特厚冲积层冻结法凿井关键技术研究与应用

论文摘要

大于500m冲积层冻结法凿井技术是国内外共同关注的重大技术难题,仍处于探索阶段。论文针对赵固矿区特厚冲枳层冻结法凿井关键技术难题,采用理论计算、实验室实验、数值模拟和现场工业试验、实测方法进行了研究。提出了特厚冲积层冻结壁厚度计算公式及其关键参数的计算选取方法,建立了冻结壁厚度计算体系和科学的多圈孔布孔方法,解决了大于500m特厚冲积层的冻结壁设计难题：就地取材,研究开发了C80-C90高强高性能混凝土,采用高强高性能混凝土复合井壁,解决了特厚冲积层冻结井筒支护难题。采用FLAC3D系统,对控制的512m粘土层施工工况建模,进行了冻结壁稳定性三维数值分析计算,预测了冻结壁稳定性,指导了设计和施工。开展了特厚冲积层冻结壁位移、冻结壁温度、井壁温度、冻结压力实测研究,掌握了多圈孔冻结壁形成特性,提出了冻结井壁前注浆理论和按注浆压力计算内井壁厚度的方法,取得了不同深度的冻结压力值,并成功应用,技术经济效益显著。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 详细摘要
• 1 绪论
• 1.1 研究背景和意义
• 1.2 国内外冻结法凿井技术现状
• 1.2.1 冻结法凿井技术现状
• 1.2.2 2000年以来特厚冲积层冻结法凿井遇到的主要技术难题
• 1.3 研究内容
• 1.4 研究方法及技术路线
• 1.4.1 研究方法
• 1.4.2 技术路线
• 2 赵固矿区井筒工程地质水文地质条件分析
• 2.1 井筒地质特征
• 2.1.1 赵固一矿井简地质条件
• 2.1.2 赵固二矿井筒地质条件
• 2.2 井筒水文地质条件
• 2.2.1 含水层抽水试验结果
• 2.2.2 井筒涌水星
• 2.3 本章小结
• 3 特厚冲积层冻结井壁设计研究
• 3.1 冻结段井壁设计技术现状
• 3.1.1 井壁结构
• 3.1.2 筑壁材料
• 3.2 冻结段井壁设计原理
• 3.2.1 冻结段井壁受力特点
• 3.2.2 井壁荷载计算
• 3.2.3 井壁厚度计算
• 3.3 赵固矿区冻结段井壁设计研究
• 3.3.1 井筒地质、水文地质特点对井壁设计的影响
• 3.3.2 赵固一矿冻结段井壁结构设计
• 3.3.3 前注浆理论的提出及内层井壁优化设计
• 3.3.4 赵固二矿冻结段外层井壁优化设计
• 3.4 本章小结
• 4 特厚冲积层冻结设计研究
• 4.1 赵固一矿冻结方案设计
• 4.1.1 井筒地质、水文地质特点对冻结方案设计的影响
• 4.1.2 冻结壁设计
• 4.1.3 制冷设计
• 4.1.4 冻结方案主要技术指标
• 4.2 赵固二矿冻结方案优化设计
• 4.2.1 冻结壁设计
• 4.2.2 制冷设计
• 4.2.3 冻结方案设计主要技术指标
• 4.3 本章小结
• 5 冻结壁稳定性数值分析
• 3D系统概述'>5.1 三维数值分析软件FLAC^3D系统概述
• 3D系统的特点'>5.1.1 FLAC^3D系统的特点
• 3D基本原理'>5.1.2 FLAC^3D基本原理
• 3D与有限元法的区别'>5.1.3 FLAC^3D与有限元法的区别
• 5.2 冻结壁稳定性三维数值模拟的建模
• 5.2.1 建模依据
• 5.2.2 建模原则
• 5.2.3 计算域
• 5.2.4 荷载条件
• 5.2.5 边界条件
• 5.2.6 材料模型及变形模式
• 5.2.7 冻结施工掘砌过程模拟
• 5.3 赵固一矿主副井冻结壁稳定性三维数值分析
• 5.3.1 副井深部冻结壁稳定性三维数值分析
• 5.3.2 主井深部冻结壁稳定性三维数值分析
• 5.3.3 控制土层-512m埋深主副井冻结壁稳定性计算结果比较
• 5.4 本章小结
• 6 高强高性能混凝土的研制
• 6.1 赵固矿区冻结段井壁的特点、难点、主攻方向
• 6.1.1 井壁结构特点
• 6.1.2 技术难点
• 6.1.3 主攻方向
• 6.2 高性能混凝上室内实验
• 6.2.1 实验目标
• 6.2.2 实验内容
• 6.2.3 实验指导思想
• 6.2.4 原材料性能实验优选
• 6.2.5 配合比、强度增长特性、耐久性实验
• 6.2.6 室内实验结果分析
• 6.3 C40～C90高性能混凝土应用效果分析
• 6.3.1 C40～C80高性能混凝十在赵固一矿的应用
• 6.3.2 C40～C90低水化热高性能混凝土在赵固二矿的应用
• 6.4 C40～C90高性能混凝土特点
• 6.4.1 外层井壁应用低温早强高性能混凝土的优点
• 6.4.2 内层井壁应用低水化热防裂密实高强高性能混凝土的优点
• 6.5 本章小结
• 7 工程实测研究
• 7.1 井壁及壁后冻土温度特性实测研究
• 7.1.1 实测方案
• 7.1.2 实测结果分析
• 7.1.3 实测结论
• 7.2 冻结壁径向位移特性实测研究
• 7.2.1 实测方案
• 7.2.2 实测结果分析
• 7.2.3 实测结论
• 7.3 特厚粘上层冻结压力实测研究
• 7.3.1 实测方案
• 7.3.2 实测结果分析
• 7.3.3 特厚粘土层冻结压力选取与应用
• 7.3.4 实测结论
• 7.4 多圈孔冻结壁温度场工程实测研究
• 7.4.1 特厚冲积层冻结壁技术现状
• 7.4.2 多圈孔冻结壁温度场工程实测方法及结果
• 7.4.3 多圈孔冻结壁形成特性分析
• 7.4.4 实测结论
• 7.5 本章小结
• 8 结论与展望
• 8.1 主要结论
• 8.2 创新点
• 8.3 展望
• 参考文献
• 致谢
• 作者简介