鑽井法和凍結法都是地下工程施工中的重要方法,它們各自具有獨特的特點和適用場景。


    鑽井法


    定義與原理:


    鑽井法是用鑽頭破碎岩石,同時用泥漿進行洗井排砟和護壁的一種機械化鑿井方法。在鑽探過程中,鑽頭的部分質量加在刀具上,使刀具壓入岩石,轉盤通過方鑽杆帶動鑽頭旋轉從而破碎工作麵的岩石。隨後,鑽頭破碎下來的岩砟由泥漿衝至吸收口吸入鑽杆,再經水龍頭、排漿管送到地麵沉澱池。而泥漿則由泥漿池經過漿地槽流入井內,起到洗井護壁的作用。


    主要優點:


    安全性高:工人不需要下井作業,降低了勞動強度並保障了人身安全。


    施工機械化:提高了勞動生產效率,降低了工程成本,且井壁質量能得到保證。


    適應性強:既能在較硬的岩層開鑿,也能在不穩定的岩層開鑿。


    主要缺點:


    偏斜率問題:井筒鑽井中存在一定的偏斜率,對精度要求較高時可能不適用。


    施工進度慢:在施工大直徑井筒時多采用分級擴孔,可能影響施工進度。


    場地占用:泥漿處理需要占用較大場地。


    凍結法


    定義與原理:


    凍結法是通過人工製冷的方法將待開挖地下空間周圍的土體中的水凍結為冰並與土體膠結在一起,形成一個按照設計輪廓的凍土牆或密閉的凍土體。這種臨時支護結構能夠抵抗土壓力、隔絕地下水,並在其保護下進行地下工程施工。


    主要優點:


    封水嚴密:凍結法形成的凍土牆抗滲透性能強,能有效隔絕地下水。


    靈活可控:可以根據施工現場條件和地質條件靈活布置和調整凍土帷幕的形狀和強度。


    環保無汙染:對周圍環境無汙染,無異物進入土壤,噪音小。


    適用範圍廣:適用於各類地層,尤其適合在城市地下管線密布、施工條件困難的地段使用。


    主要缺點:


    凍脹融沉現象:工程開始和完成後的凍脹和融沉現象可能會引起地層隆起和沉陷,對建築物有一定影響。


    地下水流速限製:在地下水流速度過快的地層中難以有效凍結。


    成本較高:需用設備較多,工期長,工作條件較差,因此成本相對較高。


    總結對比


    在安全性方麵,鑽井法通過機械化作業避免了工人下井的風險;而凍結法則通過形成堅固的凍土牆來提供安全保障。


    在施工效率上,鑽井法雖然存在偏斜率和進度問題,但整體機械化程度高;凍結法則因需要較長的凍結時間而影響施工速度。


    在適用性上,鑽井法更適用於對精度要求不高的場合;而凍結法則因其封水嚴密和靈活可控的特點而在多種複雜地層中得到廣泛應用。


    綜上所述,鑽井法和凍結法各有優缺點,在實際應用中應根據具體工程需求和地質條件進行選擇。


    鑽井法和凍結法在地下工程施工中各自具有獨特的應用場景,以下是對這兩種方法應用場景的詳細分析:


    鑽井法


    定義與原理:


    鑽井法是特殊鑿井的主要方法之一。它利用旋轉機構驅動鑽杆,帶動裝有刀具的鑽頭旋轉,將岩土破碎為岩屑,並通過泥漿循環係統將含有岩屑的泥漿輸送至地麵沉澱池,同時采用壓氣反循環洗井。待岩屑沉澱檢測合格後,廢漿通過泥漿處理機固化,用於場地迴填等用途。鑽進至設計深度後,會采用超聲波測井儀對鑽孔質量進行檢查。


    應用場景:


    煤礦、鐵礦等各類立井井筒施工:鑽井法因其機械化程度高、施工安全有保障等特點,被廣泛應用於各類礦山的立井井筒施工中。


    需要高質量井壁結構的工程:鑽井法的並壁預製技術可以在地麵集中進行,質量可控性強,成井後筒壁無淋水,降低井筒裝備的腐蝕,延長其使用壽命。因此,對於需要高質量井壁結構的工程,鑽井法是一個很好的選擇。


    凍結法


    定義與原理:


    凍結法是一種人工製冷方法,通過在含水土層內鑽孔並打入鋼管,然後導入循環的低溫鹽水(如液氮),使周邊的地層凍結,形成堅硬的凍土殼。這種方法能夠增加地層的強度和穩定性,隔絕地下水,以便在凍結壁的保護下進行地下工程掘砌作業。


    應用場景:


    地鐵盾構隧道掘進施工:在城市地鐵施工中,凍結法常被用於盾構隧道的掘進階段,以有效隔絕地下水,確保施工安全。


    含水量高或不穩定地層中的施工:對於含水量大於10%的任何含水、鬆散、不穩定地層,凍結法都能提供有效的加固和防水效果。因此,它在各種複雜地質條件下的地下工程中都有廣泛應用。


    需要臨時加固的工程:凍結法是一種土層的物理加固方法,屬於臨時加固技術。當工程需要時,凍土可具有岩石般的強度;而當不需要加固強度時,又可采取強製解凍技術使其融化。這種靈活性使得凍結法在多種類型的地下工程中都有應用潛力。


    綜上所述,鑽井法和凍結法都是地下工程施工中的重要方法,它們各自具有獨特的優勢和適用場景。在實際應用中,應根據具體工程的地質條件、施工要求和經濟性等因素綜合考慮選擇合適的方法。


    鑽井法和凍結法在地下工程施工中的具體應用步驟分別如下:


    鑽井法應用步驟


    勘探:在進行實際的鑽井前,需要對地下的地質情況進行詳細的勘探和調查。這些調查可以通過地質勘探和地球物理勘探來完成,以確定地下水或地下資源的位置、深度和數量。


    井址選擇:在井址選擇過程中,需要考慮地下水或地下資源在地下的分布情況,以及周圍環境的地質特征。根據這些情況合理選擇井址,可以有效提高鑽井的成功率。


    地麵施工準備:需要搭建鑽井設備,準備各種工程機械和設備。鑽井設備通常包括鑽機、泥漿泵、鑽頭等,並且需要進行相關的設備調試和檢測,以確保鑽井設備的正常工作。


    鑽井施工:首先是進行井口工程,包括建立井口和井架等設施;接著是進行地層鑽探,通過鑽機將鑽頭下放到地下,依次突破各層地質構造。在鑽探過程中,需要不斷對地下情況進行檢測和分析,以確保鑽井的順利進行。隨著鑽探深度的增加,可能需要進行注漿工程,以鞏固地層結構,防止坍塌和漏失。


    完井工程:當鑽探到設計深度並達到預期的地下水或者地下資源時,就需要進行完井工程。在完井工程中,需要安裝套管、封堵等設備,確保井口通暢並且實現地下水或者地下資源的有效利用。最後是進行井口設施完善,包括搭建井台、設置安全防護設施等。


    凍結法應用步驟(以人工凍結法為例)


    前期準備:了解地層結構、水文地質條件,並進行凍結方案設計,確定凍結管布置、製冷設備選型等。


    凍結管安裝:根據設計要求鑽孔,並將凍結管插入孔內,確保密封。


    製冷係統運行:向製冷係統充注製冷劑,啟動製冷設備,運行製冷係統,開始凍結土層。


    凍結監測:定期測量土層溫度,確保凍結效果;並通過鑽芯取樣等方法,檢測凍土厚度。


    隧道開挖:待凍土層達到設計強度後,即可進行開挖作業。開挖方式可采用機械開挖或人工開挖。


    總的來說,鑽井法和凍結法都是地下工程施工中的重要方法,它們各自具有獨特的應用場景和施工步驟。在實際應用中,需要根據具體的工程需求和地質條件來選擇合適的方法。


    在鑽井法和凍結法的施工過程中,針對地質條件的改變,可以采取以下應對措施:


    鑽井法應對地質條件改變的措施


    提前勘探與評估:在施工前進行詳細的地質勘探和評估,了解地下岩層的分布、性質以及潛在的不穩定因素。這有助於製定針對性的施工方案和應急預案。


    調整鑽進參數:根據地質條件的變化,適時調整鑽進的轉速、壓力等參數。例如,在遇到堅硬岩層時,可以增加鑽進壓力和轉速以提高鑽進效率;而在遇到軟弱或破碎岩層時,則需要降低鑽進壓力和轉速以防止塌孔和卡鑽。


    使用泥漿護壁:泥漿在鑽井過程中起到冷卻鑽頭、攜帶岩屑和護壁的作用。根據地層特性選擇合適的泥漿配比和性能,可以有效防止井壁坍塌和漏失。特別是在鬆散、易坍塌的地層中,應增加泥漿的密度和粘度以增強其護壁效果。


    采用導向鑽井技術:對於複雜地層或需要精確控製井眼軌跡的情況,可以采用導向鑽井技術。通過實時監測和調整井眼軌跡,確保鑽井作業按照預定路徑進行。


    應急處理:在施工過程中遇到突發情況(如井噴、卡鑽等)時,應立即啟動應急預案並采取相應的處理措施。例如,通過注入重泥漿或水泥漿來封堵地層裂縫或漏失通道;利用打撈工具或震擊器來處理卡鑽問題。


    凍結法應對地質條件改變的措施


    合理設計凍結方案:根據地層特性和施工要求,合理確定凍結孔的布置方式、數量和深度。同時,根據凍結壁的厚度和強度需求選擇合適的製冷工質和凍結溫度。


    監測與控製凍結過程:在施工過程中實時監測凍結壁的形成情況和溫度分布,確保凍結壁達到預定的強度和穩定性要求。如發現異常情況(如凍結速度過慢、溫度迴升等),應及時調整凍結參數並采取補救措施。


    應對特殊地層:在遇到含水豐富或碎破的基岩等特殊地層時,應加強凍結效果以確保施工安全。可以通過增加凍結孔的數量和深度、提高製冷效率等方式來增強凍結壁的強度和穩定性。


    防止凍結管斷裂:凍結管是凍結法施工中的關鍵設備之一。為防止凍結管斷裂,應合理確定凍結孔的布置圈直徑、正確選用管材和連接方式,並嚴格控製掘進段高和井幫暴露時間。此外,還應加強施工管理和質量監督,確保施工質量符合設計要求。


    應急處理與恢複:在施工過程中如遇凍結壁破裂或其他緊急情況,應立即停止施工並采取有效的應急處理措施。例如,通過注漿加固、修複凍結管等方式來恢複凍結壁的完整性和穩定性。在確保安全的前提下,盡快恢複施工以減少損失和影響。


    綜上所述,鑽井法和凍結法在應對地質條件改變時都需要采取一係列有效的應對措施來確保施工安全和順利進行。這些措施包括提前勘探與評估、調整施工參數、使用合適的泥漿或製冷工質、加強監測與控製以及及時應對和處理緊急情況等方麵。


    在凍結法施工中,有效監測與控製凍結過程對於確保施工的安全和順利進行至關重要。以下是一些關鍵措施:


    一、凍結前的準備與規劃


    詳細地質勘探:在施工前,應對地下地層進行詳細的地質勘探,了解地層的岩性、含水量、滲透性等特性,為凍結方案的設計提供依據。


    凍結方案設計:根據地質勘探結果,設計合理的凍結方案,包括凍結孔的布局、凍結管的材質與規格、凍結溫度與時間等參數。


    設備與材料準備:確保所需的凍結設備(如冷凍機組、鹽水泵等)和材料(如凍結管、測溫管等)齊全且質量合格。


    二、凍結過程中的監測與控製


    凍結壁溫度監測:通過測溫孔實時監測凍結壁的溫度場分布,確保凍結壁達到設計厚度和強度。一旦發現溫度異常,應及時調整凍結參數。


    鹽水循環係統監測:定期檢查鹽水循環係統的運行狀態,包括鹽水溫度、流量、壓力等參數,確保係統穩定運行。如發現鹽水泄漏或循環不暢等問題,應立即采取措施進行處理。


    地表沉降與隧道變形監測:采用水準儀、全站儀等儀器對地表沉降和隧道變形進行持續監測,及時發現並預警潛在的變形風險。


    凍結管與供液管監測:定期檢查凍結管和供液管的完好性,包括接頭是否鬆動、管壁是否破損等。如發現問題,應及時修複或更換。


    應急處理預案:製定詳細的應急處理預案,針對可能出現的凍結鑽孔漏水噴砂、凍結管斷裂與鹽水漏失等突發情況,明確應急響應流程和處置措施。


    三、施工安全與質量控製


    嚴格遵守操作規程:施工人員應嚴格按照操作規程進行施工,確保各項操作規範、準確。


    加強質量控製:對凍結孔的開孔間距、鑽進深度、偏斜率等進行嚴格控製,確保凍結效果滿足設計要求。


    做好安全防護:施工現場應設置必要的安全防護措施,如防護欄、警示標誌等,確保施工人員的安全。


    及時記錄與分析數據:對施工過程中的各項監測數據進行及時記錄和分析,為後續的施工決策提供依據。


    綜上所述,通過詳細的施工前準備、嚴格的凍結過程監測與控製以及有效的施工安全與質量控製措施,可以確保凍結法施工的安全和順利進行。

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