冻结法凿井施工手册

主编陈文豹

副主编李功洲王宗金陈章庆丁易杜庆军

张云利程志彬史贵生曾凡伟逯心杰

辛德林刘庆礼邓楠张家勋楼根达

魏国强赵根全刘阳军高春勇陈新明

编写江新春张步俊张庆武高伟翟延忠

陈道翀王峰郭垒王毅冯连岱

王家春李振民李新政张英贾成刚

李现春杨云祥张岩陈镭何伟

吕高乐

 

主编单位中煤特殊凿井有限责任公司

煤炭科学研究总院建井研究分院

中煤第五建设有限公司第三工程处

大地工程开发（集团）有限公司

唐山开滦建设（集团）有限责任公司

河南国控建设集团有限公司（原河南煤炭建设

集团有限责任公司）

兖矿新陆建设发展有限公司

河南国龙矿业建设有限公司

中煤科工集团武汉设计研究院有限公司

中赟国际工程股份有限公司（原煤炭工业郑州

设计研究院）

淄博翔宇勘探工程有限责任公司

内蒙古伊泰广联煤化有限责任公司

河南浩迪工程咨询有限公司

主办单位中煤老科协煤炭开发工程技术咨询专家委员会

承办单位北京煤科联应用技术研究所

目录

1冻结法凿井技术简况

11冻结法凿井的实质、适用条件、应用范围

12冻结法凿井在国外的创立与发展简况

13冻结法凿井在中国的应用与发展

14国内外冻结法凿井技术浅析

2冻结法凿井相关的基本理论

21地压

22冻结压力

23冻土物理力学性能

24冻结壁形成的基本特性

25冻结壁形成特性的分析方法

26冻结壁解冻特性

3冻结段井壁结构与筑壁材料

31井壁结构的基本型式及应用效果

32高强高性能混凝土的试验应用对冻结段井壁结构设计和施工的影响

4立井冻结设计

41冻结设计资料

42冻结设计的指导思想及主要内容

43冻结深度

44冻结壁设计计算体系

45冻结孔布置与冻结工艺

46制冷与调控设计

47冻结设计优化

48检测孔设计

49冻结法凿井主要节点工期分析

410冻结方案设计主要技术指标

411含水基岩冻结凿井研究与应用

5打钻设备、材料及钻孔施工技术

51打钻设备机具

52钻孔施工

53冻结管及检测孔（管）安装与验收

54特殊地层冻结钻孔施工工程案例

6制冷冻结设备材料及安装运转

61制冷冻结设备

62制冷冻结材料

63冻结站安装

64冻结站供配电

65冻结站的运转与维护

66冻结站拆除和冻结孔充填

67液氮冻结技术与应用

7立井冻结段掘进与支护

71冻结段掘进与支护施工组织设计编写大纲

72冻结段开挖前的准备工作

73冻结段开挖条件与开挖时间

74冻结段外层井壁掘砌

75内层井壁套壁

76冻结段塑料夹层井壁壁间注浆

77高强高性能混凝土在井壁工程中的应用

78我国深厚冲积层冻结段掘进与支护的技术特点

8立井冻结法凿井工程检测与应用

81冻结法凿井工程检测的主要内容、部位、目的

82冻结器及盐水干管的温度、流量检测与调控

83水位孔水位的检测与应用

84冻结壁温度场检测与分析

85冻结壁径向位移检测

86井壁温度及壁后冻土融化回冻特性检测

87冻结压力检测

9冻结法凿井工程问题分析与处理

91水位孔未按预测时间冒水的原因与应对措施

92冻结管断裂问题分析及防治措施

93冻结段掘砌过程透水事故的原因及防治措施

94外层井壁压坏、开裂等问题分析及防治措施

95内层井壁施工存在的主要问题及防治措施

10斜井冻结设计与施工

101斜井冻结施工组织设计大纲

102斜井冻结井检孔

103斜井冻结段井壁结构设计

104斜井冻结方案设计

105斜井冻结系统设计、施工与运转

106斜井冻结段掘进与支护

107斜井冻结检测技术及应用

108斜井冻结凿井工程遇到的问题与防治措施

109斜井冻结工程案例

11冻结法凿井工程技术管理

111施工组织设计及主要技术措施的监督与管理

112钻孔施工与冻结管安装工程技术管理

113冻结站安装与运转工程技术管理

114冻结段掘砌工程技术管理

 

参考文献

前言

冻结法是在复杂地质、水文地质条件的地层中普遍采用的一种施工方法，广泛应用于矿山井巷工程中的立井、斜井、马头门等施工，目前也被广泛用于施工地铁、地下（包括海底）隧道、桥涵、港口、大容积地下硐室以及深基础工程。1986年由煤炭部组织编写的《建井工程手册》第十六篇（冻结法施工）对指导冻结法施工起到了积极作用，受到广大读者的欢迎。

20世纪90年代初，我国立井穿过的冲积层厚度和冻结深度分别达到3745m和435m，并取得近400m冲积层冻结段的冻结管无断裂、外层井壁无压坏和内层井壁无漏水的优异成果，使我国深厚冲积层冻结法凿井综合技术指标跃居国际先进水平。

进入21世纪后，我国冻结法凿井的冲积层厚度相继突破400m、500m，近年来又超过700m，至2016年共计施工超过500m冲积层的冻结井筒数达到32个，冻结深度达894m（以冻结冲积层为主）和950m（以冻结含水基岩为主），井筒均安全通过冻结段；十几年来，我国施工了600多个冻结井筒，冻结法凿井的新理论、新技术、新工艺、新设备、新材料快速发展，特别是多圈孔冻结工艺、钢筋混凝土塑料夹层井壁结构、四位一体的冻结壁设计计算体系、高强高性能混凝土等在我国的创立及应用，为冻结段安全快速施工创造了有利条件，使我国冻结法凿井综合技术指标跃居国际领先水平。编写新的冻结法凿井施工手册，对冻结法凿井的技术、施工方法和应用成果进行系统总结，能够更好地满足冻结法凿井工程的需要，对我国冻结法凿井技术的发展也是非常有益的。

为了编写好《冻结法凿井施工手册》（以下简称《手册》），中煤老科协专家委员会组织并成立了由全国科研、设计、施工、监理等单位的有关专家、技术人员组成的《手册》编审委员会，陈明和同志任编审委员会主任，编审委员会召开多次会议，研究并制定了《手册》的编写提纲、内容、原则及各参编单位的分工，责成陈文豹同志担任主编并会同有关单位编写组人员完成《手册》的编写等工作。《手册》共计11章，各章主要内容如下：

第1章冻结法凿井技术简况，总结国内外冻结法凿井技术的发展状况和各阶段的工程特点，对比分析我国与国外的主要技术特点及水平，展现我国冻结法凿井综合技术指标和水平。

第2章冻结法凿井相关的基本理论，介绍冻结法凿井相关的地压、冻结压力、冻土物理力学性能，以及冻结壁形成特性的分析方法、冻结壁形成的基本特性和冻结壁解冻特性；系统总结单圈孔及多圈孔冻结壁形成特性等方面的分析方法、研究成果和工程应用。

第3章冻结段井壁结构与筑壁材料，简介冻结法凿井井壁结构的基本形式及其应用效果，分析立井冻结段井壁的相关问题，以及高强高性能混凝土在我国冻结段井壁结构的应用；在深厚冲积层中冻结段采用钢筋混凝土塑料夹层井壁结构，内外层井壁推广应用高强高性能混凝土和低温早强高强混凝土，并已取得明显效果。

第4章立井冻结设计，系统总结我国冻结设计的指导思想及主要内容，冻结壁厚度、掘砌段高、冻结壁平均温度和冻结设计参数优选四位一体的冻结壁设计计算体系，多圈孔冻结与冻结工艺的优化组合、制冷冻结与调控、含水基岩冻结凿井研究与应用。

第5章打钻设备、材料及钻孔施工技术，重点介绍我国冻结孔打钻装备与施工技术、冻结器安装，以及特殊地层冻结孔施工经验。

第6章制冷冻结设备材料及安装运转，重点介绍我国制冷设备及材料、冻结站安装、冻结站供配电、冻结站运转与维护、冻结站拆除及冻结孔充填，以及液氮冻结技术应用等。

第7章立井冻结段掘进与支护，着重介绍我国冻结段井壁掘砌施工工艺及主要施工方法、机械化装备水平、冻结段安全快速施工措施和掘砌技术特点。

第8章立井冻结法凿井工程检测与应用，着重介绍冻结法凿井工程主要检测内容、目的、手段、措施、应用效果及注意问题。

第9章冻结法凿井工程问题分析与处理，着重对水位孔未及时冒水、冻结管断裂、外层井壁压坏、冻结壁透水、井壁透水和收缩开裂等问题的原因及防治进行分析，提出防止类似问题发生和处理的措施。

第10章斜井冻结设计与施工，系统总结斜井冻结段井壁结构设计、冻结设计、冻结段掘进与支护、检测技术、冻结工程遇到的问题与防治措施，并通过斜井冻结工程案例分析，为解决斜井冻结工程中的突出问题提供例证。

第11章冻结法凿井工程技术管理，根据我国60年来的冻结凿井经验和相关技术规范，重点阐述施工组织设计及主要技术措施的监督与管理、钻孔施工与冻结管安装的工程技术管理、冻结站安装与运转工程技术管理、冻结段掘砌工程技术管理。

编审委员会根据国家有关政策、法规和工程实践经验，本着科学性、先进性和适用性的原则组织编写《手册》，在内容上，以我国冻结法凿井60年科研、设计、施工、管理经验为主，选用新技术、新工艺、新设备、新材料，并选入部分国外深冻结井有关资料和先进经验做到“洋为中用”；在表达形式上，以图表为主，必要的说明为辅，力求简明，查阅方便；在技术措施上，力求安全可靠，对未经实践检验的公式、方法一般不予采用。《手册》主要供现场组织与指挥施工的工程技术人员和管理干部查阅，也可供有关专业设计、科研人员和院校师生参考。

由于我们水平有限，错误和不足之处在所难免，恳请读者批评指正。

 

《冻结法凿井施工手册》编审委员会