岩土特殊施工.docx
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岩土特殊施工.docx
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岩土特殊施工
井巷特殊施工
第一章冻结法
1、冻结法的定义、实质。
定义:
实质:
天然岩土通过人工制冷变成人工冻土,改变岩性,岩土强度由弱变强,形成承载/隔水的冻土墙(结构),然后在冻土墙的保护下进行施工。
2、冻结法的特点。
优点:
(1)绝对不透水;
(2)冻土墙的形状、尺寸和强度在一定范围内可调;
(3)形状、尺寸和深度基本不受限制;
(4)适应复杂的地质和水文地质条件。
3、冻结法凿井原理。
4、冻结法的三大循环系统、各系统的功能;一级压缩制冷(氨循环)原理组成图及各过程氨的变化情况。
三大循环系统:
氨循环系统、盐水循环系统、冷却水循环系统。
功能:
一级压缩制冷(氨循环)原理组成图:
压缩机:
将饱和蒸汽氨
(1)等熵压缩为高温高压的过热蒸汽氨
(2);
冷凝器:
将过热蒸汽氨
(2)等压冷却为高压常温液态氨(3);
节流阀:
将高压常温液态氨等焓转变为低压液态氨(4);
蒸发器:
将低压液态氨(4)等压蒸发为饱和蒸汽氨
(1)。
5、冻结井筒掘进施工的特点。
无水,低温<-20℃
6、冻结井筒施工过程。
7、冻结法施工中水位观察孔和测温孔布置方式和作用。
布置方式:
(1)水位观察孔
结构:
1~3层,可实现单管多报导
位置:
距井心1m左右,不影响测量
数量:
1~3个
深度:
分别穿过主报导含水层
注意:
防含水层窜水影响交圈
(2)测温孔
数量:
2~5个
位置:
内缘、外缘,两圈之间
深度:
穿过冻土发展较慢地层,如粘土层
测温管径:
一般108mm
作用:
(1)水位观察孔
①判断冻结壁是否交圈;②释放能量。
(2)测温孔
确定冻结壁厚度和平均温度。
8、影响掘进段高的因素、以及各因素与掘进段高关系。
段高确定:
①以冻结壁变形不超过允许值为原则,按经验2 ②施工、监测、设计三结合。 9、冻结井壁施工的特点。 ①井内温度低、初期冻结压力大 ②外壁现浇混凝土初期强度低,需正温养护 10、冻结井壁的结构类型及双层复合井壁各组成部分作用。 井壁结构: 由外向内: 泡沫塑料板—外层井壁—塑料板—内层井壁。 双层复合井壁各组成部分作用: 11、常用的冻结方案及各方案特点 (1)等深全长冻结 特点: ①同圈(排)孔的长度(深度)相同;②同圈(排)孔全长同时冻结。 (2)差异冻结方案 特点: 同圈(排)管的深(长)度不同。 (3)分段(分期)冻结方案 特点: 沿管长分若干段,按一定顺序冻结。 (4)局部冻结方案 特点: 只冻要冻的部分。 (5)分圈异步冻结方案 特点: 将各圈管视为单井单圈冻结,各圈(排)管开冻时间不同。 (6)斜井冻结方案 特点: ①钻孔和下管难度大;②钻孔量最小;③冻结管用量最小;④最节省冷量。 12、 岩土中水冻结过程。 ①冷却段 ②过冷段 ③释放潜热段 ④结冰段 ⑤冻土继续冷却段 13、冻结井壁、冻结壁设计计算。 第二章注浆法 1、注浆法的概念、分类。 注浆法是在裂隙含水岩层或松散的含水砂土层中,注入可凝结的浆液,充塞裂隙堵水或固结砂土、减小涌水,从而改善工程条件,利于井筒施工。 分类: (1)按注浆材料种类分为: 水泥注浆、粘土注浆和化学注浆; (2)按注浆施工时间不同分为: 预注浆和后注浆; (3)按注浆对象不同分为: 岩层注浆和表土层注浆; (4)按注浆工艺流程分为: 单液注浆和双液注浆; (5)技注浆目的分为;堵水注浆和加固注浆; (6)按作用机理分为: 充塞注浆、渗透注浆和挤压注浆。 2、注浆施工的主要工序。 ①注浆孔施工及安装注浆器; ②安装注浆设备; ③压水试验、测定岩土层的吸水率; ④配制浆液、注浆施工及效果检查。 3、常用注浆方式及其特点和适用条件。 (1)对不同孔 单孔顺序注浆: 一次注一个孔。 如: 先注单号孔,后注双号孔。 多孔同时注浆: 一次注几个孔 (2)对同一孔不同深度: 分段下行式 特点: 向上冒浆少,钻孔和扫孔工作量大。 分段上行式 特点: 无重复钻孔量,要求止浆塞可靠。 一次注全高 特点: 段高大时,浆液扩散不均;对供浆量要求大。 4、常用注浆材料及特点。 (1)无机浆液: 水泥浆液;水泥-水玻璃浆液;粘土浆液;粘土-水泥浆液;水玻璃浆液。 特点: ①成本低,一般对环境污染小,一般优先选用; ②当以堵水为主要目的时,选用粘土浆液、粘土-水泥浆液、水玻璃浆液;当以堵水和加固为主要目的时,选用水泥浆液、水泥-水玻璃浆液、水泥-粘土浆液。 (2)有机系浆液: 丙烯酰胺系浆液;聚氨酯类浆液;脲醛树脂类浆液;铬木素类浆液。 特点: ①可注性好、堵水效果好,但浆材的来源不广,有的对环境有污染,且造价一般为单液水泥浆的10~50倍; ②有机系浆液多只用于小体积的注浆工程中。 5、注浆过程中常见的故障及其处理方法。 6、注浆参数。 (1)注浆压力 ①注浆压力是浆液克服流动阻力,进行扩散、充塞和压实的能量; ②p=KH; ③裂隙岩层地面预注浆时,K=0.02~0.025MPa/m; ④土层地面预注浆时,K=0.021~0.023MPa/m; ⑤工作面注浆时,应大于静水压力,小于井壁极限承受力。 第三章钻井法 1、钻井法的概念、特点。 钻井法是用钻头破碎岩石,用洗井液进行洗井排碴和护壁,当井筒钻至设计直径和深度以后,在洗井液中下沉井壁进行支护的机械化凿井方法。 特点: ①钻井法施工的地面化(掘进机组除外)、机械化,改变了传统的井下作业方式,工作安全可靠,施工质量好; ②在软岩中,钻井直径小于6米时,技术经济效果好; ③直径大的井筒,或岩石很坚硬时,技术经济指标不够理想; ④现钻井深度和直径都还受到钻井设备能力的限制。 2、立井钻机凿井的基本工艺流程。 3、钻机的四大功能系统及各系统功能。 一、准备工作 (一)锁口工程和基础工程 锁口工程是在开钻前用普通方法掘砌的一段钢筋混凝土井筒。 钻塔基础、绞车基础、起升钻塔用滑轮组基础和各种起重设备的轨道。 (二)净化系统工程 一般在施工组织设记中对净化系统工程要求有很大面积的沉淀池和相应的从沉淀池清除岩碴运至排矸场的一些设备。 (三)钻机的组装 钻机是由许多大的部件组成的。 现场组装一般需2~5个月。 二、钻进 准备工作完成后,进行钻机试运转;正式钻进。 正常钻进主要工序: (一)钻头的起下与钻杆的接长 (二)钻进工作 钻进是钻井法的两个重要环节之一。 通过钻进形成井筒。 三、防偏和测斜 井筒的垂直度是钻井质量的重要指标,影响井筒支护工作和有效断面的大小。 (一)产生井斜的原因: ①操作和设备的因素;②地质条件。 (二)防偏的措施 ①首先保证钻机制造和安装质量。 在钻头上加稳定器,证明对防偏能起到一定的作用。 ②坚持减压钻进。 在钻进初期采用低钻压低钻速以保持垂直,对下段井垂直有很大作用。 根据国外经验: 钻压保持在大钩悬重的l/3以下就可以保持井直。 ③定时测斜及时了解井筒偏斜情况,以便及时采取措施纠正或预防。 在整个钻井过程中,对待井斜的原则是: 防偏为主、纠偏为辅。 在表土层或软岩中井斜大可用刷大井帮(扩大井径)的办法纠斜。 在硬岩中纠偏就十分困难了。 (三)测斜 四、钻井中常遇到的一些问题 (一)表土钻井的泥包问题 钻头在粘土层或软岩中钻进时,由于破碎下来的泥块不能及时清洗,以致粘糊在刀具、刀盘和钻头体上,无法再继续钻进。 这种现象叫泥包钻头或钻头泥包。 它在表土层中最易发生。 例如: 在朔里南风井为了防止泥包钻头而修改钻头达19次。 在页岩中钻井也常发生。 泥包钻头产生的原因和防止方法: 1.刀具结构不合理。 特别在表土层中,刀具型式和布置不合理都容易形成泥包钻头。 经验证明: 在表土层用刮刀宜采用铧犁式为好,行星式带斜面的刮刀泥包次数明显减少。 钻头的刀盘最好不用敝开式的,以改善泥井效果。 应当指出: 在表土层中钻井的刀具和钻头体结构形式是尚在研究和改进的一个课题。 2.泥浆浓度过大也容易产生泥包钻头。 洗井效果不好或洗井能力不足也是造成泥包钻头的原因。 钻粘土层时泥浆浓度必须经常调整。 在加大钻压提高钻速时,必须加大洗井能力,使钻速和洗井两者协调。 (二)岩石钻进中的跳钻问题 在岩石钻进中,特别是在中硬岩和硬岩中钻井时,有时钻头、钻杆和方钻杆整体上下跳动得十分明显,或连续跳动,或间断跳动,这种现象叫跳钻。 大直径钻井中跳钻的原因和处理方法: 1.刀具脱落时,在工作台上能感到不均匀的间断跳钻现象,这时需提钻打捞落物,以免损伤其它刀具或刀盘。 2.由于刀具布置不当而使井底工作面形成规则的锯齿形。 当刀齿到达工作面齿顶时向锯齿谷滑动.形成有节奏的连续跳动。 特别在硬岩中使用球齿时容易发生。 3.岩层有大裂隙或严重不均匀,使刀具受力不均而产生跳动。 遇到这种情况只能减小钻压低转数,加强洗井谨慎的通过这一地段。 (三)井内落物的处理 钻井中刀具脱落,钻杆拆断,风管或钻头落井等事故时有发生。 对落物必须及时打捞。 我国钻井工地对打捞落物积累并创造了一些切实可行的经验和方法。 如电磁打捞器用来打捞牙轮;刮刀等较轻的钢质物体;回形打捞器用于打捞钻杆;钳形打捞器可打捞非圆形的落物。 此外还有龙门式打捞器、绳式打捞器、套筒式打捞器等。 总之随着落物的不同和井深的不同,而采取不同的打捞方式。 (四)卡钻问题 钻头由于非设备的原因提升困难,甚至提不起,下放也困难,有时也扭不动,这种现象叫卡钻。 在表土层钻进多是由于泥包钻头;或泥浆失水大而形成厚泥饼;或井帮坍塌;或下放钻头时下到工作面沉淀物中都能造成卡钻。 井斜大又不规则也容易造成卡钻。 为防止卡钻应注意以下几点: 1.提钻头之前进行一段时间洗井使工作面清洁。 在下钻头时,下放到离工作面1~2米即开始洗井,边洗井边下放钻头至工作面。 2.经常检查和调整洗井液性能,防止井帮坍塌。 如已发生坍塌应加强洗井排除坍塌物并调整泥浆性能。 3.井筒偏斜值大且方向又不规则,在提升钻头时也容易造成卡钻。 这时用局部扩大井径的方法努力纠斜。 (五)洗井液的漏失 这里所说漏失指的是在大裂隙或砾石层中的大量漏失洗井液。 这时应进行堵漏。 当用泥浆作为洗井液时可调节泥浆性能用它作为堵漏材料。 如果用清水洗井时,可以用水泥浆去堵漏。 最好是在钻井前,对可能发生漏失的地层进行预注浆。 4、洗井与净化的概念。 在钻井中使用连续流动的介质将钻碎的岩碴从工作面清除并带出并筒的过程叫洗井。 为了能重复使用洗井介质,将含有岩碴的洗井介质在地面进行分离叫净化。 5、钻井偏斜的原因及防偏、纠偏措施及原则。 产生井斜的原因: ①操作和设备的因素;②地质条件。 防偏的措施: ①首先保证钻机制造和安装质量。 在钻头上加稳定器,证明对防偏能起到一定的作用。 ②坚持减压钻进。 在钻进初期采用低钻压低钻速以保持垂直,对下段井垂直有很大作用。 根据国外经验: 钻压保持在大钩悬重的l/3以下就可以保持井直。 ③定时测斜及时了解井筒偏斜情况,以便及时采取措施纠正或预防。 原则: 防偏为主、纠偏为辅。 在表土层或软岩中井斜大可用刷大井帮(扩大井径)的办法纠斜。 在硬岩中纠偏就十分困难了。 6、常见的钻进故障及其原因与处理方法。 (一)表土钻井的泥包问题 钻头在粘土层或软岩中钻进时,由于破碎下来的泥块不能及时清洗,以致粘糊在刀具、刀盘和钻头体上,无法再继续钻进。 这种现象叫泥包钻头或钻头泥包。 它在表土层中最易发生。 例如: 在朔里南风井为了防止泥包钻头而修改钻头达19次。 在页岩中钻井也常发生。 泥包钻头产生的原因和防止方法: ①刀具结构不合理。 特别在表土层中,刀具型式和布置不合理都容易形成泥包钻头。 经验证明: 在表土层用刮刀宜采用铧犁式为好,行星式带斜面的刮刀泥包次数明显减少。 钻头的刀盘最好不用敝开式的,以改善泥井效果。 应当指出: 在表土层中钻井的刀具和钻头体结构形式是尚在研究和改进的一个课题。 ②泥浆浓度过大也容易产生泥包钻头。 洗井效果不好或洗井能力不足也是造成泥包钻头的原因。 钻粘土层时泥浆浓度必须经常调整。 在加大钻压提高钻速时,必须加大洗井能力,使钻速和洗井两者协调。 (二)岩石钻进中的跳钻问题 在岩石钻进中,特别是在中硬岩和硬岩中钻井时,有时钻头、钻杆和方钻杆整体上下跳动得十分明显,或连续跳动,或间断跳动,这种现象叫跳钻。 大直径钻井中跳钻的原因和处理方法: ①刀具脱落时,在工作台上能感到不均匀的间断跳钻现象,这时需提钻打捞落物,以免损伤其它刀具或刀盘。 ②由于刀具布置不当而使井底工作面形成规则的锯齿形。 当刀齿到达工作面齿顶时向锯齿谷滑动.形成有节奏的连续跳动。 特别在硬岩中使用球齿时容易发生。 ③岩层有大裂隙或严重不均匀,使刀具受力不均而产生跳动。 遇到这种情况只能减小钻压低转数,加强洗井谨慎的通过这一地段。 (三)井内落物的处理 钻井中刀具脱落,钻杆拆断,风管或钻头落井等事故时有发生。 对落物必须及时打捞。 我国钻井工地对打捞落物积累并创造了一些切实可行的经验和方法。 如电磁打捞器用来打捞牙轮;刮刀等较轻的钢质物体;回形打捞器用于打捞钻杆;钳形打捞器可打捞非圆形的落物。 此外还有龙门式打捞器、绳式打捞器、套筒式打捞器等。 总之随着落物的不同和井深的不同,而采取不同的打捞方式。 (四)卡钻问题 钻头由于非设备的原因提升困难,甚至提不起,下放也困难,有时也扭不动,这种现象叫卡钻。 在表土层钻进多是由于泥包钻头;或泥浆失水大而形成厚泥饼;或井帮坍塌;或下放钻头时下到工作面沉淀物中都能造成卡钻。 井斜大又不规则也容易造成卡钻。 为防止卡钻应注意以下几点: ①提钻头之前进行一段时间洗井使工作面清洁。 在下钻头时,下放到离工作面1~2米即开始洗井,边洗井边下放钻头至工作面。 ②经常检查和调整洗井液性能,防止井帮坍塌。 如已发生坍塌应加强洗井排除坍塌物并调整泥浆性能。 ③井筒偏斜值大且方向又不规则,在提升钻头时也容易造成卡钻。 这时用局部扩大井径的方法努力纠斜。 (五)洗井液的漏失 这里所说漏失指的是在大裂隙或砾石层中的大量漏失洗井液。 这时应进行堵漏。 当用泥浆作为洗井液时可调节泥浆性能用它作为堵漏材料。 如果用清水洗井时,可以用水泥浆去堵漏。 最好是在钻井前,对可能发生漏失的地层进行预注浆。 7、泥包钻头定义。 钻头在粘土层或软岩中钻进时,由于破碎下来的泥块不能及时清洗,以致粘糊在刀具、刀盘和钻头体上,无法再继续钻进。 这种现象叫泥包钻头或钻头泥包。 它在表土层中最易发生。 8、压气排液器的原理及作用。 原理: 在压缩空气没有注入混合器之前,井筒与排浆管的液面高是相同的(其比重相等)。 当压缩空气通入排浆管,并与洗井液较均匀的混合后,混合液的比重小于洗井液的比重,在井筒内液柱压力的作用下使混合的气液上升,气泡上升过程中由于外界压力减小而继续膨胀,其膨胀功转化为动能,提高了混合液上升的速度,直到管内外压力差消失为止。 作用: 9、泥浆的作用。 泥浆的护壁原理: 泥浆在自重作用下向井帮的孔洞和缝隙中渗入。 一部分较大的颗粒附在井帮上,而较细小的颗粒(胶休颗粒)则进入地层,孔洞逐渐减小,泥浆在粘土颗粒间的间隙逐渐浓缩、充塞,形成一个薄而韧的泥面叫泥饼,它的渗水能力很小。 10、反井钻进适用条件。 ①待施工工程的下部已有开挖了的巷道; ②孔壁能自稳。 第四章沉井法 1、沉井法的概念、实质。 实质: 在设计位置上,预制好底部附有刃脚的一段筒状结构物(沉井),然后在沉井围护下从井内不断挖土,使沉井靠其自重克服其外壁与土层间的摩擦阻力和刃脚下部的正面阻力而不断下沉。 随着沉井下沉,在地面相应接长井壁,如此周而复始,达到预定设计标高后,再进行封底(或固井),形成一个地下建筑物或构筑物。 2、沉井施工工艺过程。 (1)施工准备 (2)水下掘进与出矸 (3)井壁施工 (4)封底与固井 3、沉井偏斜的原因及防、纠偏方法。 原因: (1)地质原因-客观原因: 厚薄不均、软硬不均、地层倾斜、不均匀地压等 (2)施工质量与方法-主观原因: ①刃脚和井壁不圆、不直、不光滑; ②工作面破土不当致使正面阻力不均匀; ③导向装置失效; ④壁后减阻装置失效,被迫降水迫沉,引起涌砂冒泥。 防偏方法: ①确保井壁和刃脚的施工质量; ②工作面要均匀对称破土; ③设备并确保导向装置可靠; ④防止降水迫沉和突沉。 纠偏方法: ①顶柱法; ②液压千斤顶法; ③偏挖土法; ④偏释放气压法; ⑤偏加载法。 4、沉井下沉条件与减阻方法。 减阻方法: (1)壁后充填泥浆减阻: ①变固体间摩擦为固体与液体间摩擦; ②泥浆类同钻井泥浆。 (2)壁后释放压气减阻: 在壁后形成气幕,变固体间摩擦为固体与气体间摩擦。 第五章混凝土帷幕法(地下连续墙) 1、混凝土帷幕法(地下连续墙)概念、施工过程 混凝土帷幕法,就是预先在设计井筒周围造成一封闭圆筒状混凝土帷幕,深度穿过含水不稳定地层进入稳定基岩层,可在其保护下安全地进行井筒掘砌作业。 —艇情况下,沿井筒圆周划分为二至三段圆弧,依次在各圆弧段内用造孔机械向下钻孔.并连通形成槽孔,然后在槽孔内灌注混凝土。 各段槽孔内温凝土互相嵌接起来,即形成需要的混凝土帷幕。 第六章浅表土及其它特殊施工技术 1、掌握并理解各种施工方法的概念和实质 (1)降低水位法: 在浅表土不稳定的含水地层中,开凿井筒或建筑工程基坑开挖前,预先在其周围布置一定数量的抽水管井,利用真空原理.用排水设备不断抽水,使地下水位降低到要求的水平,以保证地下工程在无水稳定状态下施工。 (2)电化学加固法: 土的物理力学性质随吸附在土颗粒表面上的阳离子的不同而变化。 例如土带有一定量弱连接力、强交换力、低价的正离子,象钠和锂,它们吸附并保持了大量的水在土颗粒的表面及其周围。 这种结构的土抗剪强度较低。 反之,如果土颗粒带有连接强度大的钙、镁或铝的离子,则吸附的水少,土结构则更稳定。 因为土颗粒吸附的正离子是可交换的,所以如在土中注入含有富余强连接力的阳离子溶液,使这样的溶液进入含有弱连接力、强交换力离子的土层,由于离子的交换,可使土质得以改善。 这就是在一些岩土过程中,在蒙脱石中加入石灰或水泥等其它成分的缘故。 需要加固的岩土往往是低渗透性的,这样的土阻止了附加剂的注入。 用电渗方法促进化学附加剂的注入和渗透,这便是电化学加固,它是电渗法与化学注浆技术的结合。 (3)板桩法: 板桩通常被用作连续的挡土墙形式的支护。 板桩法的实质是在地下工程尚未开挖前,在其荒断面外,将板桩依次打入,穿过不稳定含水层,插入到隔水层中。 此后,在板桩的临时支护下进行掘砌作业。 随着掘进及时用井圈或支撑加固板桩,增加其强度与稳定性。 (4)管棚法: 管棚是指利用钢拱架沿开挖轮廓线以较小的外插角、向开挖面前方打入钢管构成的硼架来形成对开挖面前方围岩的预支护。 管棚法或称伞拱法,是一种隧道掘进超前支护技术。 在交通繁忙的公路、铁路或建筑物下修建横贯隧道时,由于地面荷载很大,又不能采用明挖法,因此近年发展了应用管棚支撑的隧道暗挖技术。 管棚法的实质是在拟开凿的隧道衬砌拱圈的外弧线上,经钻孔预先成排、间隔地安设惯性力距很大的钢管(直径15~60cm),起临时支护作用,用来保证掘进、支护安全,防止土层坍塌。 (5)旋喷法 高压喷射注浆法一般是用工程钻机成孔至设计处理的深度后,用高压泥桨泵等高压发生装置,通过安装在钻杆杆端的特殊喷嘴,向周围土体喷射化学浆液(一般使用水泥浆液),同时钻杆以一定的速度渐渐向上提升,高压射流使一定范围内的土体结构遭到破坏,并使土与化学浆液混合、胶结、硬化,在地基土中形成直径均匀的圆柱体或尺寸一定的板壁。 盾构法: 盾构法是在盾构保护下修筑软土隧道的一类施工方法。 这类方法的特点是地层掘进、出土运输、衬砌拼装、接缝防水和盾尾间隙注浆充填等作业都在盾构保护下进行,并需随时排除地下水和控制地面沉降,因而是工艺技术要求高、综合性强的一类施工方法。 实质: 是一种具有超支护,采用机械或人式破岩的暗挖隧道施工技术。 先在隧道某段的一端建造出发井,以供盾构安装就位。 盾构从出发井的墙壁开孔处出发,在地层中沿着设计轴线,向到达井推进。 盾构推进中所受到的地层阻力,通过盾构千斤顶传到盾构尾部已拼装的预制隧道衬砌结构上,再传到地层和出发井的后靠壁上。 地层的围压由盾构支承。
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