凍結(jié)管腐蝕井壁附加力影響數(shù)值分析

根據(jù)現(xiàn)場實(shí)測結(jié)果,對內(nèi)蒙古東勝地區(qū)凍結(jié)法鑿井混凝土井壁水化熱對凍結(jié)壁的影響規(guī)律進(jìn)行分析和探討。內(nèi)壁澆筑水化熱對凍結(jié)壁的影響不可忽略,其影響使得井幫處正溫持續(xù)時間較長,及侏羅系地層受其影響的凍結(jié)壁融化深度比白堊系地層要大200mm左右等結(jié)論。對內(nèi)蒙古地區(qū)凍結(jié)工法設(shè)計(jì)與施工具有重要意義。

針對西部地區(qū)深基巖凍結(jié)井筒外層井壁結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)方案,本次模型試驗(yàn)基于相似理論對我國西部地區(qū)某礦井凍結(jié)井筒外層井壁的力學(xué)特性進(jìn)行研究,得到外層井壁的應(yīng)變、應(yīng)力、徑向位移與水平荷載之間的關(guān)系曲線,并對其受力機(jī)理進(jìn)行探討。

冷泉副井表土凍結(jié)段為內(nèi)層井壁采用了裂密實(shí)混凝土新技術(shù),應(yīng)用液壓滑模施工的工藝,提高了混凝土強(qiáng)度的抗?jié)B性能,封水效果良好。取消了內(nèi)外壁間的塑料夾層,簡化了施工工序,降低了成本。文中并總結(jié)了有益的施工經(jīng)驗(yàn)。

凍結(jié)井井壁施工機(jī)械化作業(yè)線

山西沁水煤田潞安礦區(qū)長治南寨煤礦凍結(jié)井筒施工時,井壁出現(xiàn)多次局部鼓裂情況,被迫停止開挖,進(jìn)行處理,造成礦井建設(shè)速度緩慢。

為保障深厚表土層中凍結(jié)法鑿井的凍結(jié)壁和豎井井壁(簡稱兩壁)在施工和生產(chǎn)中的安全和可靠性,基于深厚表土層中井壁破裂災(zāi)害的機(jī)理,探討兩壁的力學(xué)模型和方程,用解析分析的方法,對井壁三維應(yīng)力σ_z,σ_t,σ_r的求值及其在強(qiáng)度理論中的位置進(jìn)行研究。結(jié)果表明,表土段井壁要承受自重和豎直附加力,這是深厚表土段井壁發(fā)生破裂災(zāi)害的主要原因,也是與巖石段井壁受力的根本區(qū)別,因而在深厚表土段"兩壁"需按三維空間進(jìn)行設(shè)計(jì);必須把豎向應(yīng)力σ_z和環(huán)向應(yīng)力σ_t分別作為控制因素進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算和核算。為減小豎直附加力,在井深大于200m時,井壁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)宜采用井壁豎向可縮裝置。

我國華東地區(qū)深厚表土層中的立井井壁破裂現(xiàn)象比較普遍。研究表明:開采影響和人為疏水誘發(fā)的豎向附加應(yīng)力是導(dǎo)致井壁破裂的關(guān)鍵原因。因此,合理確定地下水位降低誘發(fā)附加應(yīng)力的大小對于分析預(yù)測和評價井壁的安全狀態(tài)有重要意義。文章以某深厚表土層井壁為例,采用flac3d數(shù)值模擬軟件分析模擬了水位下降過程中的井壁附加力的變化規(guī)律,得出水位下降引起的附加應(yīng)力是井壁破裂的主要原因;得到了水位下降與井壁附加力的定量關(guān)系以及水位下降與剪應(yīng)變增量的關(guān)系,并運(yùn)用第四強(qiáng)度理論對于井壁產(chǎn)生塑性變形的局部點(diǎn)進(jìn)行了強(qiáng)度校核,從而為井壁破壞機(jī)理和加固防治提供了科學(xué)的依據(jù)。

論文從深凍結(jié)井筒外層井壁采用弧形大板塊井壁結(jié)構(gòu)的工況出發(fā),考慮了井壁各段接頭剛度kθ以及凍土壁被動抗力pr對井壁結(jié)構(gòu)內(nèi)力的影響,討論了兩種因素影響下井壁內(nèi)力的變化規(guī)律。分析結(jié)果表明:較柔性的接頭和合理的凍土壁被動抗力pr對降低井壁中彎矩的最大值、使各截面間的彎矩趨于均勻是有效的。因此,在此類井壁設(shè)計(jì)中考慮這兩方面的影響可使井壁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)更經(jīng)濟(jì)合理。

大同煤礦集團(tuán)梵王寺煤礦回風(fēng)立井井筒采用全井深凍結(jié)法施工,內(nèi)壁為雙層高標(biāo)號鋼筋混凝土支護(hù),采用循環(huán)模板法施工,由于施工方案選擇合理,實(shí)現(xiàn)了內(nèi)壁澆筑安全、快速施工。

門克慶礦井一號回風(fēng)井基巖段采用中國礦業(yè)大學(xué)設(shè)計(jì)的單層井壁防止水專利產(chǎn)品,施工中嚴(yán)格按照專利產(chǎn)品要求,經(jīng)過精心組織,合理安排,成功完成單層凍結(jié)井壁的施工,為單層凍結(jié)井壁的施工、止水提供了豐富經(jīng)驗(yàn)。

門克慶礦井一號回風(fēng)井基巖段采用中國礦業(yè)大學(xué)設(shè)計(jì)的單層井壁防止水專利產(chǎn)品,施工中嚴(yán)格按照專利產(chǎn)品要求,經(jīng)過精心組織,合理安排,成功完成單層凍結(jié)井壁的施工,為單層凍結(jié)井壁的施工、止水提供了豐富經(jīng)驗(yàn)。

近年許多凍結(jié)井筒在施工期間發(fā)生了外層井壁破壞，不僅影響了井筒的正常施工，而且造成了很大的經(jīng)濟(jì)損失。對凍結(jié)井筒施工期間外層井壁的破壞特征及原因進(jìn)行了分析，并提出了外層井壁破壞的防治措施。

加筋土等效附加力計(jì)算法——借鑒前人的研究思路，提出加筋土等效附加力計(jì)算方法，將筋材作用等效為筋土界面土體單元的節(jié)點(diǎn)力，并結(jié)合實(shí)例進(jìn)行驗(yàn)證。

通過實(shí)驗(yàn)和有限元計(jì)算,對在均勻荷載作用下新型凍結(jié)井高強(qiáng)鋼筋混凝土弧形板井壁的變形特性、混凝土和鋼筋應(yīng)力的分布規(guī)律、極限承載力及其壓碎區(qū)的位置進(jìn)行了分析。研究結(jié)果表明,弧形構(gòu)件的徑向變形較小,可通過選擇合適的可縮接頭材料使該井壁結(jié)構(gòu)起到“先柔后剛”的作用;弧形構(gòu)件的內(nèi)排鋼筋總是比外排鋼筋先屈服,并且鋼筋發(fā)生屈服時對應(yīng)荷載值一般為該構(gòu)件極限承載力的60%左右;構(gòu)件的極限承載力隨混凝土單軸抗壓強(qiáng)度的增大而增大,混凝土的強(qiáng)度等級提高10mpa,其極限承載力提高1.26mpa;弧形構(gòu)件的壓碎區(qū)位于其端部附近,因此,在設(shè)計(jì)該種井壁結(jié)構(gòu)時弧形構(gòu)件的兩端應(yīng)該加強(qiáng),可在弧形構(gòu)件的兩端采用鋼纖維混凝土以提高整體結(jié)構(gòu)的承載能力。

為了掌握地鐵聯(lián)絡(luò)通道凍結(jié)施工過程中,凍土帷幕不同位置發(fā)生滲漏時,滲流場和位移場的變化規(guī)律,以南京地鐵二號線莫愁湖站～漢中門站區(qū)間聯(lián)絡(luò)通道及泵房水平凍結(jié)法施工為研究背景,采用有限元數(shù)值方法,對凍土帷幕中滲漏分別發(fā)生在拱頂、拱角、底角處的三種情況進(jìn)行模擬,研究了滲流對凍土結(jié)構(gòu)的影響,即滲流場、垂直位移場、水平位移場及地表變形分析,得出對滲漏點(diǎn)進(jìn)行加固的最低期限,避免由此產(chǎn)生的工程事故,為聯(lián)絡(luò)通道凍結(jié)法施工提供理論依據(jù)。

在雷諾數(shù)為25000,旋轉(zhuǎn)數(shù)為0~0.24,溫度比為0~0.22的范圍內(nèi),數(shù)值模擬了旋轉(zhuǎn)光滑徑向出流通道的內(nèi)流動與換熱分布,分析了哥氏力與離心浮升力對旋轉(zhuǎn)管流的耦合作用機(jī)理.計(jì)算結(jié)果表明,切向哥氏力推動了通道截面內(nèi)的雙渦二次流,徑向哥氏力則使得近側(cè)壁流體加速和中心流體減速.離心浮升力對流動與換熱的作用效果與哥氏力場的分布密切相關(guān).換熱計(jì)算結(jié)果從定性趨勢上吻合公開文獻(xiàn)中的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象,反映了旋轉(zhuǎn)附加力的基本影響規(guī)律.

一、水井的發(fā)展概況 世界各國在水井工程設(shè)計(jì)和施工方面有著不同的工藝和特色，在鉆進(jìn)方法井 管材料選擇水井殺菌消毒管理規(guī)范化方面有著嚴(yán)格要求和規(guī)范。在四十年代開始 嘗試采用塑料井管，七十年代初期，發(fā)現(xiàn)，重量輕的塑料管，能為輕型鉆機(jī)和有 少數(shù)鉆工組成的機(jī)組所操控和掌握，早年建造的水井在長期使用中也表明，塑料 井管不受土壤和地下水的化學(xué)影響不適于鐵細(xì)菌生長，壽命長，僅需少量維護(hù)和 保養(yǎng)，并且在必要時可對水井進(jìn)行化學(xué)處理而不損傷井管，在力學(xué)性能上，仍能 承受通常地層壓力達(dá)300米效果仍然很好。到目前，國外水井工業(yè)中，井管和濾 水管約有70%都為塑料管有30%左右為鋼管和鑄鐵管，水泥類管道由于成井質(zhì)量 等原因已被淘汰。 我國水井工程的井管材料一般為鋼管、鑄鐵管和水泥管，城鎮(zhèn)供水主要以鑄 鐵管和鋼管為主，通過對當(dāng)前水井調(diào)查研究，施工水井的成井結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、盡管和 濾水管的選

大海則煤礦主井、1號副井、2號副井和回風(fēng)井4個井筒主要穿過白堊系和侏羅系含水軟巖地層,均采用凍結(jié)法施工,井壁結(jié)構(gòu)均為雙層鋼筋混凝土.井筒施工中,選擇4種典型地層,埋設(shè)傳感器,對井壁受力進(jìn)行實(shí)測研究.結(jié)果表明:該礦凍結(jié)井筒外層井壁受力狀態(tài)是隨施工的進(jìn)行而不斷變化的,與一般凍結(jié)井筒類似;雙層井壁間注漿會對2層井壁應(yīng)力分布產(chǎn)生巨大影響;通過壁間注漿,可以改善外層井壁受力狀態(tài),提高井壁整體承載能力.

查干淖爾一號井副立井施工至白堊系地層風(fēng)化基巖時,井筒外層井壁開裂、露筋、脫皮等現(xiàn)象嚴(yán)重,破壞程度較大。簡要分析了副立井的地質(zhì)條件,通過分析該井筒破裂的原因,有針對性地采取了提高混凝土早期強(qiáng)度、鋪設(shè)聚苯乙烯泡沫板等措施,使井筒施工安全穿過了具膨脹性的不穩(wěn)定地層。

潘一礦同一廣場的兩個回風(fēng)井都采用凍結(jié)法施工，前后相隔１４ａ。第１個井筒發(fā)生過淹井事故，二次凍結(jié)恢復(fù)；第２個井吸取教訓(xùn)后順利通過了凍結(jié)段。通過對兩井對比分析，總結(jié)出井壁設(shè)計(jì)、施工中的主要經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)。

山西沁水煤田潞安礦區(qū)長治南寨煤礦凍結(jié)井筒施工時,井壁出現(xiàn)多次局部鼓裂情況,被迫停止開挖,進(jìn)行處理,造成礦井建設(shè)速度緩慢。

采用凍結(jié)法施工的井筒凍結(jié)圈解凍以后,井筒井壁或多或少會出現(xiàn)漏水現(xiàn)象,由于井筒外圍存在著較大含水層,對井筒的安全帶來較大隱患,必須對井壁進(jìn)行注漿堵水。本文重點(diǎn)介紹了凍結(jié)井壁注漿堵水的成功經(jīng)驗(yàn)。