彭 飛，王植陽(yáng)

(1.煤炭科學(xué)研究總院建井研究分院，北京 100013；2.北京中煤礦山工程有限公司，北京 100013；3.河南國(guó)龍礦業(yè)建設(shè)有限公司，河南 鄭州 450000)

井筒穿過(guò)深厚沖積層多采用多圈孔凍結(jié)法施工，該施工法對(duì)凍結(jié)壓力和凍結(jié)管安全的影響是深厚沖積層凍結(jié)法鑿井研究的熱點(diǎn)[1-3]。工程實(shí)踐表明，深厚沖積層凍結(jié)法鑿井經(jīng)常發(fā)生凍結(jié)管斷裂與外層井壁破裂事故[4，5]。這些事故不僅延誤工期，影響工程質(zhì)量，危害施工安全，造成透水淹井等重大隱患。其主要原因是深厚沖積層凍結(jié)壁隨時(shí)間推移會(huì)發(fā)生較大的蠕變變形[6]，凍結(jié)管在地壓和凍脹應(yīng)力作用下發(fā)生大變形彎曲，變形過(guò)大會(huì)導(dǎo)致凍結(jié)管斷裂；多圈孔凍結(jié)凍脹引起的壓力成為凍結(jié)壓力的重要組成部分，外層井壁在較大凍結(jié)壓力的作用下容易產(chǎn)生裂縫，發(fā)生破壞[7，8]。

針對(duì)凍結(jié)法鑿井凍結(jié)過(guò)程中凍脹效應(yīng)對(duì)工程的危害，國(guó)內(nèi)外學(xué)者圍繞工程實(shí)測(cè)與模型試驗(yàn)研究做了大量研究，汪仁和[9]認(rèn)為凍結(jié)壓力最大值可達(dá)到初始地壓的2.4倍，開(kāi)挖時(shí)凍脹力的釋放會(huì)導(dǎo)致凍結(jié)管斷裂。王衍森[10]認(rèn)為凍結(jié)壁內(nèi)部?jī)雒浟Φ姆e聚和釋放是威脅凍結(jié)壁和凍結(jié)管安全的關(guān)鍵因素。王建平[11]通過(guò)理論分析和試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)距離冷源相對(duì)遠(yuǎn)的點(diǎn)也會(huì)因?yàn)樗诌w移產(chǎn)生較大的凍脹力，因此毛細(xì)現(xiàn)象明顯的土體易產(chǎn)生更大的凍脹應(yīng)力，同時(shí)冷源溫度越低，土體溫度下降越快，產(chǎn)生的凍脹力越小。王瀚[12]、崔廣心[13]分別進(jìn)行了多圈管凍結(jié)壁內(nèi)部?jī)雒洃?yīng)力的形成特性研究，分析了凍結(jié)壁不同位置的溫度和凍脹應(yīng)力的發(fā)展過(guò)程。

但是上述學(xué)者的研究，側(cè)重在分析不同位置凍脹應(yīng)力的分布特征，本文以趙固二礦西回風(fēng)立井多圈孔凍結(jié)為原型進(jìn)行凍結(jié)壁內(nèi)部?jī)雒洃?yīng)力模型試驗(yàn)研究，分析凍脹力的形成特性和分布特征，對(duì)凍結(jié)壁內(nèi)部?jī)雒洃?yīng)力的形成特性和分布特征進(jìn)行研究，了解其產(chǎn)生、發(fā)展和持續(xù)的全過(guò)程及原因，提出降低凍結(jié)壁內(nèi)部?jī)雒洃?yīng)力措施，防止凍結(jié)管斷裂及外層井壁破裂等工程風(fēng)險(xiǎn)。

1 模型試驗(yàn)方案

趙固二礦西回風(fēng)立井井筒穿過(guò)沖積層704.6m，擬凍結(jié)深度783m，屬國(guó)內(nèi)外凍結(jié)井筒穿過(guò)沖積層最厚的井筒之一[14]。沖積層土體含水量大，凍脹效應(yīng)明顯。試驗(yàn)對(duì)不同布孔方式，即主凍結(jié)孔(也稱主孔)、輔助凍結(jié)孔(也稱輔助孔)不同布孔圈徑、不同孔間距情況下和不同巖性(砂土、砂質(zhì)黏土)的凍脹應(yīng)力場(chǎng)、溫度場(chǎng)進(jìn)行對(duì)比分析。

1.1 模型縮比

綜合考慮工程實(shí)際凍結(jié)壁尺寸與凍結(jié)壁模型試驗(yàn)臺(tái)尺寸，確定幾何縮比為Cl=1/20Cl=1/20。根據(jù)幾何縮比采用?300mm的無(wú)縫鋼管作為模擬井壁，安裝在試驗(yàn)桶中央。

1.2 試驗(yàn)土體的選擇和取用

應(yīng)用工程現(xiàn)場(chǎng)土樣(趙固二礦西回風(fēng)立井井下取土)，取用現(xiàn)場(chǎng)的砂土和砂質(zhì)黏土。

試驗(yàn)室進(jìn)行常規(guī)土工試驗(yàn)，測(cè)定其含水率、密度等參數(shù)。實(shí)測(cè)砂土密度2.15g/cm3、含水率16.3%，砂質(zhì)黏土密度2.08g/cm3、含水率23.2%。

1.3 填土和布孔方式

本次模型試驗(yàn)考慮選擇兩種土層：砂土、砂質(zhì)黏土，按下部砂土、上部砂質(zhì)黏土順序填埋、夯實(shí)。

采用三種不同布孔方案進(jìn)行模型試驗(yàn)，對(duì)比不同布孔方案下凍結(jié)壁溫度分布及凍脹力分布。布孔方案參數(shù)見(jiàn)表1，模型試驗(yàn)布孔方案如圖1所示。

圖1 模型試驗(yàn)布孔方案示意圖

1.4 傳感器的布置與測(cè)量

試驗(yàn)凍脹力測(cè)量采用微型土壓力盒，配合靜態(tài)應(yīng)變分析系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)測(cè)凍脹力實(shí)時(shí)變化情況。將試驗(yàn)桶按巖性和布孔方式分為6個(gè)測(cè)區(qū)，每個(gè)測(cè)區(qū)布置12個(gè)壓力盒，總計(jì)72個(gè)。壓力盒分別布置于模擬井壁外側(cè)(兩個(gè))、內(nèi)排輔助孔內(nèi)側(cè)界面、內(nèi)排輔助孔內(nèi)側(cè)主面、內(nèi)外輔助孔之間界面、內(nèi)外輔助孔之間主面、外輔助孔和主孔之間主面(兩個(gè))、外輔助孔和主孔之間界面(兩個(gè))、主孔外側(cè)主面壓力、主孔外側(cè)界面，傳感器布置如圖2所示，各測(cè)點(diǎn)的空間位置關(guān)系見(jiàn)表2。砂土層的三種布孔方式分別采用S101—S112，S201—S212，S301—S312編號(hào)，砂質(zhì)黏土層的三種布孔方式分別采用N101—N112，N201—N212，N301—N312編號(hào)。

圖2 傳感器布置示意圖

表2 各測(cè)點(diǎn)的空間位置關(guān)系

溫度測(cè)量采用數(shù)字溫度傳感器，配合測(cè)溫模塊進(jìn)行溫度監(jiān)測(cè)。每組試驗(yàn)布置78個(gè)測(cè)溫點(diǎn)。鹽水進(jìn)水、回水三個(gè)扇區(qū)各一個(gè)測(cè)點(diǎn)，計(jì)6個(gè)。其余72個(gè)測(cè)點(diǎn)與壓力盒配合布置。

壓力和溫度數(shù)據(jù)均間隔2h采集一次，試驗(yàn)共采集58h。

1.5 鹽水溫度和流量的控制

模型試驗(yàn)中控制模擬凍結(jié)管內(nèi)鹽水流速維持在35～40L/h，試驗(yàn)期間鹽水溫度控制在-23～-24℃。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

模擬的第一種布孔方式即趙固二礦西風(fēng)井實(shí)際采用的布孔方式，本文選取第一種布孔方式砂土層作為研究對(duì)象，分析隨凍結(jié)時(shí)間的變化不同位置凍脹應(yīng)力和溫度變化特征。按照距離試驗(yàn)桶中心的遠(yuǎn)近選取6個(gè)不同位置的測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)，其溫度、凍脹應(yīng)力隨凍結(jié)時(shí)間的關(guān)系如圖3所示。

圖3 第一種布孔方式砂土層溫度和凍脹應(yīng)力隨時(shí)間變化關(guān)系

2.1 井壁側(cè)溫度和凍脹應(yīng)力變化情況

根據(jù)S102測(cè)點(diǎn)實(shí)測(cè)結(jié)果分析，隨著凍結(jié)時(shí)間的延長(zhǎng)井壁側(cè)溫度呈初期緩慢降溫、快速降溫、緩慢降溫、快速降溫四個(gè)階段，前兩個(gè)降溫階段凍脹應(yīng)力一直呈較緩慢增長(zhǎng)、降溫第三階段凍脹應(yīng)力小幅快速增長(zhǎng)后趨于較緩慢增長(zhǎng)。

在凍結(jié)開(kāi)始后的前6h內(nèi)，由于井壁距凍結(jié)管較遠(yuǎn)，井壁受到的降溫影響小于凍結(jié)孔附近的土體，因此冷凍初期井壁附近的溫度梯度相對(duì)較小。井壁位置處的土體受到的凍脹應(yīng)力呈緩速增長(zhǎng)狀態(tài)，但增長(zhǎng)幅度很小。

凍結(jié)8h后，井壁溫度快速下降。該階段主凍結(jié)孔圈附近凍土初步開(kāi)始形成，但是凍結(jié)壁尚未交圈，井壁位置處土體受到土體凍脹擠壓作用也不明顯。因此該階段凍脹應(yīng)力增幅仍然較小。

凍結(jié)22h后，此時(shí)溫度先是下降速度趨緩，到凍結(jié)后24h溫度又快速下降。該階段為凍結(jié)壁發(fā)展至交圈的關(guān)鍵階段，凍結(jié)管釋放的冷量大多被用于土體中水分形成冰晶。因此土體溫度和井壁溫度下降速度先趨于平緩，凍結(jié)壁交圈后井壁溫度又持續(xù)下降。該階段凍脹應(yīng)力增速顯著提高，原因是凍結(jié)壁交圈后土體的凍脹對(duì)井壁位置處的土體有一定的擠壓作用。

凍結(jié)26h后，井壁溫度以0.3～0.4℃/h的速度勻速下降，凍結(jié)58h下降至-8.2℃。該階段井壁受到的凍脹應(yīng)力持續(xù)增長(zhǎng)，凍結(jié)壁在該階段不斷發(fā)展，土體凍脹對(duì)井壁位置處的土體的擠壓作用持續(xù)增加，但井壁位置處的土體受到的凍脹應(yīng)力總體不大。

2.2 內(nèi)排輔助孔內(nèi)側(cè)

根據(jù)S104測(cè)點(diǎn)實(shí)測(cè)結(jié)果分析，隨著凍結(jié)時(shí)間的延長(zhǎng)內(nèi)排輔助孔內(nèi)側(cè)溫度呈快速降溫、緩慢持續(xù)降溫兩大階段，在降溫過(guò)程中凍脹應(yīng)力呈緩慢增長(zhǎng)、快速增長(zhǎng)至峰值、至峰值后平穩(wěn)回落三個(gè)階段，最終呈現(xiàn)較大的凍脹應(yīng)力。

在溫度快速下降階段，即凍結(jié)開(kāi)始后前6h，土體溫度以1.1～1.3℃/h的速度快速下降，此時(shí)土體溫度尚未下降至冰點(diǎn)，除緊貼凍結(jié)管壁的位置外，其余地方無(wú)冰晶產(chǎn)生，凍結(jié)管釋放的冷量使得土體溫度快速下降。該階段凍脹應(yīng)力略有增長(zhǎng)，持續(xù)至溫度下降至4℃附近，主要是孔隙水體積膨脹造成的。

凍結(jié)8h后，溫度下降開(kāi)始趨緩，原因是近凍結(jié)管土體的溫度下降到冰點(diǎn)附近，土體中的水開(kāi)始形成冰晶，該過(guò)程需要消耗較大的冷量，影響土體的整體溫度下降速度。此階段土體中冰晶正在形成，凍結(jié)壁尚未交圈，凍脹應(yīng)力也表現(xiàn)為緩慢增加。

冷凍后24h，溫度下降，下降速率達(dá)0.3～0.4℃/h。該階段凍脹應(yīng)力增速很快，2h增幅達(dá)到22kPa。此時(shí)測(cè)點(diǎn)溫度并未下降至冰點(diǎn)以下，但受主凍結(jié)孔圈凍結(jié)壁交圈影響，該點(diǎn)在封閉的凍結(jié)壁內(nèi)，壓力突增明顯。凍結(jié)壁交圈后，凍結(jié)壁圈內(nèi)側(cè)的點(diǎn)可測(cè)量到明顯的凍脹應(yīng)力，如果該點(diǎn)距離凍結(jié)管較遠(yuǎn)，則會(huì)在該點(diǎn)溫度尚未下降至冰點(diǎn)線、孔隙水尚未形成冰晶時(shí)，也能測(cè)出較明顯凍脹應(yīng)力。

凍結(jié)44h后，測(cè)點(diǎn)溫度持續(xù)下降。凍脹應(yīng)力在達(dá)到峰值89.6kPa后小幅回落，此時(shí)凍結(jié)壁的擴(kuò)展基本完成，因凍結(jié)壁擴(kuò)展產(chǎn)生的凍脹應(yīng)力增量顯著降低。土體長(zhǎng)時(shí)間受到凍脹應(yīng)力作用，發(fā)生蠕變，使得實(shí)測(cè)凍脹應(yīng)力出現(xiàn)小幅下降。

2.3 內(nèi)外排輔助孔之間

根據(jù)S106測(cè)點(diǎn)實(shí)測(cè)結(jié)果分析，隨著凍結(jié)時(shí)間的延長(zhǎng)內(nèi)外排輔助孔之間溫度呈快速降溫、緩慢持續(xù)降溫、較快速降溫三個(gè)階段，在降溫過(guò)程中凍脹應(yīng)力呈緩慢增長(zhǎng)、快速增長(zhǎng)至峰值后、至峰值后平穩(wěn)回落三個(gè)階段，最終呈現(xiàn)較大的凍脹應(yīng)力。

凍結(jié)開(kāi)始后前8h，土體溫度以1.1～1.3℃/h的速度快速下降，此時(shí)土體溫度尚未下降至冰點(diǎn)附近，除緊貼凍結(jié)管壁的位置外，其余地方無(wú)冰晶產(chǎn)生，凍結(jié)管釋放的冷量使得土體溫度快速下降。該階段凍脹應(yīng)力持續(xù)緩慢增長(zhǎng)。

凍結(jié)10h后，土體的溫度下降到冰點(diǎn)附近，土體中的水開(kāi)始形成冰晶，凍結(jié)壁初步形成的過(guò)程中，土體消耗巨大的冷量，土體溫度保持-0.3℃不變。該階段凍結(jié)壁正在形成，凍脹應(yīng)力以1kPa/h左右的速度緩慢增長(zhǎng)。

凍結(jié)22h后，測(cè)點(diǎn)溫度再度開(kāi)始下降，24h下降速率達(dá)0.2℃/h。凍結(jié)后22h該處溫度已突破冰點(diǎn)，但凍脹應(yīng)力并未在22h突增，24h后凍脹應(yīng)力開(kāi)始突增，兩小時(shí)增幅達(dá)24.4kPa。分析該點(diǎn)溫度在凍結(jié)后22h已下降至冰點(diǎn)以下，但主凍結(jié)孔圈附近的凍結(jié)壁尚未交圈，凍脹應(yīng)力仍按原速率增長(zhǎng)，至24h后主凍結(jié)孔圈凍結(jié)壁交圈后該點(diǎn)凍脹應(yīng)力增速才有突破性增加。凍結(jié)壁交圈前，主凍結(jié)孔圈內(nèi)側(cè)的點(diǎn)可測(cè)量到緩慢的凍脹應(yīng)力，如果該點(diǎn)距離輔助凍結(jié)管較近，則該點(diǎn)溫度可能早于主凍結(jié)孔圈下降至冰點(diǎn)線以下，土體中水分形成冰晶，但凍脹應(yīng)力無(wú)突破性增長(zhǎng)。

凍結(jié)44h后，測(cè)點(diǎn)溫度持續(xù)下降。凍脹應(yīng)力在達(dá)到峰值102.9kPa后小幅回落，此時(shí)凍結(jié)壁的擴(kuò)展基本完成，但凍結(jié)壁擴(kuò)展產(chǎn)生的凍脹應(yīng)力增量有所降低。土體長(zhǎng)時(shí)間受到凍脹應(yīng)力作用，發(fā)生蠕變，使得實(shí)測(cè)凍脹應(yīng)力出現(xiàn)小幅下降。

2.4 外排輔助孔與主孔之間

根據(jù)S107、S108測(cè)點(diǎn)實(shí)測(cè)結(jié)果分析，隨著凍結(jié)時(shí)間的延長(zhǎng)外排輔助孔與主孔之間主面、界面溫度均呈快速降溫、較緩慢降溫、較快速降溫三個(gè)階段，在降溫過(guò)程中凍脹應(yīng)力呈緩慢微量增長(zhǎng)、快速增長(zhǎng)、持續(xù)低速增長(zhǎng)三個(gè)階段，主面測(cè)點(diǎn)呈現(xiàn)最大的凍脹應(yīng)力。

2.4.1 主面S107測(cè)點(diǎn)

凍結(jié)開(kāi)始后前6h，土體溫度以1.2～1.3℃/h的速度快速下降，此時(shí)土體溫度尚未下降至冰點(diǎn)附近，除緊貼凍結(jié)管壁的位置外，其余地方無(wú)冰晶產(chǎn)生，凍結(jié)管釋放的冷量使得土體溫度快速下降。該階段凍脹應(yīng)力略有增長(zhǎng)，主要是溫度下降至近4℃附近，孔隙水體積膨脹造成的，但凍脹應(yīng)力增長(zhǎng)不大。

凍結(jié)8h后，土體的溫度就下降到冰點(diǎn)附近，土體中的水開(kāi)始形成冰晶，凍結(jié)壁初步形成的過(guò)程中，土體消耗巨大的冷量，土體溫度保持-0.1℃不變。該階段凍結(jié)壁正在形成，凍脹應(yīng)力以0.15kPa/h左右的速度緩慢增長(zhǎng)。

凍結(jié)24h后，溫度再度開(kāi)始明顯下降，28h后下降速率達(dá)0.3℃/h。凍結(jié)后24h測(cè)點(diǎn)溫度突破冰點(diǎn)，因主凍結(jié)孔圈界面位置(界面位置受底部管路影響，溫度下降快于主面)早已突破冰點(diǎn)，因此該點(diǎn)突破冰點(diǎn)后，主凍結(jié)孔圈凍結(jié)壁交圈。主凍結(jié)孔圈凍結(jié)壁交圈后，凍脹應(yīng)力突增，兩小時(shí)增幅達(dá)到21.7kPa。該點(diǎn)凍脹應(yīng)力在凍結(jié)壁交圈后，增長(zhǎng)時(shí)間長(zhǎng)，增長(zhǎng)速率長(zhǎng)時(shí)間保持10kPa/h以上，累計(jì)增長(zhǎng)幅度達(dá)到145.7kPa，為累計(jì)增長(zhǎng)幅度各監(jiān)測(cè)點(diǎn)中最大值。在凍脹應(yīng)力檢測(cè)控制中，主凍結(jié)孔圈與輔助孔之間的主面位置應(yīng)當(dāng)作為檢測(cè)控制的重點(diǎn)。

2.4.2 界面S108測(cè)點(diǎn)

凍結(jié)開(kāi)始后前4h，土體溫度以0.8～0.9℃/h的速度快速下降，此時(shí)土體溫度尚未下降至冰點(diǎn)附近，除緊貼凍結(jié)管壁的位置外，其余地方無(wú)冰晶產(chǎn)生，凍結(jié)管釋放的冷量使得土體溫度快速下降。該階段近凍結(jié)管土體有小冰晶形成，凍脹應(yīng)力略有增長(zhǎng)。布置鹽水管路時(shí)，在試驗(yàn)桶底部焊接了管路，該處管路中鹽水對(duì)界面位置土體有明顯影響，因此界面溫度下降較主面位置快。

凍結(jié)8h后，溫度下降開(kāi)始趨緩，原因是主凍結(jié)孔圈附近土體的溫度下降到冰點(diǎn)附近，土體中的水開(kāi)始形成冰晶，該過(guò)程需要消耗巨大的冷量，因此土體的整體溫度下降速度很慢。該階段凍脹應(yīng)力呈緩速增長(zhǎng)狀態(tài)，土體中冰晶正在形成，凍結(jié)壁尚未交圈，因此凍脹應(yīng)力增速緩慢。

凍結(jié)22h后，測(cè)點(diǎn)溫度再度開(kāi)始明顯下降，至24h下降速率達(dá)1.0℃/h。凍結(jié)至6h該測(cè)點(diǎn)溫度已突破冰點(diǎn)，但凍脹應(yīng)力并未在22h突增，24h后凍脹應(yīng)力開(kāi)始突增，兩小時(shí)增幅達(dá)到13.4kPa。該點(diǎn)溫度在凍結(jié)后6h已下降至冰點(diǎn)以下，但因主面附近凍結(jié)壁尚未形成，凍脹應(yīng)力仍按原速率增長(zhǎng)，24h后主面附近凍結(jié)壁形成，凍結(jié)壁交圈，該點(diǎn)凍脹應(yīng)力快速增加。凍結(jié)壁交圈后，該處凍脹應(yīng)力持續(xù)增長(zhǎng)，增長(zhǎng)時(shí)間很長(zhǎng)，累計(jì)增幅達(dá)到86.1kPa。因此，主凍結(jié)孔圈界面凍脹力也應(yīng)當(dāng)重點(diǎn)監(jiān)控。

2.5 主凍結(jié)孔圈外側(cè)

根據(jù)S111測(cè)點(diǎn)實(shí)測(cè)結(jié)果分析，隨著凍結(jié)時(shí)間的延長(zhǎng)主凍結(jié)孔圈外側(cè)溫度均呈緩慢降溫、快速降溫、較緩慢降溫、快速降溫四個(gè)階段，在降溫過(guò)程中凍脹應(yīng)力呈緩慢增長(zhǎng)、快速增長(zhǎng)至峰值后、至峰值后回落至較低值三個(gè)階段。

在凍結(jié)開(kāi)始后的前6h內(nèi)，主凍結(jié)孔圈外側(cè)的位置單位面積內(nèi)受到的冷凍作用要遠(yuǎn)小于主凍結(jié)孔圈內(nèi)側(cè)，主凍結(jié)孔圈外側(cè)溫度下降速度要遠(yuǎn)小于主凍結(jié)孔圈內(nèi)側(cè)。凍脹應(yīng)力以0.6kPa/h的速度勻速增長(zhǎng)。

凍結(jié)8h后，主凍結(jié)孔圈內(nèi)側(cè)土體的溫度下降至4℃以下，與主凍結(jié)孔圈外側(cè)土體形成溫差，主凍結(jié)孔圈內(nèi)側(cè)土體也會(huì)向主凍結(jié)孔圈外側(cè)土體傳遞冷量，外側(cè)土體溫度開(kāi)始快速下降。凍脹應(yīng)力以0.6kPa/h的速度勻速增長(zhǎng)，該階段凍結(jié)壁還未向外發(fā)展至測(cè)點(diǎn)位置，凍脹應(yīng)力增幅仍然較小。

凍結(jié)22h后，測(cè)點(diǎn)溫度先是下降速度趨緩，在凍結(jié)26h后溫度快速下降。該階段為凍結(jié)壁發(fā)展至交圈的關(guān)鍵階段，凍結(jié)管釋放的冷量大多被用于土體中水分形成冰晶。因此土體溫度下降速度先趨于平緩，凍結(jié)壁交圈后主凍結(jié)孔圈內(nèi)側(cè)土體溫度下降速度加快，隨后主凍結(jié)孔圈外側(cè)土體溫度下降。待凍結(jié)壁鋒面發(fā)展至測(cè)點(diǎn)位置時(shí)，即該測(cè)點(diǎn)溫度突破冰點(diǎn)后，凍脹應(yīng)力增速顯著提高，每?jī)尚r(shí)達(dá)到30.8kPa。凍結(jié)36h后，凍脹應(yīng)力達(dá)到峰值86kPa。該階段土體溫度持續(xù)下降，外側(cè)未凍土體在凍脹力的擠壓下產(chǎn)生位移，而試驗(yàn)桶內(nèi)總覆土僅0.5m，形成的地壓很小，無(wú)法約束凍脹后的土體產(chǎn)生位移，所以凍結(jié)壁外側(cè)凍脹應(yīng)力快速消退了。

3 結(jié) 論

1)凍結(jié)過(guò)程中，凍脹應(yīng)力增長(zhǎng)速度及變化規(guī)律和最大凍脹應(yīng)力值與凍結(jié)時(shí)間和所處在凍結(jié)壁的相對(duì)位置緊密相關(guān)。

2)凍結(jié)壁交圈前，凍結(jié)范圍內(nèi)的點(diǎn)即可測(cè)量到緩慢增長(zhǎng)的凍脹應(yīng)力，如果該點(diǎn)距離輔助凍結(jié)管較近，則該點(diǎn)溫度可能早于主凍結(jié)孔圈下降至冰點(diǎn)線以下，土體中水分形成冰晶，但凍脹應(yīng)力無(wú)突破性增長(zhǎng)。

3)凍結(jié)壁交圈后，土體的凍脹對(duì)井壁位置處土體有顯著的擠壓作用。凍結(jié)壁交圈后，凍結(jié)范圍內(nèi)的點(diǎn)即可測(cè)量到明顯的凍脹應(yīng)力，即使距離凍結(jié)管較遠(yuǎn)處，在溫度尚未下降至冰點(diǎn)前，孔隙水尚未形成冰晶時(shí)，亦會(huì)有較明顯凍脹應(yīng)力。

4)主凍結(jié)孔圈和輔助孔之間主面和界面凍結(jié)壁都充分發(fā)展至交圈后，凍脹應(yīng)力有突破性增長(zhǎng)，同時(shí)該處主面和界面凍脹應(yīng)力增加持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，累計(jì)增幅大，應(yīng)為檢測(cè)控制凍脹應(yīng)力的重點(diǎn)位置。

5)凍結(jié)壁外側(cè)凍脹應(yīng)力待凍結(jié)壁鋒面發(fā)展至該位置時(shí)，即該處溫度突破冰點(diǎn)后，凍脹應(yīng)力增速顯著提高，如果原始地壓較小，位于淺層位置，則該處壓力可能引起上部土體產(chǎn)生位移而卸壓。