻结壁材料模式冻结壁材料模式(a) 完全弹性完全弹性 (b) 部分弹性、部分塑性部分弹性、部分塑性 (c) 完全塑性完全塑性 24学习浅析 S1 T1 Domke; T2 Viscous S3 T3 Mises; S4 T4 Tresca S5 T5 Mohr-Coulomb S6 T6 Drucker-Prager 冻结壁厚度与冻结壁厚度与井深的关系井深的关系 (a) 无内支护无内支护 (b) 有内支护，有内支护，2MPaS 砂砂，，φ=30°，，c=1.15MPa，，K=4MPa，，B=2 T 粘土粘土，，φ=0°，，c=2MPa，，K=4MPa，，B=425学习浅析 Lame和和Clapeyron (1883)假假设设冻冻土土体体材材料料为为完完全全弹弹性性体体，，将将厚厚壁圆筒按壁圆筒按轴对称平面应变轴对称平面应变来处理，得冻结壁厚度计算公式：来处理，得冻结壁厚度计算公式：式中，式中，q是冻土的无侧限抗压强度，是冻土的无侧限抗压强度，p0是上覆地层压力，是上覆地层压力， a 是冻结壁内半径。
是冻结壁内半径若采用第四强度理论，则若采用第四强度理论，则Lame公式修正为公式修正为 Lame将将冻冻结结壁壁视视为为无无限限长长弹弹性性厚厚壁壁圆圆筒筒，，符符合合浅浅部部地地压压较较小小的冻结壁工作状况，当的冻结壁工作状况，当表土厚小于表土厚小于100m时，时，Lame公式适用公式适用 26学习浅析 Domke(1915)认认为为冻冻结结壁壁属属无无限限长长弹弹塑塑性性厚厚壁壁圆圆筒筒，，冻冻结结管管布布置置圈圈外外为为弹弹性性区区，，布布置置圈圈内内为为塑塑性性区区，，并并运运用用第第三三强强度度理理论论作作为极限条件，提出了著名的计算冻结壁厚度的为极限条件，提出了著名的计算冻结壁厚度的“多姆克公式多姆克公式” Vyaloy(1962)按按Mohr线线性性及及非非线线性性屈屈服服条条件件，，研研究究了了无无限限长长冻冻土筒蠕变，假设冻土区为土筒蠕变，假设冻土区为塑性区塑性区，得出冻结壁厚度计算公式，得出冻结壁厚度计算公式 式中，式中，фф—冻土内摩擦角冻土内摩擦角对于无内支撑状况相当符合对于无内支撑状况相当符合27学习浅析 4 立井工程冻结法立井工程冻结法Klein(1981)引入冻土引入冻土“内摩擦角内摩擦角”φ来修正来修正Domke公式公式我国还常常采用我国还常常采用Dmoke公式的第四强度理论形式公式的第四强度理论形式Dmoke公式适用于冻结深度公式适用于冻结深度<200m。
实实际际工工程程中中一一般般采采用用短短段段掘掘砌砌方方式式施施工工冻冻结结井井筒筒，，采采用用有有限段高进行冻结壁厚度的计算将更为符合实际限段高进行冻结壁厚度的计算将更为符合实际28学习浅析 冻结壁厚度计算冻结壁厚度计算里别尔曼提出用里别尔曼提出用轴对称极限平衡理论轴对称极限平衡理论计算冻结壁厚度，假设：计算冻结壁厚度，假设：（（1）冻结壁外侧水平地压为）冻结壁外侧水平地压为（（2）段高的上下端固定）段高的上下端固定（（3）冻土为理想塑性体）冻土为理想塑性体（（4）抗剪强度为抗压强度的一半）抗剪强度为抗压强度的一半（（5）冻土强度随时间变化）冻土强度随时间变化（（6）按第三强度理论计算，得到冻结壁厚度）按第三强度理论计算，得到冻结壁厚度 式中，式中，h — 施工段高，施工段高，m；； K — 安全系数，一般安全系数，一般1.1~1.2；；σt—与冻结壁暴露时间相关的冻土与冻结壁暴露时间相关的冻土长时抗压强度长时抗压强度，，MPa29学习浅析 前前苏苏联联学学者者维维亚亚洛洛夫夫、、扎扎列列茨茨基基采采用用与与里里别别尔尔曼曼基基本本相相同同的的假假设设，，利利用用第第四四强强度度理理论论，，考考虑虑冻冻土土暴暴露露段段高高的的支支撑撑条条件件，，得得到到有限段高有限段高公式：公式：式中，式中， — 支撑条件系数，支撑条件系数，（（1）井内未冻实，可视为上端固定，下端不固定，）井内未冻实，可视为上端固定，下端不固定， =1；；（（2）井内冻实，可视为上下两端均固定，）井内冻实，可视为上下两端均固定， =0.5。
30学习浅析 我我国国学学者者根根据据已已有有工工程程经经验验，，利利用用数数理理统统计计的的方方法法，，将将所所有有井井筒筒掘掘进进直直径径变变换换成成8m等等效效直直径径，，绘绘出出安安全全施施工工曲曲线线，，推推导导出出经经验公式：验公式：31学习浅析 工程实例简介工程实例简介 冻冻结结法法早早就就成成功功用用于于含含水水、、不不稳稳定定表表土土层层中中立立井井井井筒筒的的开开凿，这一领域的工程实例很多凿，这一领域的工程实例很多1. 中国淮南潘谢矿区中国淮南潘谢矿区 淮淮南南潘潘谢谢矿矿区区于于1973年年开开发发，，至至1989年年共共施施工工井井筒筒19个个，，其其中中16个个采采用用冻冻结结法法，，设设计计采采用用Domke公公式式计计算算冻冻结结壁壁厚厚度度，，冻冻土土强强度度安安全全系系数数2.0~3.0,各各井井筒筒均均采采用用双双层层钢钢筋筋混混凝凝土土井井壁壁，，井壁厚度在井壁厚度在900~1700mm之间之间32学习浅析 井筒名称井筒名称井筒净井筒净直径直径(m)表土层表土层厚厚(m)冻结壁冻结壁冻结管冻结管 测温测温孔数孔数(个个)标准制标准制冷能力冷能力(104kJ/h)盐水盐水温度温度(℃)开工开工时间时间平均平均温度温度(℃)极限抗压极限抗压强度强度(MPa)计算厚计算厚度度(m)布置圈布置圈径径(m)冻结冻结孔数孔数(个个)潘一主井潘一主井7.5160-7.011.04.516.34441490.5-301972潘一副井潘一副井8.0152-7.011.04.4717.04641490.5-301973潘一东风井潘一东风井6.5292.5 -10.011.55.3615.038221792-301974潘一中央风潘一中央风井井6.5167.9-7.011.04.014.53841490.5-301975潘二主井潘二主井7.5252-7.511.55.117.04243290.8-301975潘二副井潘二副井8.0247-7.511.55.117.54433290.8-301976潘二西风井潘二西风井6.5284-7.511.54.8416.03831792-301976潘二南风井潘二南风井6.5275.4-7.510.85.1416.038112198.1-301977潘三主井潘三主井7.5210.4 -10.012.02.6714.33833745.5-301978潘三副井潘三副井8.0210.4 -10.012.02.8315.04033745.5-301978潘三中央风潘三中央风井井6.6210.4 -10.012.02.3513.03433745.5-301979潘三东风井潘三东风井6.5358.5 -10.012.05.2217.04283642.5-321979谢桥矸石井谢桥矸石井6.6244.5-8.512.53.4314.03635618.7-301982谢桥副井谢桥副井8.0298.7 -12.015.15.31 16.5-20.637 5618.7-301983谢桥主井谢桥主井7.2291.4-9.513.54.76外外17内内13外外42内内12 5618.7-301983潘潘一一东东二二风风井井7.0291.811.5外外17内内13外外6内内124 -301989我国潘谢矿区立井冻结工程情况我国潘谢矿区立井冻结工程情况 33学习浅析 谢桥副井原冻结孔布置谢桥副井原冻结孔布置34学习浅析 3 3 龙固矿副井龙固矿副井 龙龙固固矿矿井井位位于于山山东东省省巨巨野野县县境境内内, ,设设计计生生产产能能力力为为600600万万吨吨/ /年年，，立立井井开开拓拓，，设设两两主主一一副副一一风风四四个个井井筒筒，，在在同同一一工工业业广广场场内内，，主主井井、、风风井井采采用用钻钻井井法法施施工工；；副副井井井井筒筒的的表表土土段段及及基基岩岩上上部部含含水水层层段段采用冻结法施工。
采用冻结法施工 35学习浅析 龙固矿副井龙固矿副井 井筒深度井筒深度 874.6 m 表土层厚度表土层厚度 567.7 m 井筒净直径井筒净直径 φ7.0m 最大掘砌荒径最大掘砌荒径 11.4 m 最大井壁厚度最大井壁厚度 2.2 m 地地温温:由由孔孔深深11m至至冻冻结结深深度度650m，，地地温温由由21℃上上升升至至36.7℃ 36学习浅析 龙固矿副井－－龙固矿副井－－完成试验工作完成试验工作 冻结温度冻结温度 导热系数导热系数 单轴抗压强度单轴抗压强度 三轴抗压强度三轴抗压强度 粘土冻胀量粘土冻胀量 单轴蠕变实验单轴蠕变实验 三轴蠕变试验三轴蠕变试验 37学习浅析 龙固矿井副井粘土冻结温度测试结果汇总表龙固矿井副井粘土冻结温度测试结果汇总表层位层位试样编号试样编号含水量（含水量（%））冻结温度（冻结温度（℃））1层层FUDJ1-123.99-1.17FUDJ1-225.26-1.252层层FUDJ2-116.62-2.03FUDJ2-219.08-1.133层层FUDJ3-122.13-2.80FUDJ3-223.98-1.675层层FUDJ5-114.39-3.14FUDJ5-219.20-1.097层层FUDJ7-116.48-4.28FUDJ7-218.96-2.3138学习浅析 龙固矿副井冻结设计参数龙固矿副井冻结设计参数 ⑴⑴ 冻结方案：主圈加双圈辅助孔方案冻结方案：主圈加双圈辅助孔方案⑵⑵ 冻结孔布置圈径：内冻结孔布置圈径：内15.5m/中中21m/外外27m⑶⑶ 冻结孔数：内冻结孔数：内18个个/中中24个个/外外46个个⑷⑷ 冻结孔深度：冻结孔深度： 内圈内圈573m 中圈长短管中圈长短管650(573)m 外外573m⑸⑸ 冻结方式：两圈辅助孔冻结方式：两圈辅助孔200m以上双供液管以上双供液管39学习浅析 龙固矿副井冻结设计参数龙固矿副井冻结设计参数 ⑹⑹开开机机至至开开挖挖时时间间：：160天天；；开开挖挖至至停停机机时时间间390天天；；冻冻结结总总工工期期550天天。
控控制制层层（（567.7m））冻冻结结壁达到设计厚度时间壁达到设计厚度时间409天天 ⑺⑺ 预预计计控控制制层层冻冻土土发发展展速速度度：：向向内内22mm/d、、向向外外10mm/d；；⑻⑻ 计算掘砌段高：计算掘砌段高：2.0m40学习浅析 冻结方式冻结方式主主圈圈( (外外圈圈) )孔孔采采用用局局部部冻冻结结，，冻冻结结范范围围380380～～573m573m，，确保表土层及强风化带冻结壁厚度和强度确保表土层及强风化带冻结壁厚度和强度中中圈圈辅辅助助孔孔采采用用差差异异冻冻结结，，长长腿腿深深度度650m650m，，穿穿过过基基岩岩第第二二个个含含水水岩岩层层8.5m8.5m，，终终孔孔在在不不透透水水的的铝铝质质泥泥岩岩中中；；短短腿深度腿深度573m573m，穿过第三系及强风化带穿过第三系及强风化带内内圈圈辅辅助助孔孔采采用用全全深深冻冻结结，，深深度度573m573m，，穿穿过过第第三三系系及及强强风风化化带带，，上上部部防防片片帮帮，，下下部部降降低低井井帮帮温温度度、、提提高高冻冻结结壁强度，且保证强风化带冻结强度壁强度，且保证强风化带冻结强度41学习浅析 冻结管冻结管 外圈冻结管外圈冻结管0 0～～380m380m采用采用φ140φ140××6mm6mm优质低碳钢优质低碳钢无缝管，无缝管，380m380m以下采用以下采用φ159φ159××7mm7mm优质低碳钢无缝优质低碳钢无缝管，内管箍连接。
管，内管箍连接 中圈孔、辅助孔中圈孔、辅助孔0 0～～300m 300m 采用采用φ159φ159××6mm6mm优质优质低碳钢无缝管，低碳钢无缝管，300m300m以下采用以下采用φ159φ159××7mm7mm优质低碳优质低碳钢无缝管钢无缝管 供液管供液管 ：：φ75φ75××6mm6mm聚乙稀塑料软管聚乙稀塑料软管 42学习浅析 43学习浅析 根根据据龙龙固固副副井井厚厚粘粘土土层层赋赋存存特特点点，，分分别别以以197m197m和和四四个个厚厚粘粘土土层层底底板板及及400m400m处处粘粘土土层层作作为为控控制制层层计计算算不不同同深度所需冻结壁厚度深度所需冻结壁厚度 各分层冻结壁厚度为：各分层冻结壁厚度为：0～～197m：：4.5m200～～300m：：6.0m300～～400m：：7.8m400～～500m：：9.0m500m以下：以下：11.5m 44学习浅析 4 立井工程冻结法立井工程冻结法45学习浅析 冻结壁厚度冻结壁厚度设计取值设计取值≤ 400m：：7.8m＞＞ 400m：：10.5m 46学习浅析 序序号号名名 称称型型 号号单单 位位数数 量量生产厂家生产厂家1 1螺杆式制冷压螺杆式制冷压缩机缩机KA25CKA25C台台1515烟台烟台2 2氨压缩机氨压缩机8AS8AS—1717台台1717烟台烟台3 3蒸发器蒸发器LZLZ—240240台台2525烟台烟台4 4中间冷却器中间冷却器ZLZL—1010台台6 6烟台烟台5 5氨油分离器氨油分离器YFYF—125TL125TL台台2626烟台烟台6 6氨贮液器氨贮液器ZAZA—5.05.0台台5 5烟台烟台7 7蒸发式冷凝器蒸发式冷凝器ZNXZNX—900900台台2626烟台烟台8 8集油器集油器JYJY—300300台台4 4烟台烟台9 9空气分离器空气分离器ZKFZKF—2 2台台4 4烟台烟台1010滤油机滤油机台台2 2宁波宁波1111油泵油泵台台4 4宁波宁波1212清水泵清水泵10SH10SH—1919台台3 3淄博淄博1313移动变电站移动变电站1600KVA0.6/0.1600KVA0.6/0.4KV4KV台台2 2荷泽荷泽1414移动变电站移动变电站1250KVA0.6/0.1250KVA0.6/0.4KV4KV块块2 2荷泽荷泽1515移动变电站移动变电站1000KVA0.6/0.1000KVA0.6/0.4KV4KV块块2 2荷泽荷泽1616软化水处理器软化水处理器反渗透反渗透块块2 2济宁济宁1717冷却塔冷却塔200 M200 M3 3/h/h台台2 2德州德州1818盐水泵盐水泵12SH12SH—6A6A台台6 6淄博淄博龙固副井主要冻结施工设备表龙固副井主要冻结施工设备表 47学习浅析 q 尚未完全解决的问题尚未完全解决的问题Ø冻结壁变形冻结壁变形与与冻结管断裂冻结管断裂——现象：冻结壁变形、冻结管断裂现象：冻结壁变形、冻结管断裂——措施：超低温、冻实、减少段高，强行通过措施：超低温、冻实、减少段高，强行通过——实实质质：：冻冻结结壁壁，，尤尤其其是是深深部部冻冻土土的的形形成成特特性性、、力力学学性性质质、、与未冻土的相互作用、与施工力学行为的关系与未冻土的相互作用、与施工力学行为的关系48学习浅析 Ø 冻结井壁破裂：冻结井壁破裂：——现象：现象：70多深厚表土冻结井壁发生破裂多深厚表土冻结井壁发生破裂——措施：破裂机理，注浆加固含水及融土层、可缩井壁、措施：破裂机理，注浆加固含水及融土层、可缩井壁、 开槽卸压等措施、井壁安全监测技术开槽卸压等措施、井壁安全监测技术——实质：实质：深部深部土体土体(未冻土未冻土、、融土融土)力学特性力学特性 深部深部地层与井壁相互作用关系地层与井壁相互作用关系49学习浅析 q 未来工程对理论和施工技术的未来工程对理论和施工技术的要求要求Ø 华东地区巨野井田华东地区巨野井田冲积层冲积层600~700m、第三系、第四系含水层、第三系、第四系含水层——必须采用特殊凿井技术必须采用特殊凿井技术Ø前提：超深厚土冻结凿井理论与技术前提：超深厚土冻结凿井理论与技术50学习浅析 4 立井工程冻结法立井工程冻结法q 待解决和研究中的理论与技术问题待解决和研究中的理论与技术问题Ø 三个理论三个理论n n 超深厚表土超深厚表土(冻土冻土)荷载荷载理论理论 —— 深部地层初始应力深部地层初始应力—— 深土物理、力学性质深土物理、力学性质—— 深冻、融土物理、力学性质深冻、融土物理、力学性质—— 深冻结壁土压力深冻结壁土压力—— 深井井壁上冻、融土压力深井井壁上冻、融土压力51学习浅析 4 立井工程冻结法立井工程冻结法n n 冻结壁冻结壁的形成与设计理论的形成与设计理论—— 特殊土冻结壁形成规律特殊土冻结壁形成规律—— 多圈冻结温度场中土的水、热、力耦合作用多圈冻结温度场中土的水、热、力耦合作用—— 融土结构性变化以及对井壁受力的作用融土结构性变化以及对井壁受力的作用—— 施工过程中冻结壁力学响应施工过程中冻结壁力学响应—— 以冻土体的强度、变形为准则的综合设计理论以冻土体的强度、变形为准则的综合设计理论52学习浅析 n n 深厚表土层中深厚表土层中井壁井壁结构与设计理论结构与设计理论—— 井壁与冻结壁的热、力学耦合作用井壁与冻结壁的热、力学耦合作用 冻结压力增长规律冻结压力增长规律 、水化热与冻结温度的相互作用、水化热与冻结温度的相互作用—— 地层疏水沉降及与井壁的耦合作用地层疏水沉降及与井壁的耦合作用—— 井壁设计原则与理论模型井壁设计原则与理论模型—— 井壁结构形式与井壁材料（井壁结构形式与井壁材料（早强高强混凝土早强高强混凝土））53学习浅析 Ø 三个技术三个技术n n 冻结冻结技术技术—— 冻结造孔，靶域冻结造孔，靶域 半径半径 R≤1.0m—— 低温制冷低温制冷，，<-40℃—— 管材与结构管材与结构 n n 施工施工技术技术—— 冻土爆破技术冻土爆破技术—— 施工参数与工艺，段高，支护形式施工参数与工艺，段高，支护形式 n n 监测监测技术技术54学习浅析 冻结施工组织设计冻结施工组织设计 1 1 工程概况工程概况 工程内容工程内容 地层条件与地面环境地层条件与地面环境 施工工法施工工法 编制依据与技术要求编制依据与技术要求 55学习浅析 冻结施工组织设计冻结施工组织设计 2 2 施工方案设计施工方案设计 关键施工技术关键施工技术 冻土帷幕厚度设计冻土帷幕厚度设计 冻结孔布置和冻土帷幕形成预计冻结孔布置和冻土帷幕形成预计 其它冻结施工参数设计其它冻结施工参数设计 56学习浅析 冻结施工组织设计冻结施工组织设计 3 3 地层冻结施工地层冻结施工 冻结施工流程冻结施工流程 施工准备施工准备 冻结孔施工冻结孔施工 冻结制冷系统安装－－选型、冻结站布置冻结制冷系统安装－－选型、冻结站布置 、管路连接、保、管路连接、保温与测试温与测试 冻结与开挖条件判定－－积极冻结、维护冻结、冻结与开挖条件判定－－积极冻结、维护冻结、 开挖条件开挖条件判定判定57学习浅析 冻结施工组织设计冻结施工组织设计 4 4 开挖与构筑施工方案开挖与构筑施工方案 施工流程施工流程 开挖方式开挖方式 支护方式支护方式 施工准备施工准备 开挖构筑施工开挖构筑施工 补偿注浆措施补偿注浆措施 58学习浅析 冻结施工组织设计冻结施工组织设计 5 5 施工进度及资源配置计划施工进度及资源配置计划 劳动力劳动力 水水 电电 设备设备 材料供应计划材料供应计划 6 6 施工平面布置施工平面布置 59学习浅析 冻结施工组织设计冻结施工组织设计 7 7 施工监测施工监测 冻土帷幕温度与变形监测冻土帷幕温度与变形监测 地面与地下结构变形监测地面与地下结构变形监测 8 8 安全质量安全技术措施与保证体系安全质量安全技术措施与保证体系 施工质量施工质量 供电安全及灾害应急措施供电安全及灾害应急措施 文明施工措施文明施工措施 质量、安全管理网络图）质量、安全管理网络图）60学习浅析 。