黃　鶴（中煤特殊鑿井有限責(zé)任公司,安徽　淮北　235044）

初探快速強(qiáng)化凍結(jié)法施工動態(tài)設(shè)計(jì)方法

黃鶴
（中煤特殊鑿井有限責(zé)任公司,安徽淮北235044）

摘要：近年來，凍結(jié)法已在我國很多座城市的地鐵及市政基礎(chǔ)設(shè)施施工中得到了廣泛的應(yīng)用。通過技術(shù)的使用及不斷的更新，相關(guān)工程技術(shù)人員已經(jīng)掌握凍結(jié)設(shè)計(jì)與施工方法，并學(xué)會地層變形的控制方法，積累了大量的資料及工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。當(dāng)下，我國對凍結(jié)法的使用在世界位居前列。本文筆者將對快速強(qiáng)化凍結(jié)法施工動態(tài)設(shè)計(jì)的方法進(jìn)行探究。

關(guān)鍵詞：快速強(qiáng)化凍結(jié)法；施工動態(tài)設(shè)計(jì)；探究

1　快速強(qiáng)化凍結(jié)設(shè)計(jì)的目的

快速強(qiáng)化凍結(jié)設(shè)計(jì)的目的與工程建設(shè)的目的是具有一致性的，都是為了實(shí)現(xiàn)施工的高效、安全、快速與優(yōu)質(zhì)，即在資源投入最少的情況下，保證地層凍結(jié)加固的實(shí)際效果達(dá)到最佳。在具體的施工過程中，施工要求與凍結(jié)設(shè)計(jì)受施工條件與地層條件的影響較大。例如，如果土層為深厚的粘土，那么施工與設(shè)計(jì)的重點(diǎn)問題就應(yīng)當(dāng)是如何解決外層井壁壓壞并防止凍結(jié)管斷裂；如果地層條件相對較好，那么施工的重點(diǎn)問題就應(yīng)當(dāng)是如何有效減少凍結(jié)施工的成本投入以及如何保證井筒掘砌施工速度的提高。

2　設(shè)計(jì)原則

凍結(jié)設(shè)計(jì)在強(qiáng)化的過程中要遵循以下七個原則。

第一，把握施工建設(shè)核心。凍結(jié)設(shè)計(jì)的核心在于實(shí)現(xiàn)工程建設(shè)的總體目標(biāo)，即施工中要將安全放在首位，其次要保證工程建設(shè)的質(zhì)量與施工進(jìn)度能夠滿足建設(shè)需要，最后工藝技術(shù)的選取要以經(jīng)濟(jì)合理為依據(jù)，將成本控制在合理范圍內(nèi)。

第二，施工設(shè)計(jì)因地制宜。不同地區(qū)的地質(zhì)條件存在差異，因此對施工的要求也不一致，針對不同的建設(shè)要求應(yīng)當(dāng)選擇適宜的凍結(jié)施工設(shè)計(jì)。例如，若建設(shè)地區(qū)的凍結(jié)井筒中不存在深厚粘土的土層，那么可不采取強(qiáng)化凍結(jié)方法進(jìn)行處理。

第三，根據(jù)實(shí)際情況設(shè)計(jì)或調(diào)整參數(shù)。凍結(jié)設(shè)計(jì)施工中應(yīng)當(dāng)考慮到的問題包括井筒掘砌施工的速度、井幫暴露的時間、井壁結(jié)構(gòu)、井壁變形、掘井段高等，根據(jù)施工中的要求不同，要不斷調(diào)整相關(guān)參數(shù)。為了使操作簡便化，施工與設(shè)計(jì)人員可依據(jù)合同內(nèi)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范設(shè)計(jì)凍結(jié)施工的相關(guān)參數(shù)，然后結(jié)合實(shí)際工程中掘砌施工與凍結(jié)壁的情況將施工速度以及掘進(jìn)段高等參數(shù)進(jìn)行合理調(diào)整。

第四，對凍結(jié)壁的安全性進(jìn)行評定。這一原則是快速強(qiáng)化凍結(jié)設(shè)計(jì)與以往凍結(jié)設(shè)計(jì)的根本區(qū)別所在，它能夠?yàn)楣て诘目s短以及成本的降低奠定良好的基礎(chǔ)。井筒凍結(jié)施工過程較長，在這期間凍結(jié)壁的溫度與厚度會一直處于變化的狀態(tài)，因此為了保證施工的安全，每到達(dá)一個不同的施工層位，都需對當(dāng)時的土層特性以及凍結(jié)壁的實(shí)際情況進(jìn)行分析，對凍結(jié)壁的安全性予以評定。

第五，將防控凍結(jié)壁變形作為設(shè)計(jì)中的重點(diǎn)。凍結(jié)壁如果發(fā)生變形，就很可能導(dǎo)致凍結(jié)管發(fā)生斷裂或者導(dǎo)致外層井壁出現(xiàn)壓壞的現(xiàn)象。從理論上是很難對變形的發(fā)生予以準(zhǔn)確判斷，因此預(yù)測變形的發(fā)生一般都以施工經(jīng)驗(yàn)為依據(jù)，凍結(jié)壁在設(shè)計(jì)時以及凍結(jié)孔在布置時應(yīng)用到的相關(guān)指標(biāo)包括凍結(jié)管距離井幫的長度、掘進(jìn)過程中井幫的溫度以及凍土的入荒量。

第六，評價設(shè)計(jì)方案可行性要進(jìn)行多方面分析。在制定設(shè)計(jì)方案時受到施工情況與地層條件的限制，相關(guān)人員很難精確地對凍結(jié)壁進(jìn)行設(shè)計(jì)，因此若想評價設(shè)計(jì)方案的可行性需要從多方面進(jìn)行分析，例如通過工程類比法與理論分析法進(jìn)行綜合考量，將工程中的實(shí)際施工規(guī)律為主要判斷依據(jù)。

第七，施工中要進(jìn)行監(jiān)測與預(yù)測。為了保證施工的安全性以及施工工藝應(yīng)用的合理性，需要對工程建設(shè)予以實(shí)時監(jiān)測，并對未來一階段的施工情況予以預(yù)測，保證能夠及時發(fā)現(xiàn)施工中的問題并采取對策進(jìn)行解決。

3　設(shè)計(jì)內(nèi)容

（1）收集資料分析問題。基礎(chǔ)資料是進(jìn)行施工設(shè)計(jì)的前提，只有對相關(guān)資料予以充分的分析與了解才能夠保證施工設(shè)計(jì)的合理性。相關(guān)資料包括井筒設(shè)計(jì)的相關(guān)參數(shù)、井筒附近的地質(zhì)資料、掘砌與凍結(jié)施工的工期要求、類似工程的建設(shè)經(jīng)驗(yàn)等。

另外，還要對凍結(jié)設(shè)計(jì)中可能出現(xiàn)的主要問題進(jìn)行分析，并在設(shè)計(jì)方案中對這些問題進(jìn)行規(guī)避或解決，從而確定關(guān)鍵性的凍結(jié)工藝。

（2）根據(jù)規(guī)定及經(jīng)驗(yàn)確定設(shè)計(jì)參數(shù)。由于地質(zhì)與施工條件的復(fù)雜性，相關(guān)參數(shù)難以做到精確化設(shè)計(jì)，因此需以有關(guān)規(guī)定以及類似的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)為依據(jù)，確定基本參數(shù)。這些參數(shù)包括井幫暴露時間、井幫位移、井幫溫度、凍結(jié)方式、凍結(jié)深度、凍結(jié)管直徑、供冷方式、鹽水流量、鹽水溫度、井筒挖掘時間、掘砌段高等。砂性地層要注意，這類地層的凍結(jié)設(shè)計(jì)可不予以井幫移位的相關(guān)參數(shù)，但是要給出凍結(jié)壁可以出現(xiàn)塑性的范圍值。

除此之外，還要對主要控制層中的凍結(jié)壁部分的有效厚度進(jìn)行計(jì)算，并需在未布置凍結(jié)孔的前提下根據(jù)凍結(jié)時間、井幫溫度、鹽水溫度以及相鄰凍結(jié)孔之間的最大間隔等設(shè)計(jì)參數(shù)，將凍結(jié)壁的平均溫度予以確定。然后還要對凍結(jié)孔布置中的相關(guān)參數(shù)予以計(jì)算，例如孔間間距、各方向上的合理偏斜范圍以及圈徑等。

（3）驗(yàn)算強(qiáng)度及穩(wěn)定性。當(dāng)以上參數(shù)確定后需對凍結(jié)壁予以動態(tài)校驗(yàn)，校驗(yàn)的項(xiàng)目包括不同凍結(jié)時間以及掘進(jìn)深度下凍結(jié)壁穩(wěn)定的平均值、井幫溫度、凍結(jié)壁交圈以及凍土進(jìn)到荒徑中的時間與位置等。當(dāng)校驗(yàn)值超出控制范圍時，應(yīng)當(dāng)及時對凍結(jié)孔的相關(guān)參數(shù)予以調(diào)整，必要時可對凍結(jié)工藝進(jìn)行改變，將凍結(jié)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整。

最后還要對凍結(jié)壁的穩(wěn)定性與強(qiáng)度進(jìn)行分層驗(yàn)算，一旦出現(xiàn)與控制要求不符的情況，要重新對凍結(jié)孔進(jìn)行布置或者將凍結(jié)工藝進(jìn)行調(diào)整。

（4）供冷系統(tǒng)設(shè)計(jì)。首先要對總體上的鹽水流量進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算方法為將單只凍結(jié)孔的鹽水流量乘上凍結(jié)孔的總數(shù)；其次要對整個系統(tǒng)的需冷量進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算的依據(jù)為凍結(jié)管上的散熱面積；再次要根據(jù)制冷設(shè)備本身的參數(shù)以及鹽水的溫度對冷凍機(jī)的容量進(jìn)行確定；最后，根據(jù)凍結(jié)系統(tǒng)的參數(shù)確定配套的設(shè)備選型。

4　結(jié)語

凍結(jié)設(shè)計(jì)的展開受施工技術(shù)與地層條件的影響極大，為了適應(yīng)相關(guān)工程的開展，應(yīng)當(dāng)對設(shè)計(jì)工藝予以快速強(qiáng)化。在強(qiáng)化的過程中堅(jiān)持七項(xiàng)原則，對參數(shù)予以合理化的設(shè)計(jì)與調(diào)整，保證工程建設(shè)符合高效、安全、快速與優(yōu)質(zhì)的要求。

參考文獻(xiàn)：

[1]趙玉明.斜井步進(jìn)式凍結(jié)工法應(yīng)用研究[J].建井技術(shù)，2013(06).

[2]宋亞楠.凍結(jié)法鑿井兩井一站設(shè)計(jì)及施工效果分析[J].西部探礦工程,2014(04).

作者簡介：黃鶴（1982-），男，安徽濉溪人，工程師，主要從事：于煤礦、非煤礦礦山井筒凍結(jié)工程的施工及凍結(jié)技術(shù)研究工作。