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一、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最大厚度和冻结最大深度分别达到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,冻结最大深度达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、四位一体的冻结璧设计计算体系、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、冻结壁形成的基科研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并选的分析方法、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力求及其应用效果,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现场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璧设计计算体系,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、冻结工程遇到的问題与防治措施,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。
二、冻结法凿井在中国的应用与发展
我国应用冻结法凿井起步较晚,但发展很。1955年首次在开滦煤矿林西风井从波兰引进冻结法凿井技,成功地解决了65m不稳定冲积层的施工难题。之后在河北、山西、江苏、山东、安徽、辽宁、河南、黑龙江等省推广应用,取得良好效果。1989年陈四楼副井采用冻结法成功解决了374.5m冲积层和435m冻结深度的施工难题,使我国冻结法凿井技术达到国际先进水平。进入21世纪以来,煤炭基本建设迎来了前所未有的新高潮,冻结法凿井穿过的冲积层厚度相继突破400m、500m、600m,冻结深度相继超过450m、500m、600m、700m,目前冻结法凿井的冲积层厚度已达754.0m,冻结深度已经达到950m。从冻结法凿井发展过程分析,我国经历了1955-1959年的引进消化、1960-1988年的探索改进、1989-1999年的提高完善、2000-2015年的创新攀高等4个
阶段。
冻结工程特点：我国冻结法凿井60多年的发展过程中,引进消化、探索改进、提高完善、创新攀高4个阶段冻结立井井筒分别超过18个、283个、177个、638个,总计超过1116个。冻结最大深度:以冻结冲积层为主的冻结井为894m;以冻结含水基岩为主的冻结井为950m。
各阶段不同冲积层的冻结立并数：
(1)1955-1959年的冻结立井数:小于100m冲积层14个,大于100m冲积层4个,合计18个。
(2)1960-1988年的冻结立井数:小于200m冲积层237个,200-300m冲积层43个,大于300m冲积层
3个,合计283个。
(3)1989-1999年的冻结立并数:小于200m冲积层131个,200-300m冲积层32个,大于300m冲积层
14个,合计超过177个。
(4)2000-2015年的冻结立井数:小于200m冲积层超过400个,200-300m冲积层超过107个,300
40m冲积层51个,400-500m冲积层48个,大于500m冲积层32个,合计超过638个。
(5)1955-2015年合计冻结立井数:小于200m冲积层超过786个,200-300m冲积层超过182个
300~400m冲积层68个,400-500m冲积层48个,大于500m冲积层32个,合计超过1116个。
三、编审委员会
主 任：陈明和
副主任：王继献盛天宝 刘志强 周少雷 颜传宝 高木福
顾 问：张永成胡德铨 汤志斌 邓文芳 庞荣庆
委 员：刘民东王景余 段邦奎 刘文民 卢相忠
齐吉龙 王俊杰 于新胜 陈朝晖 曲振亭
张振金 周秀隆 荣传新 王圣公
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
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
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