斜井凍結(jié)法鑿井過程中凍結(jié)壁與井壁的受力與變形規(guī)律研究.pdf

1、為了滿足我國西部含水地層中斜井凍結(jié)法鑿井的需要,本文通過數(shù)值模擬和現(xiàn)場實測相結(jié)合的方法,開展了表土段斜井凍結(jié)法鑿井過程中凍結(jié)壁和井壁的受力與變形規(guī)律研究。
　　首先,分別建立凍土為彈塑性、黏彈塑性介質(zhì)下豎直孔和傾斜孔凍結(jié)模型,研究井筒開挖寬度、凍結(jié)壁頂板厚度、底板厚度、側(cè)幫厚度、井壁彈模和厚度及模型埋深對井幫變形和井壁受力變形的影響規(guī)律。平面模型中考慮了反力系數(shù)的影響,三維模型中考慮了空幫距離的影響。數(shù)值計算研究表明:井筒開挖寬度

2、、模型埋深對井幫變形和井壁應(yīng)力位移影響非常顯著,各關(guān)鍵點的受力變形規(guī)律呈加速型增長;井壁彈模對井壁影響整體較小;井壁厚度對井壁底板G點徑向位移影響最為顯著,拱頂J點次之,對井壁底板與側(cè)墻連接處C、E和H點環(huán)向應(yīng)力影響最為顯著,B點影響較為顯著;凍結(jié)壁頂板、底板和側(cè)幫厚度變化對井幫開挖變形影響較為顯著,對井壁受力變形影響較小;空幫距離對井幫和井壁受力與變形影響非常顯著,各關(guān)鍵點的受力與變形規(guī)律呈衰減型變化。
　　對比兩種凍結(jié)方案計算

3、結(jié)果,傾斜孔與豎直孔凍結(jié)相比,井幫底幫F點變形差值最大,拱頂A點次之,側(cè)幫B點最小;井壁底板G點徑向位移差值最大,拱頂J點次之;井壁底板G、F點環(huán)向應(yīng)力差值最大,側(cè)墻上部I、B點次之。對比不同凍土介質(zhì)計算結(jié)果,黏彈塑性模型中A、B和F點井幫開挖變形要大于彈塑性模型;凍結(jié)壁尺寸一致時,彈塑性模型中的井幫變形變化量要小于黏彈塑性模型;凍結(jié)壁尺寸不同時,凍結(jié)壁厚度越大,考慮凍土蠕變時井幫的變形變化量小于不考慮凍土蠕變結(jié)果。
　　其次,開

4、展了斜井凍結(jié)段掘砌現(xiàn)場實測研究,獲得了豎直孔凍結(jié)現(xiàn)場施工條件下的井幫變形和井壁應(yīng)力應(yīng)變變化規(guī)律。實測研究表明:在合理的工序下,井幫收斂變形整體呈衰減型,且井壁受到的壓力較小,若井幫空幫時間和空間較長,本工程中空幫大于40m后,井幫變形呈加速型增長,井壁受到的壓力以及井壁的應(yīng)力應(yīng)變均顯著增長;井壁澆筑后,水化熱致使壁后凍土在一定范圍內(nèi)融化,凍土融化一方面導(dǎo)致井幫土體強度降低,增加井幫對井筒的變形作用,另一方面,導(dǎo)致土體結(jié)構(gòu)性降低,井筒軸向

5、受拉伸作用;截止監(jiān)測結(jié)束,F點混凝土環(huán)向拉應(yīng)變增加了約1200με,鋼筋環(huán)向拉應(yīng)力增加了約100MPa,據(jù)此可認為平直段底板設(shè)計方案欠佳。同時,開展了數(shù)值模擬和現(xiàn)場實測的對比研究,發(fā)現(xiàn)井幫變形和井壁環(huán)向應(yīng)變變化規(guī)律相近,且數(shù)值相差較小。
　　綜上所述,斜井凍結(jié)法鑿井過程中凍結(jié)壁和井壁的受力與變形受各因素均有不同程度影響,尤其是井筒開挖寬度、模型埋深、井壁厚度及空幫距離;合理的空幫距離和時間可以有效降低井幫的變形和壓力;井壁底板應(yīng)采