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        凍結(jié)法施工對(duì)副井井架沉降影響的實(shí)測(cè)研究

        2020-03-13 06:50:58
        關(guān)鍵詞:煤礦變形施工

        宋 杰

        (淮滬煤電有限公司丁集煤礦企管科,安徽 淮南 232001)

        在井筒施工方法中,凍結(jié)法施工速度快,且能較強(qiáng)的適應(yīng)各種環(huán)境[1-3]。我國(guó)煤礦開采深度逐年增加,深井開采成為常態(tài),凍結(jié)法井筒施工日趨重要。但不可避免的是在施工過(guò)程中會(huì)對(duì)周邊建筑造成沉降影響。凍結(jié)會(huì)對(duì)井筒周邊地下水產(chǎn)生直接固液轉(zhuǎn)變的物理變化,在工程施工過(guò)程中會(huì)宏觀表現(xiàn)為土體的凍脹和融沉作用。這些變化會(huì)對(duì)周邊井架等建筑產(chǎn)生不利影響[4-6]。

        1 工程概況

        丁集煤礦副井井架整體重量為706.6 t,單罐最大提升荷載為2.5 t,雙罐最大提升荷載為10.8 t。單罐罐籠提升時(shí)重量為88.3 t,雙罐罐籠提升時(shí)重量為102.2 t,井架基礎(chǔ)承受最大靜止壓力為966.8 t。丁集煤礦副井井架的基礎(chǔ)為四個(gè)獨(dú)立基礎(chǔ),副井井架的四個(gè)基礎(chǔ)編號(hào)如圖1所示。一號(hào)基礎(chǔ)JC1和四號(hào)基礎(chǔ)JC4埋深為6 m,基底面積為8.5×9.5 m2。2號(hào)基礎(chǔ)JC2和三號(hào)基礎(chǔ)JC3埋深為4 m,基底面積為5×6 m2,正常運(yùn)行時(shí)井架基礎(chǔ)承受將近1000 t的重量[2]。

        圖1 副井井架基礎(chǔ)編號(hào)及位置圖

        2 凍脹監(jiān)測(cè)

        本次現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)的副井利用永久井架進(jìn)行鑿井,于2004年2月19日開機(jī)送冷開始凍結(jié),2004年6月28日井筒正式施工開挖,2005年1月24日凍結(jié)段外壁施工完成,2005年3月27日內(nèi)層井壁套壁施工完成,停止供冷。井筒凍結(jié)造成土層凍脹,致使井筒周邊的井架4個(gè)基礎(chǔ)發(fā)生不均勻的凍脹抬升。在2004年9月22日中午,一號(hào)基礎(chǔ)JC1井架基座發(fā)生了瞬間位移,位移量達(dá)142 mm,2號(hào)基礎(chǔ)JC2與四號(hào)基礎(chǔ)JC4相對(duì)位移量達(dá)175 mm。從2004年8月至2005年3月副井井架的四個(gè)基礎(chǔ)均勻上升60 mm,東西方向井架偏南60 mm、南北方向井架偏東63 mm。抬升變形量監(jiān)測(cè)分析示意圖如圖2所示。

        圖2 副井井架基礎(chǔ)抬升分析圖

        從圖2中可以看出,丁集煤礦副井的四個(gè)井架基礎(chǔ)凍脹抬升可以分為三個(gè)階段:第一階段為前120 d,這個(gè)階段內(nèi)井架基礎(chǔ)的抬升速度較快,具體體現(xiàn)為圖中的曲線相對(duì)較陡,總的抬升量在40 mm至50 mm;第二階段為120~390 d之間,井架基礎(chǔ)呈現(xiàn)先緩慢抬升,之后又緩慢下沉的波動(dòng)變形趨勢(shì);第三階段為390天至480天之間,井架基礎(chǔ)呈現(xiàn)明顯的下沉趨勢(shì),尤其是四號(hào)基礎(chǔ)JC4,下沉量最高達(dá)40 mm。

        3 融沉監(jiān)測(cè)

        井筒凍結(jié)施工結(jié)束并停止供冷以后,凍結(jié)壁處于解凍狀態(tài),隨著溫度漸漸回升產(chǎn)生融沉現(xiàn)象,井架基礎(chǔ)開始由上升轉(zhuǎn)化為下沉[7],由現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)結(jié)果表明,累計(jì)下沉達(dá)110 mm,下沉速度每月為1~2 mm。副井井架的四個(gè)基礎(chǔ)的累計(jì)沉降量如表1所示,其下沉曲線見(jiàn)圖3。

        表1 井架四個(gè)基礎(chǔ)累計(jì)沉降量

        圖3 副井井架基礎(chǔ)下沉曲線

        4 影響范圍

        后續(xù)對(duì)丁集煤礦副井井架進(jìn)行了偏移測(cè)量,結(jié)果表明副井井架東西方向偏南60 mm,南北方向井架偏東63 mm。提升方向四層天輪都偏東,由上層到下層偏移量分別為100 mm、68 mm、35 mm和35 mm。在2011年10月,對(duì)副井井口沉降范圍進(jìn)行了觀測(cè),沿副井井口向南160°方位實(shí)測(cè)下沉斷面如圖4所示,最大下沉值為400 mm,下沉范圍為井壁向外20 m,最大下沉300~400 mm區(qū)間為井壁向外2 m至8 m段。同時(shí),副井井口房基礎(chǔ)因位于凍結(jié)壁范圍,受凍土融沉影響,導(dǎo)致井口房出入井口處沉降,井口房的測(cè)點(diǎn)位置如圖5所示,實(shí)測(cè)井口房的最大下沉值為400 mm,平均下沉速度為每月3 mm。

        5 結(jié)論

        利用凍結(jié)法進(jìn)行井壁施工時(shí),將會(huì)對(duì)井筒周邊的建筑物產(chǎn)生長(zhǎng)遠(yuǎn)的影響,這種影響主要表現(xiàn)為凍脹抬升和融沉下降兩個(gè)過(guò)程;現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)副井井架基礎(chǔ)凍脹變形可達(dá)到60 mm,融沉變形可達(dá)120 mm,同時(shí)四個(gè)井架基礎(chǔ)變形不均勻,造成井架容易產(chǎn)生傾斜;井筒凍結(jié)施工凍脹和融沉影響的最大范圍在井口外向20 m處,最大下沉區(qū)間為距離井口處2~8 m,最大下沉值400 mm。

        圖4 副井井口下沉范圍示意圖

        圖5 井口房測(cè)點(diǎn)位置

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