GB/T 51277-2018 矿山立井冻结法施工及质量验收标准

专用

人人文库

中华人民共和国国家标准

矿山立井冻结法施工及质量验收标准

Standardforconstructionandacceptanceof

coalmineshaftoffreezingmethod

GB/T51277-2018

主编部门中国煤炭建设协会

:

批准部门中华人民共和国住房和城专用乡建设部

:

施行日期年月日

:201891

人人文库

中国计划出版社

2018北京

中华人民共和国国家标准

矿山立井冻结法施工及质量验收专用标准

GB/T51277-2018

☆

中国计划出版社出版发行

网址

:

地址北京市西城区木樨地北里甲号国宏大厦座层

:11C3

邮政编码电话发行部

:100038:(010)63906433()

北京市科星印刷有限责任公司印刷

印张千字

850mm×1168mm1/323.588

年月第版年月第次印刷

201861201861

☆

统一书号

人人文库:155182·0248

定价元

:21.00

版权所有侵权必究

侵权举报电话

:(010)63906404

如有印装质量问题请寄本社出版部调换

,

中华人民共和国住房和城乡建设部公告

第1818号

住房城乡建设部关于发布国家标准

矿山立井冻结法施工及质量验收标准的公告

《》

现批准矿山立井冻结法施工及质量验收标准为国家标准

《专用》,

编号为自年月日起实施

GB/T51277—2018,201891。

本标准在住房城乡建设部门户网站

()

公开并由住房城乡建设部标准定额研究所组织中国计划出版社

,

出版发行

。

中华人民共和国住房和城乡建设部

2018年1月16日

人人文库

前言

本标准是根据住房城乡建设部关于印发年工程建设

《<2015

标准规范制订修订计划的通知建标号的要求由

、>》(〔2014〕189),

中煤特殊凿井有限责任公司和淮北矿业集团工程建设有限责任

()

公司会同有关单位共同编制的

。

本标准在制订过程中编制组进行了广泛的调查研究认真总

,,

结了近年来经实践证明有效且成熟的科技成果和技术工艺并以

,

多种形式广泛征求了全国有关方面专家和单位的意见在广泛征

,

求意见的基础上经反复研究多次修改最后审查定稿

,,,专用。

本标准共分章和个附录主要内容包括总则术语基

1117,:、、

本规定冻结设计冻结钻孔施工与验收冻结器安装与验收制冷

、、、、

站安装与运转冻结壁检测与判断井筒掘进与支护冻结管孔

、、、()

处理绿色施工等

、。

本标准由住房城乡建设部负责管理由中国煤炭建设协会负

,

责日常管理由中煤特殊凿井有限责任公司负责具体技术内容的

,

解释在本标准执行过程中如有意见或建议请将意见和有关资

。,,

料寄送中煤特殊凿井有限责任公司地址安徽合肥徽州大道

(:110

号百鸣大厦六楼邮政编码以便今后修订时参考

,:230001),。

本标准主编单位参编单位主要起草人和主要审查人

、、:

主编人人文库单位:中煤特殊凿井有限责任公司

淮北矿业集团工程建设有限责任公司

()

参编单位:中煤第五建设有限公司

兖矿新陆建设发展有限公司

唐山开滦建设集团有限责任公司

()

北京中煤矿山工程有限公司

·1·

中煤西安设计工程有限责任公司

中煤科工集团南京设计研究院有限公司

主要起草人:王继献王宗金曹化春亓燕秋刘杰忠

魏允伯王峰沈华军成中海袁兆宽

单益新潘亚子梅小冬石波裴继承

张步俊宋亚楠李子祥李连华林艳杰

董莹

主要审查人:张胜利孙守仁安和人李理化刘培年

齐吉龙卢相忠张家勋程志彬郭永富

刘志强王鹏越庞荣庆陈远坤李现春

刘长安殷建平何芳现

专用

人人文库

·2·

目次

总则…………………

1(1)

术语…………………

2(2)

基本规定…………………

3(4)

冻结设计…………………

4(6)

一般规定………………

4.1(6)

地质资料………………

4.2(7)

地层冻结方案……………

4.3(9)

冻结壁参数设计…………

4.4专用(10)

冻结壁厚度计算…………

4.5(12)

冻结孔布置……………

4.6(14)

冻结时间………………

4.7(15)

观测孔布置……………

4.8(17)

制冷站制冷系统…………

4.9(18)

冻结钻孔施工与验收……

5(25)

一般规定………………

5.1(25)

钻孔施工………………

5.2(25)

钻孔偏斜控制……………

5.3(26)

冻结钻孔验收……………

5.4(27)

冻结器人人文库安装与验收………

6(28)

一般规定………………

6.1(28)

冻结器安装……………

6.2(29)

冻结器验收……………

6.3(30)

制冷站安装与运转………

7(32)

一般规定………………

7.1(32)

·1·

制冷站安装……………

7.2(32)

制冷站运转……………

7.3(34)

制冷站安装验收…………

7.4(35)

冻结壁检测与判断………

8(36)

温度观测孔及冻结器检测………………

8.1(36)

水文观测孔检测…………

8.2(36)

冻结壁形成的判断………

8.3(37)

井筒掘进与支护…………

9(38)

井筒掘进………………

9.1(38)

井筒支护………………

9.2(41)

施工过程中的检测………

9.3(42)

壁间及壁后注浆…………

9.4(44)

冻结管孔处理…………

10()专用(46)

冻结管回收……………

10.1(46)

冻结管孔充填………

10.2()(46)

冻结管孔充填质量验收………………

10.3()(46)

绿色施工…………………

11(47)

一般规定………………

11.1(47)

氨及盐水回收…………

11.2(47)

污染源控制……………

11.3(47)

职业健康………………

11.4(48)

附录岩层稳定性分类……

A(49)

附录人工冻土强度与蠕变………………

B(50)

附录氨人人文库循环系统相关参数………………

C(53)

附录钻场基础施工验收…………………

D(57)

附录钻孔常用泥浆组成及配制方法……

E(58)

附录冻结钻孔分项工程质量验收记录…

F(60)

附录冻结管材外观质量检查记录………

G(61)

附录钻孔配下管记录…………………

H、(62)

·2·

附录冻结管焊接打压试漏验收…………

J(63)

附录冻结管耐压复测……

K(64)

附录制冷站氨系统密封性能试验………

L(65)

附录制冷站运转日志……

M(67)

附录制冷冻结分项工程质量验收记录…

N(68)

附录冻结分部工程质量验收记录………

P(69)

附录冻结立井开挖井帮温度检测………

Q(70)

附录冻结立井开挖井帮位移检测………

R(71)

附录冻结立井开挖工作面底鼓量检测…

S(72)

本标准用词说明………………

(73)

引用标准名录…………………

(74)

附条文说明…………………

:专用(75)

人人文库

·3·

Contents

………

1Generalprovisions(1)

……………………

2Terms(2)

………

3Basicrequirements(4)

………

4Designoffreezing(6)

……

4.1Generalrequirements(6)

…………

4.2Geologicaldata(7)

………

4.3Designprinciplesforfreezingplan(9)

…………

4.4Designparameteroffrozenwall专用(10)

……

4.5Calculationoffreezingwallthickness(12)

……………

4.6Arrangementoffreezingholes(14)

……

4.7Durationoffreezing(15)

………

4.8Arrangementofobservationholes(17)

……………

4.9Designofrefrigerationsystem(18)

…………

5Constructionandacceptanceoffreezinghole(25)

……

5.1Generalrequirements(25)

……………

5.2Constructionoffreezinghole(25)

………

5.3Deflectioncontroloffreezinghole(26)

………………

5.4Acceptanceoffreezinghole(27)

人人文库……

6Installationandacceptanceoffreezingapparatus(28)

……

6.1Generalrequirements(28)

…………

6.2Installationoffreezingapparatus(29)

…………

6.3Acceptanceoffreezingapparatus(30)

………

7Installationandoperationofrefrigerationplant(32)

……

7.1Generalrequirements(32)

·4·

…………

7.2Installationofrefrigerationplant(32)

…………

7.3Operationofrefrigerationplant(34)

……………

7.4Acceptanceofrefrigerationplantinstallation(35)

………………

8Detectionandjudgementoffrozenwall(36)

8.1Detectionoftemperatureobservationholesand

………

freezingapparatus(36)

…

8.2Detectionofwaterlevelobservationhole(36)

………

8.3Judgementoffrozenwallformation(37)

……

9Excavatingandsupportingofshaft(38)

…………

9.1Shaftexcavation(38)

……………

9.2Shaftsupport(41)

……………

9.3Detectionduringconstruction(42)

……

9.4Groutingbehindandbetweenlinings专用(44)

………

10Freezingpipe(hole)processing(46)

…………………

10.1Freezingpiperecycling(46)

……………

10.2Freezingpipe(hole)filling(46)

…………

10.3Qualityacceptanceoffreezingpipe(hole)filling(46)

……

11Greenconstruction(47)

…………………

11.1Generalrequirements(47)

……………

11.2Ammoniaandbrinerecycling(47)

………………

11.3Pollutionsourcecontrol(47)

……

11.4Occupationalhealth(48)

……………

Appendix人人文库AClassificationsofstratastability(49)

AppendixBStrenghthandcreepofartificial

……

frozensoil(50)

AppendixCCorrelationparameterofammonia

………………

recyclesystem(53)

AppendixDAcceptanceoffoundationconstructionof

…………………

drillingfield(57)

·5·

AppendixEMudcompositionandpreparationmethod

…………………

ofdrillhole(58)

AppendixFRecordofqualityacceptanceoffreezing

……………

hole(60)

AppendixGRecordofqualityappearanceoffreezing

………………

pipesinspection(61)

………………

AppendixHRecordoftubingofdrillhole(62)

AppendixJAcceptanceofpressureleakagetestof

…………

freezingpipewelding(63)

……………

AppendixKPressureretestoffreezingpipe(64)

AppendixLAmmoniasystemsealingperformancetest

………

ofrefrigerationplant(65)

…………

AppendixMRunninglogofrefrigerationpla专用nt(67)

AppendixNRecordofqualityacceptanceoffreezing

…………………

classifications(68)

AppendixPRecordofqualityacceptanceoffreezing

………

division(69)

AppendixQSidewalltemperaturedetectionof

…………

freezingexcavating(70)

AppendixRRadialdisplacementdetectionof

…………

freezingexcavating(71)

AppendixSVerticaldisplacementdetectionof

……

freezingexcavatingface(72)

人人文库…

Explanationofwordinginthisstandard(73)

……

Listofquotedstandards(74)

………

Addition:Explanationofprovisions(75)

·6·

1总则

1.0.1为规范矿山立井冻结法施工及质量验收保障施工安全

,、

确保施工质量制订本标准

,。

1.0.2本标准适用于冰点高于地下水流速小于地

-2℃、5m/d、

温低于冲积层厚度小于冻结深度小于的立井

35℃、700m、950m

井筒冻结法施工及质量验收

。

1.0.3立井冻结法施工工程承包合同和技术文件对施工质量要

求不应低于本标准规定

。

1.0.4立井冻结法施工工程应实行现代化科学管理实施绿色施

专用,

工不断提高管理水平

,。

1.0.5立井冻结法施工工程应积极推广应用成熟的新工艺新技

、

术新设备新材料

、、。

1.0.6立井冻结法施工及质量验收除应符合本标准外尚应符合

,

国家现行有关标准的规定

。

人人文库

·1·

2术语

2.0.1立井冻结法施工

freezingmethodconstructionofver-

ticalshaft

用制冷技术暂时冻结加固立井井筒周围不稳定地层并隔绝

,

地下水后再凿井的特殊施工方法

。

2.0.2制冷站

refrigerationplant

在井筒附近集中设置制冷设备和设施为地层冻结提供负温

,

循环盐水的建筑场所其中主要有氨循环系统盐水循环系统冷

,、、

却水循环系统及供电系统

。专用

2.0.3冲积层

alluvium

覆盖于基岩露头之上的第三系第四系地层

、。

2.0.4人工冻土岩

()artificialfrozensoil(rock)

用人工制冷的方法使松散不稳定含水地层冻结使其成为含

,

有冰的土岩

()。

2.0.5冻结壁

frozenwall

用制冷技术在井筒周围地层中形成的有一定厚度强度和深

,、

度的封闭冻结帷幕

。

2.0.6冻结壁形成期

formableperiodoffrozenwall

从开始冻结至达到冻结壁设计要求的时间又称积极冻

。

结期人人文库

。

2.0.7冻结壁维持期

maintainableperiodoffrozenwall

冻结壁达到设计要求后为维持其设计要求继续向冻结器输

,,

送低温盐水的时间又称维持冻结期

。。

2.0.8冻结壁交圈时间

timeforclosureoffrozenwall

从地层开始冻结至井筒周围所有的主冻结器单独形成的冻

,

·2·

土圆柱均相交连接成封闭冻结帷幕所需的时间

,。

2.0.9冻结孔

freezinghole

安设冻结器的钻孔

。

2.0.10水文观测孔

waterlevelobservationhole

安设水文观测管的钻孔

。

2.0.11温度观测孔

temperatureobservationhole

安设温度观测管的钻孔

。

2.0.12测斜

deviationalsurvey

测量钻孔在不同深度上的偏斜量和偏斜方位

。

2.0.13钻进靶域

drillingtargetdomain

在某一水平面上以钻孔设计轨迹线与之交点为圆心允许偏

,、

值为半径的圆域

。

2.0.14泥浆护壁

mudprotectionwall专用

钻孔施工时利用孔内泥浆的静压力平衡地压土压与水压

,、,

并使泥浆渗入围岩形成泥皮达到维护孔壁的方法

,,。

2.0.15冻结器

freezingapparatus

安放在冻结孔内由冻结管供液管回液管等组成带有底

,、、,

锥用作循环冷媒剂与地层进行热交换的装置

,。

2.0.16井筒掘进段高

shaftsinkingsection

井筒开挖过程中开挖后没有支护的井帮高度

,。

2.0.17冻土压力

pressureoffreezingwall

井壁支护后冻结壁蠕变变形及冻结壁与井壁间未冻土冻胀

,,

或融土回冻冻胀等因素作用于井壁上的径向压力的统称是临时

、,

荷载亦称人人文库冻结压力

,。

·3·

3基本规定

3.0.1立井冻结法施工所用材料设备和构件应符合设计要求

、,

及有关规范和产品质量标准并应具有合格证明

,。

3.0.2立井冻结法施工安全技术劳动保护等应符合国家现行

、,

法规和标准的有关规定

。

3.0.3工程施工中应建立技术档案并应做好测试记录隐蔽工

,、

程记录质量检查记录和竣工图纸等文件资料收集整理工作

、、。

3.0.4工程竣工时应按规定做好施工总结竣工资料应真实准

,、

确齐全

、。专用

3.0.5立井冻结工程应按照设计施工图施工组织设计作业规

、、

程施工施工组织设计作业规程应采用先进技术工艺提出工程

。、,

质量标准和要求制定相应质量保证措施并经审查批准

,,。

3.0.6施工现场质量管理应具有相应技术标准规范及质量管理

、

体系

。

3.0.7施工质量控制应符合下列规定

:

1主要材料半成品成品构配件应现场验收按有关规定

、、、,

复检并应经监理工程师确认

,;

2各工序质量控制应符合施工技术标准每道工序完成后

,,

应进行质量检查并形成质量记录

人人文库。

3.0.8工程质量验收应符合下列规定

:

1冻结钻孔质量及偏斜控制应符合本标准及冻结方案设计

要求

;

2质量验收人员应具备相应专业知识及施工经验

;

3工程质量的验收应在施工单位自行检查验收的基础上

、

进行

;

·4·

4隐蔽工程在隐蔽前应由施工单位通知有关单位验收并应

,

形成验收文件

;

5试块试件及有关材料应按规定见证取样检测

、,;

6分项工程质量应按规定验收

;

7见证取样检测及工程安全检测单位应具有相应能力

。

3.0.9工程质量应按下列程序验收

:

1施工单位应对每一工序进行质量自检并应做好施工自检

,

记录

;

2分项工程应由建设单位或委托监理单位的专业监理工程

师组织相关单位验收

;

3分部工程应由建设单位或委托监理单位的总监理工程师

组织有关单位验收

。专用

人人文库

·5·

4冻结设计

4.1一般规定

4.1.1施工前准备工作应符合下列规定

:

1应为冻结施工单位提供审查通过且满足工程施工需要的

矿井地质资料井筒检查孔资料及矿井水文地质报告

、;

2应组织完成立井井筒设计交底

;

3应编制施工组织设计施工作业规程施工技术措施

、、;

4应完成测量基点移交工程定向场地测量以及施工期间

,,

的交通运输给排水输变电通信防雷电防火防洪涝等工程及

、、、、、专用、

必要的生产生活辅助设施场地平整及障碍物拆迁

、、;;

5应合理做好冻结施工设施及设备配置完成冻结施工物资

,

储备和资源配置

;

6应办理开工手续

。

4.1.2施工期间总用水量应按立井冻结工程生产生活用水量之

、

和确定并增加备用量生产生活用水应加强水质管理并

,10%。、

注重合理分配

。

4.1.3冬期雨期等特殊气候条件下施工应编制专门安全技术

、,

措施

。

4.1.4编制施工组织设计施工作业规程施工技术措施应符合

、、

下列规定人人文库

:

1立井冻结和掘砌施工均应编制施工组织设计

;

2采用特殊工艺或新工艺施工的工程应编制施工组织

,

设计

;

3重要分项工程及特定工艺工序应编制施工作业规程或作

业指导书施工技术措施

、。

·6·

4.1.5地面生活建筑和制冷站厂房布置应符合下列规定

:

1工艺流程合理动力设施应靠近负荷中心机修及加工设

,,

施宜邻近料场与仓库

;

2办公生活区相对于制冷站宜布置在主要风向的上风向或

、

侧上风向上且应与制冷站分开布置间距不应小于

,,30m;

3办公生活区和制冷站厂房的布置应避开低洼地及不影响

、

永久建筑的正常施工

。

4.1.6供电应执行矿山企业二类负荷标准供电能力应满足现场

,

施工需要

。

4.2地质资料

4.2.1井筒检查钻孔地质报告除应符合现行国家标准煤矿井巷

《

工程施工规范的有关规定外还应符合下列规定

》GB50511,专用:

1井筒检查钻孔地质报告提供的资料应满足地层冻结井壁

、

设计的要求并应具有下列资料

,:

1井筒检查钻孔位置检查钻孔主要施工工艺及主要施工

),

过程

;

2井筒预想地质柱状图应包括岩性层厚倾角岩芯采取

),、、、

率累计深度岩层主要特征的描述根据岩性描述确

、、。,

定岩层稳定性分类岩层稳定性分类应符合本标准附录

,

的规定

A;

3井筒地质构造及地温

);

4冲积层基岩中各含水层的特征应包括含水层埋深层

)、,、

厚人人文库静止水位渗透系数流向流速水质水温冲积层

、、、、、、;

与基岩的水力联系基岩掘进时预计井筒涌水量

,。

2冲积层基岩中各隔水层的特征应包括各隔水层埋深厚

、,、

度隔水效果等

、。

3在井筒检查钻孔地质资料和邻近冻结井筒施工实践的基

础上应针对本井筒采用冻结法凿井方案做出综合评价

,。

·7·

4冻结井的井筒检查孔应封孔并应有封孔资料

,。

4.2.2对井筒附近水源井应进行调查

。

4.2.3应提供冲积层主要土层常规土工试验资料及人工冻土试

验资料土工试验取样的层位深度应与冻土物理力学性能试验层

;、

位一致人工冻土物理力学性能试验应有专项试验报告以冻结软

;;

弱基岩为主的冻结工程还应有相应岩层的冻岩试验资料人工

,。

冻土岩物理力学性能试验应符合下列规定

():

1冲积层厚度小于时应至少有个水平的冻土试验

250m,3

资料冲积层厚度为时应至少有个水平的冻土试

;250m~400m,4

验资料大于以上时应至少有个水平的冻土试验资料

;400m,6;

试验水平层位应涵盖具代表性的黏性土和砂性土地层其中应包

,

括冻结壁设计控制层的试验资料

;

2每个试验水平的人工冻土物理力学性能专用试验项目应符合

表中的规定试验方法应按现行行业标准人工冻土物理力

4.2.3,《

学性能试验的有关规定执行

》MT/T593;

表4.2.3人工冻土物理力学性能试验项目

冲积层厚度

(m)

试验项目100~250250~400>400

单轴抗压强度-5℃~-12℃-5℃~-20℃-5℃~-25℃

选种不同温度选种不同温度选种不同温度

345

三轴剪切强度-5℃~-12℃-5℃~-20℃-5℃~-25℃

选种不同温度选种不同温度选种不同温度

244

单轴压缩蠕变-5℃~-12℃-5℃~-20℃-5℃~-25℃

选种不同温度选种不同温度选种种不同温度

人人文库244~5

三轴剪切蠕变-5℃~-20℃-5℃~-25℃

—选种不同温度选种种不同温度

44~5

导热系数测定测定测定

热容量测定测定测定

冻结温度测定测定测定

冻胀量和冻胀力测定测定测定

·8·

3难以取芯且无法重塑的岩层可视情况做含水率冻结温

,、

度比热容和导热系数试验

、;

4应提供煤层含水率冻结温度比热容和导热系数

、、、-5℃、

状态下的单轴抗压强度资料

-10℃、-15℃。

4.2.4其他有关资料应包括下列内容

:

1矿井设计概况

;

2矿井工业场地地形地貌图

;

3矿井工业场地永久临时设施平面布置图

、;

4永久生产性井架或临时凿井井架基础图

;

5井壁结构设计图

;

6矿井工业场地地下管网及文物资料

;

7地区气象及供电供水资料

。

4.3地层冻结方案专用

4.3.1地层冻结方案应根据井筒检查孔提供的冲积层深度土

、

性含水层隔水层冻土试验报告和基岩含水层岩性等资料以

、、、、,

及井筒安全施工需要选择合理的冻结方案

,。

4.3.2冲积层以下基岩风化带涌水量大围岩稳定性差宜采用

,,

全深冻结方案

。

4.3.3冲积层以下基岩风化带厚度较大且围岩稳定性较好或靠

,

近风化带下部赋存含水层或井筒全深内有数层含水层采用其他

,,

施工方法难以通过含水层时宜采用长短管冻结方案并应符合下

,,

列规定

:人人文库

1短冻结管应穿过冲积层和强风化带

;

2长冻结管应穿过含水层进入不透水稳定基岩

;

3穿过马头门硐室的冻结管应在打钻下冻结管时和在冻结

、

壁解冻前于掘砌过程中给予封堵处理

。

4.3.4冻结深厚冲积层且深部有厚黏土层冻结壁厚度大于

,

时可采用双圈或多圈孔冻结方案地下水流速大及含盐

6.5m,。

·9·

量高的地层也可采用双圈或多圈孔冻结方案

,。

4.3.5深井冻结时可采用在主冻结孔与井筒荒径之间布置辅助

,

冻结孔的主辅孔冻结方案辅孔布置圈直径和深度应根据地质条

。

件冻结壁状况及井筒开挖时间掘砌速度等因素确定冲积层厚

、、。

度较浅且井筒中上部赋存较稳定的用其他施工方法可通过的地

,、

层或发生淹井需要恢复施工的井筒宜采用局部冻结方案

,,。

4.4冻结壁参数设计

4.4.1井筒冻结深度确定应符合下列规定

:

1井筒冻结深度应穿过冲积层风化带深至稳定基岩

、10m

以上

;

2基岩涌水量较大时经论证后应延长冻结深度

,,;

3可借鉴邻近井筒施工经验

。专用

4.4.2冻结壁厚度计算控制层的确定应符合下列规定

:

1冲积层较浅以砂土层为主的井筒应选择冲积层底部的

,,

含水层作为控制层

;

2冲积层较深且中下部赋存多层厚黏土层除选择底部含

,,

水层作为控制层外还应选择深部黏土层作为控制层

,。

4.4.3冻结壁径向外荷载应按下式计算

:

P.H

=0013(4.4.3)

式中P冻结壁径向外荷载

:———(MPa);

H控制层地板埋深值

———。

4.4.4盐水温度的确定应符合下列规定

人人文库:

1一般情况下设计盐水温度可按表选取

,4.4.4;

2地温高于时盐水温度应适当降低

35℃,;

3当土层含盐量过多时应试验确定盐水温度

,;

4维持冻结期间盐水温度应根据冻结壁状况井帮温度和

,、

温度观测孔温度资料确定

;

5盐水的比重应根据设计盐水温度确定设计盐水温度不低

,

·10·

于时宜采用氯化钙溶液

-35℃,;

表4.4.4盐水温度选取值(℃)

冲积层厚度

(m)0~200200~400400~600>600

井筒净直径

≤6.0-24-24~-27-27~-30-30~-34

(m)>6.0-24~-27-27~-30-30~-32-32~-34

6全基岩段地层冻结设计盐水温度可根据表盐水温

,4.4.4

度选取值提升

3℃~5℃。

4.4.5主冻结孔相邻两孔间距应符合下列规定

:

1冲积层段主冻结孔相邻两孔间距不应超过表的

,4.4.5

规定

;

2基岩段主冻结孔相邻两孔间距不应大于

5.0m。

表4.4.5冲积层段主冻结孔相邻两孔间距值(m)

冲积层厚度

0~200200~400400专用~600>600

允许相邻两孔间距

1.8~2.02.0~2.52.5~2.83.0

允许向井心偏斜值

<0.4<0.6<0.8<1.0

4.4.6在黏土层中井筒掘进段高内的井帮温度可按表

,4.4.6

选取

。

表4.4.6黏土层井帮温度

井筒垂深度

(m)0~200200~400400~600>600

黏土层井帮温度

(℃)4~-4-4~-8-8~-10<-10

4.4.7有效冻结壁平均温度应按表选取设计时应进行

4.4.7,

验算

。

表4.4.7有效冻结壁平均温度

冲积层厚人人文库度

(m)0~200200~400400~600>600

有效冻结壁平均温度

(℃)-5~-10-10~-15-15~-20<-20

4.4.8冻结深度冻结壁厚度计算控制层盐水温度主冻结孔相

、、、

邻孔间距井帮温度冻结壁平均温度等冻结壁设计参数应根据

、、,

井筒检查孔资料冻土岩试验资料以及经验等经综合分析后

、(),

选取

。

·11·

4.5冻结壁厚度计算

4.5.1冻结壁厚度解析计算应符合下列规定

:

1应将冻结壁视为具有某一平均温度由均匀冻土介质组成

、

各向同性的厚壁圆筒冻结壁依其所处不同深度和不同土性可视

。

为弹性体弹塑性体和黏塑体

、。

2冻结壁冻土的力学指标应与冻结壁所确定的平均温度相

对应

。

3冻结壁厚度计算模型应采用有限长或无限长的厚壁圆筒

模型

。

4静力计算应按冻土强度条件和冻结壁变形条件进行冻结

壁厚度计算

。

5根据冲积层厚度和土层特性以及井筒掘砌工艺冻结壁厚

专用,

度计算应符合下列规定

:

1当冲积层深度小于时含水砂层砂性土层的冻结

)120m,、

壁可视为弹性体宜按冻土强度条件采用无限长厚壁圆

,,

筒计算公式

;

2当冲积层深度大于时含水砂层砂性土层的冻结

)120m,、

壁可视为弹塑性体宜按冻土强度条件采用无限长厚壁

,,

圆筒计算公式

;

3深厚黏土层冻结壁可视为黏塑体宜分别采用按有限长

),

极限状态强度条件及变形条件计算

。

6冻结壁最小厚度一般不应小于冻结孔开孔间距的

人人文库80%。

4.5.2无限长弹性体冻结壁厚度应按下式计算

:

σ'

E=rt-

wσ'P(4.5.2)

t-ψ1

式中E设计冻结壁有效厚度

:———(m);

r冻结壁设计控制层处的井筒掘进半径

w———(m);

ψ系数按第三强度理论时采用适用于粉砂细砂

———;,ψ2,、

·12·

和砂性土第四强度理论时采用适用于中砂

;,ψ3,、

粗砂和砂砾层

;

σ长时强度长时强度取值可按本标准附录中

't———(MPa),B

相关公式计算

。

4.5.3无限长弹塑性体冻结壁厚度应按下式计算

:

PP2

E=rF+G

wσ'σ'()

tt4.5.3

式中FG与所用强度理论有关的系数第三强度理论时

:、———。,

FG适用于粉砂细砂和砂性土层

=0.29,=2.30,、;

第四强度理论时FG适用于中砂

,=0.56,=1.33,、

粗砂和砂砾层

。

4.5.4有限长黏塑性体按强度条件冻结壁厚度应按下式计算

:

Ph

E=-k

ζσ'专用()

31t4.5.4

式中h掘进段高即冻结壁暴露高度

:———,(m);

k安全系数采用

———,1.1~1.3;

ζ暴露段冻结壁两端固定程度系数可按表

———,4.5.4

选用

。

表4.5.4固定程度系数ζ

冻土进入荒径距离

土性

rrrr

(0~0.2)w(0.2~0.4)w(0.4~0.6)w(0.6~0.8)w

砂砂砾

、0~0.140.14~0.280.28~0.380.38~0.46

砂性土

0~0.120.12~0.240.24~0.320.32~0.38

黏性土

人人文库0~0.110.11~0.220.22~0.280.28~0.32

4.5.5有限长黏塑体按变形条件冻结壁厚度应按下列公式计算

:

E=r-r

bw(4.5.5-1)

当B时

>1B

B1B-

Chh1

r=r+K-1PAT't

bw11B()·P·ur

aw

(4.5.5-2)

·13·

当B趋近于时

1

r=rη

bw·e(4.5.5-3)

B1

Chh

=KAT'tP

η()·Pu·r·()

aw4.5.5-4

-ζ

K=1

B1(4.5.5-5)

2

式中r冻结壁外半径

:b———(m);

K计算模型系数

———;

t冻结壁暴露时间

P———(h);

u暴露段冻结壁最大允许位移量取

a———(m),0.05m;

自然对数底数

e———;

ζ固定程度系数可按表选用

———,4.5.4;

AT'BC三轴压缩蠕变试验参数可按本标准附录取值

()、、———,专用B。

4.6冻结孔布置

4.6.1冻结孔布置圈直径计算应符合下列规定

:

1单圈主冻结孔布置圈直径D应按下列公式进行计算后

0,

选用其中最大值

:

按允许偏斜率

:

D=D+nE+QH

012(f1)(4.6.1-1)

按靶域式钻孔技术

:

D=D+nE+R

012(0)(4.6.1-2)

按基岩段采用钻爆法施工

人人文库:

D=D'+.+Q'h

012(12f0)(4.6.1-3)

式中DD冲积层和基岩中井筒最大掘进直径

:1、'1———(m);

n冻结圈内侧冻结壁厚度占冻结壁厚度E的百分

———

数当冲积层厚度小于时n采用冲

:300m,60%;

积层大于时n采用

300m,55%;

H冲积层厚度

1———(m);

·14·

QQ冲积层基岩段的冻结孔允许偏斜率QQ分

f、'f———、,f、'f

别为

0.3%、0.5%;

R向井心允许的偏斜半径按表选取

0———(m),4.4.5;

h井筒冻结深度

0———(m)。

2辅助孔布置圈直径D应按下式计算

f:

D=D+.E+QH

f12(03nff)(4.6.1-4)

式中E主孔至井帮距离

:n———(m);

H辅助孔深度

f———(m)。

4.6.2冻结孔数应按下列规定确定

:

1主冻结孔应按下式计算

:

N=DL

π0/s(4.6.2)

式中L冻结孔开孔间距当冻结深度小于时宜采用

:s———,300m,

冻结深度大于时宜采用

1.00m~1.30m;专用300m,

1.20m~1.35m。

2辅助冻结孔开孔间距宜小于

3.5m。

4.6.3多圈冻结孔布置设计应符合下列规定

:

1冻结孔孔间距冻结圈间距及冻结孔深度控制指标应满足

、

冻结壁厚度和强度的需要

;

2冻结孔布置应有利于冻结过程控制和井筒掘砌

;

3应采取措施控制内部冻胀

。

4.7冻结时间

4.7.1冻结时间设计应符合下列规定

人人文库:

1地层冻结开始日期应符合下列条件

:

1制冷站氨盐水冷却水系统及供电系统能正常运转达

)、、,

到设计要求

;

2制冷站试运转后盐水去路温度正常连续下降

)3d~5d,,

降至冰点之日为井筒地层冻结开始日期

。

2各水平冻结壁交圈时间应根据地层条件盐水温度冻结

、、

·15·

管直径主冻结孔相邻最大孔间距等因素估算

、。

3预测冻结壁发展应满足安全连续掘砌需要

,、。

4.7.2单圈主冻结孔冻结壁交圈时间当盐水温度为

,-25℃~

冻结管直径为盐水流量符合设计要求

-30℃,127mm~146mm,

时可按表估算

,4.7.2。

表4.7.2冻结壁交圈时间

冲积层厚度

(m)<100100~200200~300300~400400~500500~600>600

冻结壁交圈

时间35~4545~5555~6565~8080~9595~110110~125

(d)

4.7.3冻结壁形成时间的估算应符合下列规定

:

1在冻结壁形成期间冻结壁厚度平均温度及井帮温度应

,、

达到设计要求

;

2深井冻结时应根据井筒上部冻结壁扩专用展状况及温度观测

,

孔温度资料进行分析后调整深部控制层的冻结时间保证深部冻

,,

结壁的厚度平均温度及井帮温度达到设计要求

、;

3冻结壁形成时间可按下式估算

:

L2

maxnE2

+()

t=2

fv(4.7.3)

式中t冻结壁形成时间

:f———(d);

L冲积层中冻结孔相邻两孔最大孔间距

max———(cm);

v冻结壁平均扩展速度与冻结壁厚度岩性盐

———(cm/d),、、

水温度有关

人人文库。

4.7.4冻结壁交圈时间冻结壁形成时间应根据水文观测孔水位

、

冒水时间以及温度观测孔温度等资料综合分析确定

。

4.7.5当冻结壁厚度平均温度和井帮温度达到设计要求井筒

、,

掘砌工作正常安全通过深部黏土层后可转为维持冻结期在维

,。

持冻结期根据内壁施工情况和冻结壁状况制冷站可以逐渐减少

,,

机组运转台数运转时间直至停止冻结

、,。

·16·

4.8观测孔布置

4.8.1水文观测孔布置应符合下列规定

:

1冻结段内的主要含水层组均应报导

;

2水文观测孔宜布置在井筒中心附近应避开井筒中心线及

,

凿井提升位置且不得偏出井筒净断面

,;

3各水文观测孔应分散布置

;

4水文观测孔应有隔绝管外水力联系措施

;

5单孔多层报导时应保证套管和隔板的施工质量

;

6水文观测孔内自然水位高于管口时应接高水文管管口

,、

至静止水位的距离不应小于或装压力表封闭管口

2.0m。

4.8.2温度观测孔布置应符合下列规定

:

1温度观测孔宜布置在相邻两个冻结孔孔间距最大的冻结

专用

壁界面上

;

2冲积层厚度小于时每井不应少于个温度观测

300m,2

孔冲积层厚度大于时每井不应少于个温度观测孔冻

;300m,3;

结壁外侧宜布置个个温度观测孔

1~2;

3在冻结孔布置圈与荒径之间应至少布置个温度观测孔

1;

4温度观测孔宜布置在地下水流的上下游方向

、;

5防片帮孔或辅助冻结孔与井帮之间的温度观测孔深度应

大于防片帮孔或辅助冻结孔冻结深度以上其他部位温度观

5m,

测孔深度应大于冲积层厚度应至少有个温度观测孔深度

10m;1

与冻结深度相匹配

人人文库;

6温度观测孔偏斜应符合设计要求测温管焊接与冻结管焊

,

接要求一致测温管不得渗漏

,;

7无法布置水文观测孔的井筒应适当增加温度观测孔数量

,;

8温度观测孔内宜每隔设置个测温水平水文观测

20m1,

孔报导层膨胀性黏土层冲积层与基岩交界面煤层地下水流速

、、、、

较大的层位等均应设置测点

。

·17·

9温度观测孔穿越两个及以上含水层且水头高差较大存在

,

串水风险时应制订管外防串水措施

,。

4.9制冷站制冷系统

4.9.1制冷站制冷能力应符合下列规定

:

1氨盐水及冷却水三个系统的能力应在设计规定的时间

、,

内能满足形成冻结壁的冷量需要

;

2根据地层温度岩性冻结深度及盐水降温设计冻结器单

、、,

位面积吸热负荷应在22之间

840kJ/(m·h)~1050kJ/(m·h);

3地面冷量损失应控制在冻结管总热负荷的以内

15%;

4盐水温度流量及冷却水温度水量应满足设计要求

、、。

4.9.2制冷站制冷能力计算应符合下列规定

:

1冻结管吸热能力应按下式计算

:专用

Q=dHNq

Tπf(4.9.2-1)

式中Q冻结管总吸热能力

:T———(kJ/h);

d冻结管外直径

———(m);

H冻结管长度

———(m);

N冻结管数量个

———();

q冻结管单位面积吸热负荷采用2

f———,840kJ/(m·h)~

2

1050kJ/(m·h)。

2制冷站制冷能力计算应符合下列规定

:

1一个制冷站服务于一个井筒应按下式计算

):

Q'=mQ

人人文库T(4.9.2-2)

式中Q'制冷站制冷能力

:———(kJ/h);

m冷量损失系数采用

———,1.1~1.15。

2一个制冷站服务于两个井筒应按下式计算

):

Q'=MQ+Q

12(4.9.2-3)

式中QQ两个井筒所需的冷量

:1、2———(kJ/h);

M先期冻结井筒冻结壁维持期的冷量供给系数采

———,

·18·

用

0.4~0.6。

4.9.3氨压缩机工作制冷量确定氨循环系统附属设备选择及充

、

氨量应按本标准附录执行

C。

4.9.4盐水循环系统设计计算应符合下列规定

:

1盐水氯化钙水溶液循环系统管路的允许流速应符合下

()

列规定

:

1冻结器环形空间应为

)0.1m/s~0.3m/s;

2供液管应为

)0.6m/s~1.5m/s;

3干管及配集液圈应为

)1.5m/s~2.0m/s。

2氯化钙水溶液应符合下列规定

:

1凝固点应低于盐水设计温度

)8℃~10℃;

2比重应在之间应采用纯度为的无水

)1.25~1.28,96%

氯化钙或纯度为的晶体氯化钙配制

70%专用;

3氯化钙水溶液性质应符合表的规定

)4.9.4;

表4.9.4氯化钙水溶液性质

密度3

(g/cm)1.241.261.271.28

在时波美度

+15℃(°Bé)28.029.830.731.6

浓度质量

(%)25.727.528.429.4

凝固温度

(℃)-31.2-38.6-43.6-50.1

3盐水中氯化钙含量

1m(kg)318.7346.5360.7376.3

-202.8052.7632.7212.680

比热-252.8052.7422.7212.670

主

-302.7632.7422.7002.659

要[kJ/(kg·℃)]

-35—2.7212.7002.638

热人人文库

-40——2.6802.638

物

理-201.8291.8211.8171.813

性导热系数-251.8051.7961.7921.808

质-301.7791.7711.7671.763

[kJ/(m·h·℃)]

-35—1.7501.7421.737

-40——1.7211.716

·19·

续表4.9.4

密度3

(g/cm)1.241.261.271.28

在时波美度

+15℃