軟巖地層凍結(jié)井筒井壁施工工藝的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及凍結(jié)井筒施工領(lǐng)域，特別涉及一種軟巖地層凍結(jié)井筒井壁施工工藝。
【背景技術(shù)】
[0002]當(dāng)前凍結(jié)井壁采用雙層井壁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，外層井壁荷載根據(jù)凍結(jié)壓力計(jì)算、內(nèi)層井壁荷載按照地面為靜水位的水壓設(shè)計(jì)，井壁總體荷載按照水土壓力校核，特殊地層設(shè)計(jì)過程中適當(dāng)考慮負(fù)摩擦力作用。根據(jù)這一設(shè)計(jì)原則，井壁厚度與深度和井徑成正相關(guān)，由于近年來井筒深度的增加與井徑的擴(kuò)大，造成井壁厚度明顯增大，施工成本大大提高，而且隨著煤炭開采的深度不斷加大，井壁厚度有不斷增加的趨勢(shì)，直至無法施工。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]有鑒于此，本發(fā)明在于提供一種能夠大大減少井壁厚度且同時(shí)提高井筒斷面的利用率的軟巖地層凍結(jié)井筒井壁施工工藝，不僅可以降低施工成本，而且降低了施工成本，加快本發(fā)明提供了一種針對(duì)不同地層性質(zhì)凍結(jié)井筒井壁結(jié)構(gòu)與施工工藝方法，該結(jié)構(gòu)與方法能夠大大減少了井壁厚度，降低施工成本，從而使施工安全可靠。
[0004]為解決上述問題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:軟巖地層凍結(jié)井筒井壁施工工藝，包括如下步驟:
[0005](I)井壁設(shè)計(jì)；
[0006](2)外壁施工；
[0007](3)內(nèi)壁施工；
[0008](4)井壁注漿。
[0009]上述軟巖地層凍結(jié)井筒井壁施工工藝，所述步驟(I)包括如下步驟:
[0010](a)對(duì)地質(zhì)、設(shè)計(jì)部門提供的地質(zhì)資料進(jìn)行研究分析，形成針對(duì)地層性質(zhì)的研究報(bào)生
[0011](b)根據(jù)步驟(a)中所得研究報(bào)告針對(duì)每個(gè)地層設(shè)計(jì)出適合所述地層的功能性井壁結(jié)構(gòu)。現(xiàn)有凍結(jié)井壁設(shè)計(jì)大多采用雙層復(fù)合井壁，即外壁+內(nèi)壁，其中，外壁屬于臨時(shí)支護(hù)，按承載凍結(jié)壓力設(shè)計(jì)，主要功能是抵抗凍結(jié)壁對(duì)井壁的壓力，內(nèi)壁屬于永久支護(hù)，按照以地面標(biāo)高為基準(zhǔn)的靜水壓力設(shè)計(jì)，主要功能是為了抵抗地下水壓，防止地下水涌入井筒內(nèi)，但不同地層所適用的井壁結(jié)構(gòu)也不相同，而現(xiàn)有凍結(jié)井壁通常采用整體設(shè)計(jì)，并不按照地層地質(zhì)性質(zhì)的差異設(shè)計(jì)井壁結(jié)構(gòu)，在不影響正常施工進(jìn)度的前提下，本工藝采用根據(jù)地層的地質(zhì)性質(zhì)設(shè)計(jì)適合該地層的功能性井壁結(jié)構(gòu)，例如，含水層中井壁結(jié)構(gòu)應(yīng)具有承載凍結(jié)壓力(臨時(shí)荷載)、防水與永久承載地壓(永久荷載)的功能，而隔水層中井壁僅具有承載凍結(jié)壓力(臨時(shí)荷載)與永久地壓(永久荷載)的功能即可。
[0012]上述軟巖地層凍結(jié)井筒井壁施工工藝，步驟(2)包括如下步驟:
[0013](i)按照步驟(b)設(shè)計(jì)出的井壁結(jié)構(gòu)采用短段掘進(jìn)工藝挖掘外壁；
[0014](ii)在挖掘外壁的同時(shí)設(shè)置應(yīng)力與應(yīng)變傳感器，測(cè)量外壁的應(yīng)力與應(yīng)變，并根據(jù)步驟(b)中設(shè)計(jì)井壁時(shí)所確定的外壁的應(yīng)力與應(yīng)變的閾值確定內(nèi)壁施工時(shí)機(jī)；井段外壁的應(yīng)力與應(yīng)變隨著井筒深度的變化而變化，而內(nèi)壁需要對(duì)外壁產(chǎn)生有效支撐才能保證井筒質(zhì)量，過早進(jìn)行內(nèi)壁施工，則外壁發(fā)生形變時(shí)會(huì)對(duì)內(nèi)壁產(chǎn)生較大的擠壓力，從而造成內(nèi)壁的變形，甚至可能造成內(nèi)壁崩塌，而過晚進(jìn)行內(nèi)壁施工，會(huì)造成無法對(duì)外壁產(chǎn)生有效支撐，導(dǎo)致外壁破壞。
[0015](iii)在砌筑內(nèi)壁的過程中，在隔水層位置埋設(shè)注漿管。
[0016]上述軟巖地層凍結(jié)井筒井壁施工工藝，步驟(3)包括如下步驟:
[0017](I)根據(jù)步驟(a)中所得的研究報(bào)告選擇隔水層并設(shè)置內(nèi)壁接茬位置；
[0018](II)按照步驟(b)設(shè)計(jì)出的井壁結(jié)構(gòu)進(jìn)行內(nèi)壁砌筑施工；
[0019](III)在砌筑內(nèi)壁的同時(shí)，在內(nèi)壁與外壁之間設(shè)置溫度傳感器，當(dāng)外壁與內(nèi)壁之間的溫度為O?4°C時(shí)進(jìn)行外壁與內(nèi)壁之間的注漿施工。
[0020]上述軟巖地層凍結(jié)井筒井壁施工工藝，步驟(4)包括如下步驟:
[0021](A)根據(jù)步驟(III)中所監(jiān)測(cè)得到的數(shù)據(jù)，確定內(nèi)壁與外壁之間以及隔水層的注漿時(shí)間；由于壁間注漿時(shí)間對(duì)注漿效果影響較大，主要表現(xiàn)在:注漿時(shí)間早，凍結(jié)壁化凍范圍有限，注漿空間有限，效果差，注漿時(shí)間晚，凍結(jié)壁融化，井壁漏水將會(huì)影響后續(xù)施工，影響建井工期甚至危及井筒安全。通過埋設(shè)溫度傳感器，對(duì)凍結(jié)井筒自然融化規(guī)律進(jìn)行實(shí)測(cè)分析后，選擇合適的壁間注漿時(shí)間，本工藝優(yōu)選外壁與內(nèi)壁之間的溫度為O?4°C時(shí)對(duì)內(nèi)壁與外壁之間以及隔水層進(jìn)行注漿；
[0022](B)按照步驟㈧中所確定的注漿時(shí)間向內(nèi)壁與外壁之間以及隔水層注漿。
[0023]上述軟巖地層凍結(jié)井筒井壁施工工藝，內(nèi)壁施工時(shí)，所述內(nèi)壁上設(shè)有壁后注漿管，所述壁后注漿管的一端設(shè)在地層與所述內(nèi)壁之間，所述壁后注漿管的另一端設(shè)有閥門且位于所述內(nèi)壁內(nèi)側(cè)。
[0024]上述軟巖地層凍結(jié)井筒井壁施工工藝，內(nèi)壁施工時(shí)，所述內(nèi)壁上設(shè)有壁間注漿管，所述壁間注漿管的一端設(shè)在所述內(nèi)壁與所述外壁之間，所述壁間注漿管的另一端設(shè)有閥門且位于所述內(nèi)壁的內(nèi)側(cè)。
[0025]上述軟巖地層凍結(jié)井筒井壁施工工藝，所述外壁的下端位于所述內(nèi)壁下端的上方，所述外壁位于所述內(nèi)壁與地層之間。
[0026]上述軟巖地層凍結(jié)井筒井壁施工工藝，所述外壁的厚度小于所述內(nèi)壁的厚度。
[0027]本發(fā)明的有益效果是:
[0028]1.本發(fā)明在相同的井徑和井深條件下，能夠大大減薄內(nèi)壁厚度，減少土方開挖量，節(jié)約大量輪量，從而降低成本。
[0029]2.本發(fā)明通過改變井壁設(shè)計(jì)思路與井壁結(jié)構(gòu)以及施工工藝，將傳統(tǒng)的單一功能井壁設(shè)計(jì)改為按地層性質(zhì)設(shè)計(jì)多功能井壁結(jié)構(gòu)，可以降低施工成本并提高成井速度。
【附圖說明】
[0030]圖1為本發(fā)明軟巖地層凍結(jié)井筒井壁施工工藝中外壁施工示意圖；
[0031]圖2為本發(fā)明軟巖地層凍結(jié)井筒井壁施工工藝中內(nèi)壁施工示意圖；
[0032]圖3為本發(fā)明軟巖地層凍結(jié)井筒井壁施工工藝中外壁和內(nèi)壁及井筒的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0033]圖中:1-含水層層；2_隔水層；3_外壁；4_內(nèi)壁；5_壁間注漿管；6_閥門；7_凍結(jié)井筒；8-壁后注漿管。
【具體實(shí)施方式】
[0034]為清楚說明本發(fā)明中的方案，下面給出優(yōu)選的實(shí)施例并結(jié)合附圖詳細(xì)說明。
[0035]如圖1?3所示，采用本發(fā)明對(duì)軟巖地層地區(qū)的凍結(jié)井筒井壁進(jìn)行施工，包括如下步驟:
[0036](I)對(duì)地質(zhì)、設(shè)計(jì)部門提供地質(zhì)資料進(jìn)行研究分析，確定地層中含水層1、隔水層2等地質(zhì)層的分布狀況以及各地質(zhì)層的性質(zhì)，依據(jù)井筒凍結(jié)段深淺形成針對(duì)地層性質(zhì)的研究報(bào)告，研究報(bào)告中要對(duì)各個(gè)地層的性質(zhì)進(jìn)行詳細(xì)說明，以供井壁設(shè)計(jì)需要，施工人員根據(jù)上述研究報(bào)告對(duì)凍結(jié)井筒井壁進(jìn)行分段設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)出符合每段凍結(jié)井筒設(shè)計(jì)要求的井壁；現(xiàn)有凍結(jié)井壁設(shè)計(jì)大多采用雙層復(fù)合井壁，即外壁+內(nèi)壁，其中，外壁屬于臨時(shí)支護(hù)，按承載凍結(jié)壓力設(shè)計(jì)，主要功能是抵抗凍結(jié)壁對(duì)井壁的壓力，內(nèi)壁屬于永久支護(hù)，按照以地面標(biāo)高為基準(zhǔn)的靜水壓力設(shè)計(jì)，主要功能是為了抵抗地下水壓，防止地下水涌入井筒內(nèi)，但不同地層所適用的井壁結(jié)構(gòu)也不相同，而現(xiàn)有凍結(jié)井壁通常采用整體設(shè)計(jì)，并不按照地層地質(zhì)性質(zhì)的差異設(shè)計(jì)井壁結(jié)構(gòu)，在不影響正常施工進(jìn)度的前提下，本工藝采用根據(jù)地層的地質(zhì)性質(zhì)設(shè)計(jì)適合該地層的功能性井壁結(jié)構(gòu)，例如，含水層中井壁結(jié)構(gòu)應(yīng)具有承載凍結(jié)壓力(臨時(shí)荷載)、防水與永久承載地壓(永久荷載)的功能，而隔水層中井壁僅具有承載凍結(jié)壓力(臨時(shí)荷載)與永久地壓(永久荷載)的功能即可，例如適用于隔水層的功能性井壁結(jié)構(gòu)中外壁3及內(nèi)壁4的厚度以及施工用材料與其他地層的外壁3和內(nèi)壁4的厚度及施工用材料存在差異，而針對(duì)不同地層設(shè)計(jì)不同的功能性井壁結(jié)構(gòu)有利于降低井壁厚度，進(jìn)而有利于減少砼量，加快施工進(jìn)度；
[0037](2)根據(jù)步驟(I)設(shè)計(jì)