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输水隧洞竖井垂直冻结施工管理
摘 要：引洮供水7＃隧洞竖井穿越含水松散粉细沙层,选用垂直冻结孔冻结地层,矿山法暗开挖施工.根据现场对竖井垂直冻结施工过程中总结的施工管理经验,文章分别从垂直冻结设计管理、垂直冻结孔施工管理等方面进行解析,通过精细化管理,严格控制各工序施工质量,为开挖和构筑施工提供了安全保障.
关键词：含水疏松沙层 冻结设计 垂直钻孔
1.工程概况
引洮供水7＃ 隧洞在桩号5 7＋ 8 4 1 . 5 处施工竖井,竖井深度为2 4 1 . 0 m ,支护衬砌后净直径为6.00m；开挖深度为250.0m,开挖荒径为7.2m,井壁选用0-P10防水钢筋混凝土.
竖井主要穿越地层为松散沙层,该地层富含水,无自稳性,施工困难.先选用垂直冻结施工临时加固地层,然后在冻土帷幕内进行开挖和构筑施工.
在竖井的垂直冻结施工过程中,冻结施工设计是灵魂,垂直冻结孔施工则是冻结施工成功的关键.
2.垂直冻结设计管理
2.1冻结深度设计管理
竖井的开挖深度按照250m考虑,下部增加30m冻结深度（由于井筒下部没有冻实,并且没有确认可靠的隔水层,增加30m冻结深度来延长底部的水的渗流路径）,因此竖井的冻结深度为280m.
2.2冻结壁厚度的确定
竖井冻结壁的确定以开挖深度为250 m作为控制截面,进行应力应变分析.竖井掘进段高取b 等于3.6m ,冻结壁平均温度取Tc 等于-10.0°c,参考7#隧洞出口类似土体冻土试验,取-10℃时的冻土强度：[σ ]等于5.5MPα.根据竖井开挖深度、掘进段高等参数,选用多姆克公式E 等于Rα [0.29（P/σs ）+2.3（P /σs )2]对冻结壁的厚度进行核算,计算得：冻结壁厚度为3m.
2.3冻结孔的布置
（1）冻结圈径
根据冻结孔圈径公式D等于D荒+2×（0.55×E+γ×H）,结合冻土扩展速度、开挖构筑施工速度及相似冻结竖井的施工案例,计算出竖井冻结孔圈径为10.6m.
（2）冻结孔数
竖井冻结孔数通过公式N等于πD/L计算得：竖井冻结孔26个.
（3）开孔间距
根据竖井冻结孔开孔间距公式L 等于 π D/ N计算得：冻结孔开孔间L等于1.28m.
2.4测温孔和水文孔的布置
为了判断冻结壁发展情况,在冻结壁内边界布置1个测温孔,在冻结壁外边界布置1个测温孔,共设2个测温孔,孔深均为250m.根据测斜成果图,选出终孔间距最大的冻结孔位置布置测温孔.
水文孔设计2个,深孔235m,浅孔180ml.其中每个水文孔内不同含水层水位的报道以套管的方式进行.
2.5施工材料的管控
（1）冻结管
规格：φ133×6.0mm,材质：无缝钢管,连接形式：外管箍焊接.测温管和水文管规格、材质和连接形式同冻结管.
（2）供液管
供液管规格：φ75×5mm,材质：聚乙烯塑料管.
（3）盐水循环
冻结孔全部采用正循环.
3.垂直冻结孔施工管理
3.1钻孔施工设备管控
钻机和泥浆泵选型：选用DZJ－10 0 0型钻机,配T BW8 5 0/ 5 0型泥浆泵.
钻杆：以满足陀螺仪测斜和钻孔过程中扭矩传递为标准,钻杆选用Φ89mm.
钻铤：为了让钻杆工作的垂直和稳定,孔底实现加压,防止冻结孔偏斜,采用Φ140mm钻铤.
钻头：根据钻孔直径和钻孔区域地质柱状图,采用Φ140mm三牙轮钻头和复合片钻头.
钻具组合： 动力钻杆（108×108mm）＋钻杆（Φ89mm）＋加重钻铤（Φ 1 4 0 m m ）＋ 钻头（Φ190mm）.
纠偏钻具：设计冻结孔偏斜靶域半径≤0.4m,要求较高,为提高纠偏效率,螺杆钻具采用5LZ146×7型.纠偏钻具组合：动力钻杆（108×108mm）＋钻杆（Φ89mm）＋稳定器＋弯接头＋螺杆钻＋牙轮钻头（Φ190mm）.
测斜：根据冻结工程质量要求,选用JDT－6A型陀螺测斜仪.
3.2钻孔施工管理
（1）移位与找正
为了准确地把钻塔放到冻结孔设计的点位上,通过吊线坠,将钻机转盘中心的“十”字线与设计点位重合.孔位的误差要≤20mm.
在钻机定位后,要通过找正,保证钻孔中心、转盘中心和钻塔天轮中心在同一条垂线上.
（2）开孔与钻进
找正完成后,可进行开孔施工.
刚开孔时,钻具由于上下重量不均匀,容易造成钻孔偏斜；在刚钻孔过程中,钻速要慢,不可加大压力,只有在钻孔深度＞5m后,才可使用钻铤.钻孔深度＞20m后,可慢慢进行正常钻孔,但需加长钻铤,防止冻结孔偏斜.冻结孔施工顺序主要如下：施工准备→钻孔定位找正→钻进→测斜→钻进→成孔→下冻结管→试压→移位.为了保证正常钻孔,应控制好以下几点：
①正确选用钻头
钻头的选择决定着钻进的速度,同时钻头对钻孔的偏斜影响也比较大.在普通表土层钻孔一般选用三牙轮钻头,在砂岩层中一般使用复合片钻头.三牙轮钻头由于牙齿长,钻进快,钻孔不易偏斜；复合片钻头在在砂岩层中钻进效率要比三牙轮钻头高.
②采用合理的钻进参数
在钻孔过程中,要根据不同的地质情况,及时调整钻机的钻速和钻压,以保证钻孔正常进行,以减小偏斜.对卵石地层,要低速高压,同时要采用三牙轮钻头.
③使用性能适宜的泥浆
在钻孔施工过程中,泥浆的配比和循环量影响着钻进速度、钻孔偏斜及冻结管的成功下放.一般通过控制泥浆粘度来护壁,防止塌孔；通过增加泥浆泵循环量来带出钻孔中的岩粉,特别是大颗粒岩屑,以防止卡钻和钻孔偏斜.在钻进过程中,还需要根据地层和泥浆变化及时进行调整.
该竖井钻孔施工泥浆是在膨润土中外加纯碱和聚丙烯铵盐构成.
（3）测斜与纠偏
冻结孔偏斜要求：冻结孔靶域半径≤0.40m.
①钻孔测斜
为了保证钻孔偏斜达到设计要求,每钻20 ~30m,用陀螺仪进行测斜一次.根据测斜数据,进行纠偏.在钻孔钻进达到设计深度后,要每隔20m,进行全孔测斜,根据测斜数据,绘制钻孔偏斜图,以调整相邻孔钻进参数.
②纠偏工作
在测斜过程中,发现钻孔偏斜后,要及时纠偏.在钻孔深度≤100m时,一般根据偏斜量,从一个方向把钻塔垫高一定高度,进行纠偏.在在钻孔深度＞10 0m时,一般采用螺杆钻具进行纠偏.
（4）下管与试压
冻结管下放前,应检查钻孔施工是否达到以下要求：
① 钻孔实际深度要＞设计度2.0m以上,以保证岩粉有足够的沉淀空间.
②成孔提钻后,务必测量所有钻具长度,以复核钻孔深度是否超过设计深度.③增大泥浆循环量,尽可能把孔内岩粉带出,以保证成功下管.
④下管前应调整泥浆浓度和粘度,以防泥浆吸住冻结管.
⑤ 要经过多方对孔深、偏斜、偏向等验收后,方可进行下管.
⑥下管前的配管也很重要,每根管的长度要丈量准确、管要平直、外部没有瑕疵.
压力试验：先在冻结管口焊上焖板,然后在焖板上焊打压管路,打压管路与液压打压泵相连.待焊口冷却至常温后,启运打压泵,压力达1.5MPa,停止打压泵,关闭打管管路上的阀门,记录压力表的初始压力,3 0mi n后再次记录压力表的压力,若无变化为合格；若有变化,再观察30min,与第二次记录相比,若无变化为合格；若有变化,查找泄压原因,在确认非外部原因时,需拔管重新下管.
3.3测温孔、水文孔的施工管理测温孔和水文孔施工与冻结孔施工相似,但在测温管下放过程中不能加水,因此对泥浆的配比要求更高.
根据地下含水层的位置,设置水文花管.水文花管的设置：先在花管上包一层钢丝网,然后再包上棕皮,最外层包50目钢丝网,最后每间隔10cm用14 #铁线把钢丝网绑扎牢固.水文花管的外部包裹厚度要均匀、结实.
水文管下完后,要及时用清水冲孔,以防泥浆堵住花管处钢丝网.
4.结束语
综上所述,在竖井垂直冻结施工过程中,分别从垂直冻结设计管理、垂直冻结孔施工管理等方面进行精细化管理,严格控制各工序施工质量,为开挖和构筑施工提供了安全保障,同时为水利行业今后进行相关冻结施工管理提供参考.
参考文献：
[1]惠本利,王建平.大海则煤矿立井冻结设计比较及建议[J].煤炭工程,2014(09):8-11.
[2]薛毅宏.副立井井筒冻结设计方案及施工技术[J].煤炭工程,2014(03):29-31.
施工管理论文范文结:
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1、施工管理论文
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