多圈管分期冻结施工法温度场现场实测与分析.docVIP

 n 多圈管分期冻结施工法温度场现场实测与 分析# 李栋伟，汪仁和，林斌* 5 10 15 20 25 30 35 40 （安徽理工大学土木建筑学院） 摘要：为减小深井冻结壁在形成过程中产生的内部冻胀应力，采取外圈辅助冻结孔滞后主圈 孔冻结的施工方案，能有效地防止冻结管断裂；应用有限元方法对淮南某煤矿主井冻结井筒 分期冻结过程进行了瞬态温度场数值模拟，和现场实测十分接近。数值模拟的系统分析可为 深井冻结壁的设计与施工提供科学依据。 关键词：分期冻结；冻结温度场；数值模拟 中图分类号：TU 443 Analysis of temperature fileds in asynchronism frozen Construction LI DONG WEI, WANG REN HE, linbin (Department of Civil Engineering of Anhui University of Science and Technology) Abstract: In order to reduce the deep shaft freeze wall internal heave stress which produces in the forming process, adopts the addendum circle assistance freeze hole lag host circle hole freeze the construction plan, can prevent the freeze tube break effectively; The application finite element method the freezing process has carried on the transient state temperature field value simulation by stages to the Huai Nan some coal mine host well freeze well chamber, with scene actual extremely close. The value simulation system analysis may provides the scientific basis for the deep well freeze wall design and the construction. Key words: Asynchronism frozen; Temperature field; Numerical simulation 0 引言 目前在我国的华东、华北地区，浅部煤层已经充分开发，新建矿井将座落在深厚不稳定 表土地层上。比如：淮南新矿区丁集矿表土地层厚530m、板集矿580m、口孜东572m、展沟 矿620m、口孜西矿680m；山东龙固矿568m、郭屯矿冻结深度达702m 是国内目前冻结深度 最深的，万福矿表土层厚度达到760m，等。冻结法是我国煤矿井筒穿越不稳定表土地层的 最主要工法，随着新建井筒穿越表土地层厚度的增加，冻结壁承受的水土压力增加，要求冻 结壁厚度增大。目前我国冻结壁设计厚度最大的为山东龙固矿副井11.5m，采用了3圈冻结管 布置方案。深井多圈冻结管条件下，由于冻结管温度场在环向和径向上的相互作用，使冻结 壁的形成过程十分复杂：冻结壁形成过程伴随着温度场和冻结应力场的相互影响，且随着时 间而变化[1-3]。 在深厚表土中进行冻结法凿井暴露出越来越多的工程问题，例如由于冻结壁内部冻胀力 较大，当井筒开挖时，冻结壁在形成过程中的冻胀应力场释放，使得冻结壁变形过大造成冻 结管的断裂等：据统计，2003年到现在，两淮地区张集北区副井在280m、3l5m相继出现了7 根冻结管断裂；界沟煤矿的两个井筒内排冻结管分别在180m和220m也发生4根冻结管断裂； 涡北煤矿风井内排冻结管分别在210m、280m、350m处相继发生了11根冻结管断裂等。这些 矿井的冻结管断裂虽然没有造成透水淹井等事故，但也造成了较大的经济损失，延误了工期。 产生上述现象的原因主要是由于冻结壁内部较大的冻胀力突然释放使冻结管发生大变形弯 基金项目：高等学校博士学科点专项科研基金项目（200803610004） 作者简介：李栋伟（1978－），男，湖南邵阳人，博士，教授，主要从事特殊土本构理论和岩土工程数值 计算等方面的教学和科研. E-mail: dwli@aust.edu.cn -1- 曲导致断裂[4-5]。  n 45 因此，研究深井多圈管冻结施工工艺以达到减少冻结壁内部冻胀力场的目的；目前国内 大多采用外圈辅助冻结孔滞