- 一、冻结法凿井的施工
- 冻结法是在不稳定的含水土层、膨胀土层或含含水层多的裂隙基岩。在地下工程建设之前，用人工制冷的方法，将地下工程周围的含水岩、土层冻结，形成封闭的冻土结构物—冻结壁，用以抵抗岩土压力，隔绝冻结壁内、外地下水的联系，然后在冻结壁的保护下进行地下工程的建设的特殊施工技术。
- 冻结法适用于含盐量不大、地下水流速较小的各种含水地层。含盐水重的盐水不易结冰，流速快得不易冻结。
- 冷却水抽水井设置在地下水的上方向，在下方向抽水，容易造成井筒范围内的流流速加快，不便冻结。
- 冻结法凿井为第四系冲击层、风化岩石段、还有进入坚硬岩石10m以上。
- 冻结法凿井施工主要内容包括：冻结孔的钻进、井筒冻结和井筒掘砌等主要工作。
- 1、冻结孔的钻进
- 为了形成封闭的冻结圈，先要在井筒周围钻一定数量的冻结孔以便在孔内安设带底锥的冻结管和底部开口的供液管。以设计井筒中心为圆心，一井筒掘进半径加上冻结圈厚度一般为半径画圆，冻结孔一般等距离地布置在与井筒同心的圆周上。冻结孔间距一般为1. 2〜1. 5m，孔径为200〜250mm，孔深应比冻结深度大5〜10m。冻结孔的圈数一般根据要求的冻结壁厚度来确定，表土较浅时（200m以内）一般采用单圈冻结，对于深厚表土可采用双圈（200-400m）或三圈冻结（400m以上）。
- 2、冻结过程
- 打好孔后，在孔中安装底端封闭的冻结管，冻结管为Φ150×6mm无缝钢管，都是焊接的，不能漏盐水，冻结管为双层管，中间插的是聚乙烯管，把冻结站制的低温盐水-35°C注入冻结管，内管冷冻液送至眼底，然后沿外管返回，将周围含水层热量系数带走，叫做反循环。
- 降温过程叫积极冻结，把地层温度降到-10°C，把水变成冰、土变成冻土，每个冻结管形成一个1.5-2m冻结柱，把所有冻结管的冻结柱交接在一起，叫冻结壁交圈。
- 反循环加快下部冻结，正循环会先把上面动起来，一般上面冻起来也不敢开工，所以一般采用反循环，一循环盐水温度升高3°C左右。
- 冻结壁交圈后，就没必要再降温了。否则就会把井筒内冻实，开挖就很难了。一旦冻结壁交圈，就只要进行保温了，保温期间的冻结叫消极冻结。
- 3、凿井施工
- 通常，选择即当冻结壁已形成而又尚未冻至井筒范围以内时开挖最为理想。此时，既便于掘进又不会造成涌水冒砂事故。但是很难保证处于理想状态，往往整个井筒被冻实。对于这种冻土挖掘，可采用风镐或钻眼爆破法施工，采用爆破施工必须具备相应措施，保证冻结壁和冻结管的安全。
- 冻冻结法一般不提倡放炮，冻结管在低温下很脆，放炮容易炸裂，用钻爆法，周边眼离冻结管之间至少保证1.5m距离，周边眼装药量不得超过0.75kg。
- 开始挖掘、砌筑外壁，外壁是钢筋砼的400-600mm厚，整个表土段做完后，从下而上一次砌筑内壁，也是钢筋砼的500-1000mm厚，采用滑升模板施工，因此内壁没有接茬，能防水，内壁砌筑到地面后才能结束冻结。
- 外壁与土层之间有70mm泡沫板，泡沫板作用：1、砼保温，2、外围土层继续膨胀，力很大，泡沫板能吸收能量，用膨胀螺丝或气钉固定在土层上。
- 双层井壁作用：外壁抵抗地压，内壁防水。
- 内、外壁间加一层3-5mm厚沥青塑料板，使内外壁可以滑动，华东地区井筒，在生产10-20年，由于井下排水，表土段水被排走后，表土段会压缩，表土压缩会抱着井壁一起沉降，而岩石段井壁不会动，造成井壁在风化带破坏，所以形成了复合井壁。
- 冻结井壁施工，应按照低温混凝土施工的要求进行，低温施工措施：
- 冻结法砼温度外壁不能低于15°C，内壁不能低于10°C，夏天高温期间，不高于30°C。
- (1)采用高热或快硬水泥，减少水灰比，掺速凝剂和塑化剂等措施加速凝固，提高早期强度。
- (2)用热水搅拌、对砂、石加热或对搅拌机预热，低温拌合时间为常温拌合时间1.5倍。
- (3)合理选择施工时间，在寒潮到来前，达到设计强度的50%，且不低于5-10MPa。
- (4)对模板预热
- (5)加强养护
- 4、冻结方案
- 井筒冻结方案有一次冻全深、局部冻结、差异冻结和分期冻结等几种。
- 现在的三圈冻结孔，冻结深度不一样深，表土段冻结孔层数厚一些，岩石段冻结孔层数少一些。
- 差异冻结：一圈孔，单号深，双号浅，上部表土段，冻结孔密，冻结速度快，井筒可以提前施工，下部岩石段在上部掘进过程中仍然继续积极冻结，等快到位了就冻结好了。
- 5、冻结法三大循环
- 氨循环、盐水循环、冷水水循环。
- 冻结站：室外布置冷却塔，用来给氨降温，室内安装氨压缩机和盐水箱。
- 盐水循环：盐水池中装有像暖气管一样的冷却管，管内盛的是液态氨，液态氨蒸发吸收热量，把盐水温度降到-35°C，靠盐水泵抽出来，沿内管下去，外管上来，回来提高3-5°C，在回到盐水箱。
- 氨循环：氨在常温下呈现为气态，用氨气压缩机把氨压缩成0.8-1.2MPa的压力，氨温度为升高的80-120°C，高温高压的氨气进入氨油分离器，氨在压缩过程中带有一些压缩机的机油、润滑油，氨油分离器和空压机风包是一个道理，油存在罐子里面，氨压力不变，进入室外的冷却塔，在管子里面，用冷水降温，经冷却，把氨冷却到氨会降到25-35°C，压力不变，多余的存放到氨储存罐中，正常工作的氨进入盐水箱类似暖气片中，液态的氨气化，氨的蒸发吸收了盐水的热量，气态的氨再进入压缩机。
- 冷却水循环。
- 内壁完全砌筑好以后，才能停止冻结，一般氨水、盐水是要回收的，冻结管一般拔不出来，在里面注满混凝土。
- 6、冻结法各工序施工工期
- 从进入施工准备期开始，打冻结孔，地面同时进行冻结站安装。基本上，一个井筒打30-50个冻结孔，冻结孔钻进100m要一个月，一般要3-5个月。打完冻结孔，在井筒周围挖冻结槽，盖个房子把冻结槽盖住，起到保温的作用，积极冻结期为2-3个月，因此要在开工前2-3个月开始冻结。
- 由于需要大量冷却水，冬天水是冷的，而且冬天室外温度低，给氨降温的效果更好，所以积极冻结期安排在冬天最好，充分利用自然条件达到降温的效果，因此一般3月份开始打冻结孔，打到10月份，安装冻结管1个月，12月、1月、2月冻结，3月1日开始打井筒。
- 因为冻结期压缩机用电量非常大，冷却水用量非常大，现在是施工准备期，永久供水、供电都没有，采用临时的供水、供电，如果两个井筒同时冻结，用电量会更大，翻一番，往往为了错开用电高峰和用水高峰，要使一个井筒先动，另外一个井筒后动，错开积极冻结期，积极冻结期为2-3个月。
- 7、冻结法、井筒开挖，必须具备以下条件：
- （1）水文观测孔内的水位，应有规律上升，并溢出孔口；当地下水位较浅和井筒工作面有积水时，井筒水位应有规律上升。
- （2.）测温孔的温度已符合设计规定。
- （3）地面提升、搅拌系统、材料运输、供热等辅助设施已具备。
- 水文观测孔：井筒内打水文观测孔，不能偏出冻结井筒范围（导通含水层），不能穿过基岩的隔水层。有几层含水层就打几个水文观测孔，（全部是冻结法范围内的含水层），当冻结壁交圈以后，隔绝了内外水联系，且由于冻结壁形成，使原有的体积膨胀，就会想井内挤压，将井内含水层的水沿水文观测孔挤出地面，一般均匀冒水7天，说明冻结壁交圈。
- 测温孔：测量冻结壁外围、冻结壁，冻结圈以内温度，打不同深度的孔，测不同深度温度。
- 冻结法地质检查孔不能打在井筒范围内，因为地质检查孔要打全深，会引出基岩中含水层水，地质检查孔在招标前打，不能打在井筒内，且距井筒中心不超过25m。
- 冻结一般是专业分包，专业队伍来干，冻结法属于分部工程，一般要专业分包的，一般是冻结单位在那冻结，施工单位可以晚一两个月进场，然后进行工广平整，临时设施的砌筑，等积极冻结期结束，两台三盘都准备好，现在才开始动工了。
- 掘进施工方因为设备问题推迟了两个月进场，会产生后果：如果不通知冻结单位，冻结单位会将井筒内都冻实了，费用会增加，一定要业主通知冻结单位，后期尽量把工期赶回来。
- 二、钻井法
- 1、井筒钻进
- 分级钻进：8m直径井筒，一般一次钻不出来，分三次到四次，3m-5m-7m-9m，钻井直接要比井壁外径还要大，一级一级扩刷，每次扩孔面积相当。
- 钻进过程中，井筒没有支护，采用泥浆护壁，泥浆在土层表面形成一层5-10mm厚的泥皮，并且井筒内泥浆之中高于地下水位，泥浆自重很大，达到平衡地压，把地下水压出去，洗井（排矸）是将压气注入三通管中心管，到达混合器，与泥浆混合，这时管内混合泥浆比重小，钻杆内外产生压差，在压力作用下，泥浆携带岩屑进入钻杆，排到井上过滤筛，净化后流入泥浆池，再由泥浆槽流入井内。
- 泥浆起到护壁、平衡地压、洗井（排矸）、冷却钻头、润滑的作用。
- 人工配置的化学泥浆，有毒的，不允许排放，用完后要液固分离，要求泥浆有较好的稳定性，不易沉淀；泥浆的失水量要比较小，能够形成薄而坚韧的泥皮， 为了防止偏帮，泥浆面不得低于锁口以下lm。泥浆的黏度在满足排渣要求的条件下，要具有较好的流动性和便于净化，泥浆沿井筒自上向下流动，洗井后沿钻杆上升到地面，这种洗井方式叫作反循环洗井。
- 钻井法按照施工规范要求，地质检查孔不得布置在井筒内，会诱发地下水突出，且距井筒中心不超过25m，钻井深度进入稳定岩层5m以上。
- 2、下沉井壁
- 井筒在钻井的同时，地面在预制井壁，5m左右一节，一天预制一节。井筒钻好后，井筒内还是全部充满了泥浆，将带有锅底的第一节井壁放到泥浆中，往井壁内注水，用水和井壁自重克服泥浆的浮力，井壁下沉，地面接长预制井壁，用焊接法接长，一边下沉，一边观测纠偏。下沉到位，进行纠偏后，井壁和土层间还有泥浆，下混凝土管，泥浆下浇筑混凝土，进行壁后充填固井。井壁固结后，先试排水，排出1m深的水，第二天观测水位变化情况，如果水位上来了，说明井壁与外围水有联系，得想办法堵水。如果不上来了，就可以进行排水，排水以后，壁后进行注浆，最终把井壁和土层保护好以后，地面再立井架，井内安装“三台两盘”，把锅底解开，进行基岩段施工。
- 地面制好的井壁要逐节进行检查。
- 沉井挤出地面的泥浆要及时疏走，下沉井壁一个月500m，严禁采取抽出泥浆来下沉井壁，易造成地下压力水把井壁压坏。
- 3、减压钻进
- 钻头、钻杆重量不全压在土层中，如果全压在土层中，哪个地方土软，就钻到哪个地方去了。为了保证井筒的垂直度，一般都采用减压钻进，即将钻头本身在泥浆中重量的30%-60%压向工作面。
- 4、钻井法使用范围
- 除了钻井钻偏，钻井法的钻孔直径与钻井直径间隙200-300mm，沉井过程中也可能沉偏，所以钻井法一般用在钻井，个别用在主井，副井不能用，冻结法更能保证井筒的垂直度，副井上下人员，对垂直度要求最高，到现在还没用将钻井法用到副井。
- 最常用的特殊凿井法是冻结法和钻井法。
- 三、沉井法
- 属于超前支护，在不含卵石、漂石，底部有隔水黏土层，总厚度在100m左右的不稳定表土层中，选用沉井法是适宜的。
- 沉井法：先安装刃角，刃角下先放垫木，当井壁砌筑到一定高度后，将垫木撤除，随井壁下沉不断加高井壁，井壁下沉到稳定岩石1m左右即可。
- 若涌水量较大，表土层及流砂层较厚，在井壁自重和外加荷载压力下，如果有流沙、淤泥、地下水时，会涌到井筒里面来，为了避免这种情况，井筒里面充满水，用水的比重将淤泥或地下水压回去，这种方法叫淹水沉井，淹水沉井考靠水枪挖井。
- 若涌水量小于30m3/h，流砂层较薄（lm左右)，土层稳定，深度较浅（<30m)，可考虑用排水沉井的方法施工，井壁慢慢下沉，与此同时，不断挖出泥沙。
- 目前在矿山立井井筒施工中普遍以采用淹水沉井施工技术为主。
- 沉井到位后，地面再立井架，井内安装“三台两盘”，进行基岩段施工。
- 四、帷幕法
- 穿越流沙层时，在井筒外围浇筑一圈砼墙，将井内外隔开，在砼墙内进行普通法凿井，步骤：先在井口浇筑一段内护井、外护井（就是导墙），采用泥浆护壁，在两墙之间打钻孔—主孔，更换剔槽钻，将孔间凿通，放入拉拔管，每隔一定距离放入输送管，将砼浇入，随浇筑不断上提注浆管、拉拔管。是超前支护的一种井巷特殊施工方法。
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