【摘要】：我國(guó)西部地區(qū)煤炭資源埋藏較深,雖然上覆的沖積層淺,但基巖含水層多,埋深大,加之基巖軟弱,孔隙含水,可注性差,為凍結(jié)法鑿井技術(shù)應(yīng)用帶來(lái)新的機(jī)遇和新的挑戰(zhàn)。按現(xiàn)有設(shè)計(jì)規(guī)范或工程經(jīng)驗(yàn),西部高水壓基巖段凍結(jié)壁和井壁往往設(shè)計(jì)過(guò)厚,井壁混凝土的標(biāo)號(hào)甚至超過(guò)C75。如此又厚又高強(qiáng)度的井壁卻并未給井筒帶來(lái)應(yīng)有的防水和承載效果,井壁仍需反復(fù)進(jìn)行壁間和壁后注漿,既增加了建井工程造價(jià),又延緩了建井施工進(jìn)度。西部?jī)鼋Y(jié)法鑿井的“兩壁”設(shè)計(jì)越來(lái)越遠(yuǎn)離工程師在大量實(shí)踐中的“經(jīng)驗(yàn)所得”,對(duì)于這種照搬東部表土凍結(jié)的設(shè)計(jì)理論存在諸多質(zhì)疑。針對(duì)西部高水壓基巖的特點(diǎn),以?xún)?nèi)蒙古營(yíng)盤(pán)壕煤礦副井井筒工程為背景,基于現(xiàn)代巖土多場(chǎng)耦合理論和先進(jìn)的數(shù)值計(jì)算工具,開(kāi)展了基于圍巖、高水壓和井壁的相互作用,凍結(jié)井筒特殊溫度環(huán)境條件下的支護(hù)理論研究,為短段掘砌外壁長(zhǎng)套內(nèi)壁施工工藝下的井壁設(shè)計(jì)和施工安全,提供可靠的力學(xué)理論基礎(chǔ)。主要研究工作如下:1.考慮圍巖與凍結(jié)壁的相互作用,進(jìn)行了平面彈塑性、空間有限段高凍結(jié)壁力學(xué)分析,研究了其應(yīng)力場(chǎng)、位移場(chǎng)分布及影響規(guī)律,得到了臨塑狀態(tài)相關(guān)判別式,并從力學(xué)角度解答了作為臨時(shí)支護(hù)的凍結(jié)壁和外壁設(shè)計(jì)及安全評(píng)價(jià)問(wèn)題;2.針對(duì)凍結(jié)立井特殊施工環(huán)境,建立了計(jì)算結(jié)果與實(shí)測(cè)誤差較小的溫度場(chǎng)有限元反演方法,掌握了施工期間井壁溫度場(chǎng)分布及發(fā)展規(guī)律;3.進(jìn)行了施工期間井壁溫度應(yīng)力的產(chǎn)生機(jī)理分析和力學(xué)模型構(gòu)建,獲得了溫度應(yīng)力、應(yīng)變解析表達(dá)式,并進(jìn)行了算例應(yīng)用,分析了井壁薄弱點(diǎn)位置;4.建立了溫度場(chǎng)和應(yīng)力場(chǎng)耦合作用的井壁永久支護(hù)力學(xué)模型,獲得了應(yīng)力場(chǎng)和位移場(chǎng)分布表達(dá)式,基于第三強(qiáng)度理論推導(dǎo)了新的高水壓基巖段井壁設(shè)計(jì)公式,得到了允許的井壁最大降溫值計(jì)算式和極限設(shè)計(jì)深度計(jì)算式;5.基于施工期間實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)分析和有限元數(shù)值計(jì)算,掌握了施工期間井壁應(yīng)力、應(yīng)變分布和變化規(guī)律,并與實(shí)測(cè)進(jìn)行了對(duì)比分析;最后從溫度應(yīng)力的產(chǎn)生機(jī)理和施工工藝的角度提出了深凍結(jié)立井井壁溫度應(yīng)力的防治應(yīng)對(duì)措施。
【學(xué)位授予單位】：北京科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類(lèi)號(hào)】：TD265.3;TD352
【圖文】：

圖２－１本文技術(shù)路線(xiàn)圖逡逑

３．１凍結(jié)法鑿井施工工藝逡逑凍結(jié)法鑿井，借助于凍結(jié)壁的臨時(shí)支護(hù)，一般可采用三種施工鑿井施工逡逑工藝流程，如圖３－２。逡逑Ｉ并２邋：東穸ＳＩ邋Ｉ邋外嚴(yán)邋：東，壁邋Ｉ邋外}\邋：東蘆５１邋Ｉ邋外壁邋：東傜ＩＩ逡逑：｜邋＊邋ｌｌｒｉ逡逑＿邋＿邋＾逡逑工藝一，短段掘砌井壁邋工藝二Ｉ短段掘砌外壁，中段套內(nèi)壁邐工藝三，短段掘砌外壁次長(zhǎng)套內(nèi)壁逡逑圖３－１凍結(jié)井筒鑿井三種主要施工工藝流程示意圖逡逑第一種是“短掘短砌”施工工藝（圖３－１工藝一），即依靠?jī)鼋Y(jié)壁臨時(shí)支逡逑護(hù)的保護(hù)，進(jìn)行井筒開(kāi)挖，每開(kāi)挖一定段高后進(jìn)行永久井壁支護(hù)，由于凍結(jié)逡逑壁溫度的不穩(wěn)定性，隨著鑿井深度的增加，施工段高逐漸縮小到２？５ｍ。短掘逡逑短砌工藝簡(jiǎn)單，井壁一次成型，但井壁接茬較多，防水性能差。逡逑第二種是“短掘中套”施工工藝（圖３－１工藝二）

逡逑第三種是“短掘長(zhǎng)套”施工工藝（圖３－１工藝三），井筒施工過(guò)程中，逡逑井壁同樣分解成內(nèi)外兩層，外層井壁隨著井筒短段掘砌完成，施工段高一般逡逑為２？５ｍ；內(nèi)層井壁一般自下而上一次澆筑完成，但也有少數(shù)井筒分兩次澆筑逡逑完成。短掘長(zhǎng)套工藝的特點(diǎn)，內(nèi)壁自下而上一次澆筑，減少了接茬，井壁抗逡逑滲性好，同時(shí)施工作業(yè)連續(xù)性好，加快了施工進(jìn)度。逡逑目前西部井筒建設(shè)廣泛采用短掘長(zhǎng)套施工工藝，本文正是針對(duì)這一施工逡逑工藝開(kāi)展高水壓基巖段支護(hù)力學(xué)理論分析。短掘長(zhǎng)套施工工藝下，內(nèi)壁是在逡逑外壁掘砌到井底后一次澆筑成型，因此作為永久支護(hù)的內(nèi)壁設(shè)計(jì)，出于井筒逡逑長(zhǎng)期運(yùn)營(yíng)安全考慮

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2804020