2000m超深土层中冻结—帷幕凿井法井壁温度及受力与变形规律研究

发布时间：2020-05-15 02:40

【摘要】：为开发超深厚土层下的固体矿物资源,本文以2000m深厚表土层建井为工程背景,基于传统特殊凿井法的可行性分析,提出冻结-帷幕联合凿井法,并采用理论解析、数值计算相结合的方法,开展井壁温度及受力与变形规律研究。首先,基于工程背景条件,对冻结法、钻井法以及混凝土帷幕法等特殊凿井法分别进行了可行性分析,以“冻结壁平均温度、井壁可漂浮厚度、混凝土强度等级、井壁厚度”为控制标准,结合国内外相关技术发展趋势,提出了冻结-帷幕凿井法,并给出了其主要施工流程。其次,建立了考虑冻结及水泥水化作用的井壁温度场与温度应力场数值计算模型,获得了井壁温度与冻结天数的关系,以及井壁温度应力与冻结天数、浇筑温度、缓凝时间、井壁厚度的关系,同时也提出了预防温度裂缝的措施。研究证实,采用冻结-帷幕凿井法,井壁一般不会产生温度裂缝。再次,根据凿井新工艺,建立了多层筒线弹性模型以及弹塑性模型,推导了井壁和冻结壁的受力与变形解析解,分析了不同屈服准则条件下塑性区的发展规律。在其他参数一定的情况下,井壁与岩土体为线弹性模型时,井壁受力与变形影响的主要因素为井壁厚度,受井壁外侧土体及冻结壁性质影响很小,即冻结壁主要功能为封水,基于此,可将弹性井壁-围岩相互作用模型简化为井壁单层筒受外载作用模型,可将井壁-冻结壁-围岩相互作用三层筒模型简化为井壁-冻结壁双层筒受外载作用模型,可将井壁-未冻土-冻结壁-围岩相互作用四层筒模型,简化为井壁-未冻土-冻结壁三层筒受外载作用。在井壁与岩土体均为弹塑性模型时,塑性区从井壁内缘开始发展,并逐渐向井壁外缘发展,在井壁未进入全塑性状态下,外侧冻土和未冻土体均处于弹性状态。在井壁进入全塑性状态,外侧土体仍可能处于弹性状态,在混凝土井壁强度低于一定值时,外侧冻土和未冻土才会进入塑性状态。最后,建立了开挖过程中土层、冻结壁和井壁的受力与变形数值计算模型,对比分析不同工艺下井壁的受力与变形规律,并与理论解析结果进行对比,结果表明理论解析、数值计算结果较为吻合。本文研究成果对开发2000m超深土层中凿井技术有重要的参考价值。
【图文】：

人工岛,南风井,圆形基坑,井筒

表 2-7 列出了国内外部分圆形基坑工程实例和地下连续墙的基本参数。表 2-6 我国采用混凝土帷幕法建造的部分井筒Table 2-6 Some shafts constructed by concrete curtain method in China井筒名称井筒净直径 /m 槽孔段数帷幕深度 /m 帷幕厚度 /mm 钻机类岗兴安矿南风井 5.5 4 29.0 950 冲击黄县北皂矿风井 4.5 2 56.0 550 冲击回黄县桑圆矿风井 3.0 0 29.0 700 冲击岗竣德矿北风井 4.5 3 57.0 950 冲击法晓青矿南风井 5.0 3 41.3 770 冲击表 2-7 国内外部分圆形基坑工程实例Table 2-7 Some examples of circular foundation pit engineering at home and abroad工程名称墙深 /m 壁厚 /m 内径 /m 外径 /m海世博 500kV 变电站 57.5 1.2 — 130川崎人工岛 140 2.8 — 103.6港港岛国际金融大厦 78 1.5 — 64.5石海峡大桥锚碇基础 75.5 2.2 85 —东京丰州变电所 70 2.4 72 —

500kV变电站,南风井,圆形基坑,井筒

【参考文献】