2000m超深土層中凍結(jié)—帷幕鑿井法井壁溫度及受力與變形規(guī)律研究

發(fā)布時間：2020-05-15 02:40

【摘要】：為開發(fā)超深厚土層下的固體礦物資源,本文以2000m深厚表土層建井為工程背景,基于傳統(tǒng)特殊鑿井法的可行性分析,提出凍結(jié)-帷幕聯(lián)合鑿井法,并采用理論解析、數(shù)值計算相結(jié)合的方法,開展井壁溫度及受力與變形規(guī)律研究。首先,基于工程背景條件,對凍結(jié)法、鉆井法以及混凝土帷幕法等特殊鑿井法分別進行了可行性分析,以“凍結(jié)壁平均溫度、井壁可漂浮厚度、混凝土強度等級、井壁厚度”為控制標準,結(jié)合國內(nèi)外相關(guān)技術(shù)發(fā)展趨勢,提出了凍結(jié)-帷幕鑿井法,并給出了其主要施工流程。其次,建立了考慮凍結(jié)及水泥水化作用的井壁溫度場與溫度應(yīng)力場數(shù)值計算模型,獲得了井壁溫度與凍結(jié)天數(shù)的關(guān)系,以及井壁溫度應(yīng)力與凍結(jié)天數(shù)、澆筑溫度、緩凝時間、井壁厚度的關(guān)系,同時也提出了預(yù)防溫度裂縫的措施。研究證實,采用凍結(jié)-帷幕鑿井法,井壁一般不會產(chǎn)生溫度裂縫。再次,根據(jù)鑿井新工藝,建立了多層筒線彈性模型以及彈塑性模型,推導(dǎo)了井壁和凍結(jié)壁的受力與變形解析解,分析了不同屈服準則條件下塑性區(qū)的發(fā)展規(guī)律。在其他參數(shù)一定的情況下,井壁與巖土體為線彈性模型時,井壁受力與變形影響的主要因素為井壁厚度,受井壁外側(cè)土體及凍結(jié)壁性質(zhì)影響很小,即凍結(jié)壁主要功能為封水,基于此,可將彈性井壁-圍巖相互作用模型簡化為井壁單層筒受外載作用模型,可將井壁-凍結(jié)壁-圍巖相互作用三層筒模型簡化為井壁-凍結(jié)壁雙層筒受外載作用模型,可將井壁-未凍土-凍結(jié)壁-圍巖相互作用四層筒模型,簡化為井壁-未凍土-凍結(jié)壁三層筒受外載作用。在井壁與巖土體均為彈塑性模型時,塑性區(qū)從井壁內(nèi)緣開始發(fā)展,并逐漸向井壁外緣發(fā)展,在井壁未進入全塑性狀態(tài)下,外側(cè)凍土和未凍土體均處于彈性狀態(tài)。在井壁進入全塑性狀態(tài),外側(cè)土體仍可能處于彈性狀態(tài),在混凝土井壁強度低于一定值時,外側(cè)凍土和未凍土才會進入塑性狀態(tài)。最后,建立了開挖過程中土層、凍結(jié)壁和井壁的受力與變形數(shù)值計算模型,對比分析不同工藝下井壁的受力與變形規(guī)律,并與理論解析結(jié)果進行對比,結(jié)果表明理論解析、數(shù)值計算結(jié)果較為吻合。本文研究成果對開發(fā)2000m超深土層中鑿井技術(shù)有重要的參考價值。
【圖文】：

人工島,南風井,圓形基坑,井筒

表 2-7 列出了國內(nèi)外部分圓形基坑工程實例和地下連續(xù)墻的基本參數(shù)。表 2-6 我國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井筒名稱井筒凈直徑 /m 槽孔段數(shù) 帷幕深度 /m 帷幕厚度 /mm 鉆機類崗興安礦南風井 5.5 4 29.0 950 沖擊黃縣北皂礦風井 4.5 2 56.0 550 沖擊回黃縣桑圓礦風井 3.0 0 29.0 700 沖擊崗竣德礦北風井 4.5 3 57.0 950 沖擊法曉青礦南風井 5.0 3 41.3 770 沖擊表 2-7 國內(nèi)外部分圓形基坑工程實例Table 2-7 Some examples of circular foundation pit engineering at home and abroad工程名稱墻深 /m 壁厚 /m 內(nèi)徑 /m 外徑 /m海世博 500kV 變電站 57.5 1.2 — 130川崎人工島 140 2.8 — 103.6港港島國際金融大廈 78 1.5 — 64.5石海峽大橋錨碇基礎(chǔ) 75.5 2.2 85 —東京豐州變電所 70 2.4 72 —

500kV變電站,南風井,圓形基坑,井筒