岩土特殊施工重点整理Word下载.docx
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蒸发器：
将低压液态氨（4）等压蒸发为饱和蒸汽氨
（1）。
6.冻结井筒掘进施工的特点。
答：
冻结井筒较普通掘进简单，井内无淋水、涌水，不需要井筒排水设备。
由于冻结壁起着临时支护作用，一般也无需临时支护。
挖掘工具如装载机具用风镐、风铲、抓岩机或冻土挖掘机等。
在低温环境下挖掘冻土相当艰苦。
为了防止风动机具冻死，在地面需安装除湿设备，压风在入井之前应先除去其中的水分，否则，风动机具因冻堵气压无法正常工作，掘进速度将大大降低。
需安装机械通风设备。
一般情况下，人工掘进时，采用自然通风。
7.冻结井筒施工过程。
冻结站安装钻孔施工井筒冻结井筒掘砌
首先在井筒周围打一定数量的冻结孔，孔内安装冻结器，冻结器由带有底锥的冻结管和底部开口的供液管所组成。
冷冻站的低温盐水（－30℃左右）经去路盐水干管、配液圈到供液管底部，沿冻结管和供液管之间的环形空间上升到集液圈、回路盐水干管至冷冻站的盐水箱，形成盐水循环。
低温盐水在冻结管中沿环形空间流动时，吸收其周围岩层的热量，使周围岩层冻结，逐渐扩展连成封闭的冻结圆筒（冻结壁）。
随着盐水循环的进行，冻结壁厚度逐渐增大，直到达到设计厚度和强度为止（积极冻结）。
然后进行井筒的开挖和衬砌。
在掘砌期间进行维护冻结（消极冻结），直至井筒永久结构完成停止冻结。
8冻结法施工中水位观察孔和测温孔布置方式和作用。
水文观察孔布置：
位置：
距井心1m左右，以不影响掘进时井筒测量；
数量：
1~3个；
深度：
穿过所以含水层，但不应大于冻结深度或偏出井筒；
结构：
1~3层，可实现单管多报导；
注意：
防止含水层窜水影响交圈
水位观察孔作用：
当冻结圆柱交圈后，井筒周围便形成一个封闭的冻结圆筒，由于水变成冰后体积膨胀作用，使水位观察孔内水位上升，以致溢出地面。
水位观察孔溢水是冻结圆柱交圈的重要标志。
测温孔布置
2~5个；
内缘、外缘，两圈之间；
穿过冻土发展较慢地层，如粘土层；
测温管径：
一般108mm
作用：
确定冻结壁厚度和平均温度；
9.影响掘进段高的因素、以及各因素与掘进段高关系。
影响因素：
地压越大，段高越小（一般来说，地压随井筒深度增加而增大，而段高却应随之增加而减小。
）；
当深度相同时，塑性岩土较非塑性岩土压力大，段高也相应减小；
井筒掘进直径、冻结壁厚度及其形状（对称程度）等，均对段高选取有影响；
掘进速度。
掘进速度反映了片帮暴露时间的长短，冻土是流变体，当地压不变时，变形随暴露时间增加而增大。
因此，掘进速度快时段高可大一些，反之，段高应小一些。
冻结壁内的平均温度。
冻结壁内的平均温度越低，冻土强度就越大，冻结壁的承载能力也就越大，段高相应地可大一些。
冻结壁形成过程。
冻土中的水变为冰的状况和冻结速度有关，如果盐水温度低，低冻结速度快，岩土中的水才会变成六面冰晶体，否则将变成针状冰晶体。
由于六面冰晶体较针状冰晶体强度高，故冻结速度较快时，段高可大些，否则段高则应小一些。
10.冻结井壁施工的特点。
1.井壁应有足够的强度和防水性能，以适应不稳定表土层含水丰富和地压大的特点。
2.井壁在矿井投产后，能承受采动压力的影响。
3.井壁在低温环境下施工，混凝土井壁养护条件差，水化不充分，影响强度增长，不能达到预期的强度等级。
4.井壁在冻结壁的环抱下施工，从一开始使承受着冻结压力，根据实测结果冻结压力有时可能超过地压，因此，要求井壁有较高的初期强度来限制冻结壁的径向变形，否则，可能导致冻结管断裂。
11.常用的冻结方案及影响因素、各方案特点、适用条件，如何进行冻结方案优化。
1.等深全长冻结方案：
同圈（排）孔的长度（深度）相同，同圈（排）孔全长同时冻结。
施工工序简单，适应性强，能一次穿过多个含水层等优点,不足是冻结站制冷量大，冻结壁厚度上下不均匀。
2.差异冻结方案：
同圈（排）管的深（长）度不同。
应有条件：
下（后）部岩土易于冻结时
对下（后）部冻土墙的强度要求低或主要起封水作用时。
该方案可以少挖冻土，有效地利用冷量，加快了掘进速度，从而降低凿井成本。
3.分段（分期）冻结方案：
沿管长分若干段，按一定顺序冻结。
为了节省冷量冻结时；
工程或地层条件具备分段条件时；
分段位置要合理，一般在厚隔水层中。
分段冻结要求在分段处一定要有较厚的隔水层（粘土层）搭接，分段要尽量均匀，使每段供冷均衡。
4.局部冻结方案：
如果只需局部地段需要冻结，可采用此方案。
应用于事故处理，特殊地层条件
5.斜井冻结方案：
钻孔和下管难度大，钻孔量最小，冻结管用量最小，最节省冷量。
斜井冻结方案有斜孔、直孔和直斜孔冻结三种。
6.分圈异步冻结方案：
将各圈管视为单井单圈冻结，各圈（排）管开冻时间不同。
作用是降低高峰需冷量，减少夹层水冻胀力，节省冷量。
地质条件：
岩性及分布,冰点,地温；
水文条件：
含水层位置、水压、流速流向等；
施工设备：
制冷能力，打钻孔水平等；
技术水平：
掘砌速度等；
井筒的工程特征：
深度、直径、壁厚等。
方案选择：
应以安全可靠和取得技术经济最佳效果为原则。
12．岩土中水冻结过程。
如图1-40：
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.冻结法施工中对水源井位置的要求及原因。
水源井位置：
为避免人为加大地下水流速，影响冻结壁交圈：
1.水源井的布置应使冻结井筒在其降水漏斗影响范围以外。
2.位于地下水流的上游。
3.水源井应距冻结井筒300以上，两水源井间距不小于150m。
14.冻结法施工中钻孔偏斜的原因及防治措施。
原因：
1、地层方面：
软硬不均，倾角不同，有空洞、裂隙等
2、安装与操作技术方面：
导向管和钻机主轴安装不正，钻压过大，泥浆质量不好等
防治措施：
采用纠偏钻具：
涡轮钻具、戴纳钻具等专用钻具。
15.冻结法施工中常见问题及处理方法。
冻死风动工具–-----压风除湿（干燥、冷凝）；
爆破破坏冻结管-------------多打眼、少装药；
冻结管偏入井内---------关闭，割去；
水文观察孔堵塞、压扁；
冻结管断裂，严重时透水淹井；
片帮---------------加防片帮孔、加强冻结；
冻结壁未交圈；
冻结壁变形大，压坏外层井壁（缩段高、强化冻结）。
16.冻结法施工的井筒，砌筑中保证井壁质量的措施和方法。
1.提高混凝土等级----增加1~2级；
2、提高入模温度>
20℃；
加入化学添加剂防冻剂,早强剂,减水剂,密实剂等；
3.加入矿物添加剂硅粉、粉煤灰、矿渣等；
4.改井接茬方式单斜面-双斜面,止水带,钢板接茬；
5.铺泡沫塑料板隔温、隔水、均压、让压
17.冻结法施工的井筒，加快掘砌速度的措施和方法。
1、冻掘配合，尽量少挖冻土；
2、采用挖掘机等机械；
3、适当使用爆破破土；
4、实行正循环作业；
5、注意风动设备除湿；
6、凿井设备机械化配套
18.加速和强化冻结的方法。
降低盐水温度；
缩短间排距；
加长冻结时间
强化换热效果
加大管径
强化管壁传热效果（如：
铜管）
加大盐水流量
19.冻结管断裂的原因及防治措施。
（内因：
钻孔及冻结器问题；
外因：
冻结壁变形大，冻结管受力过大）
内因：
（冻结管材质及其连结结构在低温工作条件下的物理力学性能不良）
1.钻孔偏斜及弯曲大：
控制孔偏斜及孔间距
2.冻结壁形状严重不规则：
在孔质量合格的前提下，保证各冻结管流量一致
3.管材及接头强度低：
一般能满足，完全随冻结变形
4.管接头适应变形能力差:
采用内衬管接头、采用Ω形接头
1.冻结壁变形大：
【地压大；
冻结粘土的强度低；
冻结壁平均温度偏高；
冻结壁的有效厚度小；
掘进段高大；
冻结壁暴露时间长】通过改进设计、强化冻结解决
2.爆破震动力过大：
控制装药量及炮孔至冻结管间距
防断管措施：
1.取最薄弱粘土层和最深土层为控制层：
设计冻结壁的厚度与平均温度
2.强化冻结：
降低平均温度，增大厚度
3.提高冻结管的变形能力：
采用低温塑性好的管材；
变形能力好的接头
4.实施信息化施工，保证冻、掘科学配合
5.合理进行爆破作业
20.冻结井壁结构的发展历程、井壁结构类型及双层复合井壁各组成部分作用。
井壁结构类型：
单层井壁、双层井壁、复合井壁
复合井壁（在双层井壁中间设一防水及可塑性夹层），作用：
防水、缓冲地压，允许外壁上下和径向滑动。
21.冻结井壁、冻结壁设计计算。
第2章注浆法-主要内容
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。
2.注浆法的分类方法很多，通常下列几种：
（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。
3.水玻璃模数、注浆压力等概念
水玻璃模数：
玻璃可根据碱金属的种类分为钠水玻璃和钾水玻璃，其分子式分别为Na2O·
nSiO2和K2O·
nSiO2.式中的系数n称为水玻璃模数，是水玻璃中的二氧化硅和碱金属氧化物的物质量之比。
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
4.止浆垫的概念及止浆垫的作用
止浆垫：
是指井筒工作面预注浆时，预先在含水层上方构筑的，能够承受最大注浆压力（压强）并防止向掘进工作面漏跑浆的混凝土构筑物。
（止浆垫一般是整体浇筑混凝土，其结构形式主要有单级平底型和单级球面型两种。
）
止浆垫的作用在于封闭含水层涌水，安装注浆导向管和保证在用最大压力注浆时，不使浆液从含水层翻入井内。
5.注浆施工的主要工序。
1）注浆孔施工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。
5）井筒掘砌。
6.常用注浆方式及其特点和适用条件。
对不同孔：
单孔顺序注浆：
一次注一个孔。
先注单号孔，后注双号孔；
多孔同时注浆：
一次注几个孔
对同一孔不同深度：
分段下行式（工艺：
自上而下钻一段孔、注一段浆；
同段内先钻孔后注浆。
特点：
向上冒浆少，钻孔和扫孔工作量大）；
适用于岩石破碎、裂隙发育、孔壁不易设止浆塞的岩层和涌水大、厚度不大于40m的含水层。
分段上行式（工艺：
一次钻到终深，用止浆塞实现自下而上的注浆。
无重复钻孔量，要求止浆塞可靠。
适用于注浆深度不大于200m，比较稳定的裂隙岩层。
一次全深注浆方式（工艺：
钻孔一次钻到终深，对全段高进行注浆。
段高大时，浆液扩散不均；
对供浆量要求大）；
适用于埋藏较浅、裂隙比较均匀的含水层内。
7.常用注浆材料及特点。
无机浆液（单液水泥浆、水泥-水玻璃浆、水泥-粘土浆液、水玻璃类等）
单液水泥浆：
来源广、便宜、环境友好；
结石体强度高、抗渗性能好；
凝胶时间可调；
工艺、设备简单；
一般水泥颗粒平均粒径约为0.08mm（<
3d难）；
超细水泥颗粒平均粒径约为0.004mm
水泥-水玻璃浆：
来源广、便宜、环境友好;
结石体强度高、结石率高;
凝胶时间可调;
工艺、设备简单;
同水泥浆液
水泥-粘土浆液:
与单液水泥浆相比：
更便宜;
结石体强度低;
可注性略好
水玻璃类:
优点：
凝胶时间可短;
结石体强度较高;
工艺、设备简单
无机系浆液：
成本低，一般对环境污染小，一般优先选用。
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。
有机系浆液（丙烯酰胺类、铬木素类、脲醛树脂类、聚氨酯类、糠醛树脂类等）
丙烯酰胺类：
粘度近似于水，可注性好；
凝胶时间准确可调；
价格昂贵
铬木素类：
粘度低，可注性好；
凝胶时间可控，抗渗性好；
来源广、价格低；
6价铬离子污染地下水
脲醛树脂类：
强度高，但易脆；
凝胶时间可控；
甲醛有刺激味；
在酸性条件下固化，对设备有腐蚀，对人体不安全
聚氨酯类：
WPU浆液粘度低，可注性好；
PM浆液遇水膨胀；
有机系浆液：
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；
有机系浆液多只用于小体积的注浆工程中。
｛一种理想的注浆材料应该是：
粘度低、流动性好；
具有可调节控制的凝胶时间；
结石率高、强度大、抗渗透性强；
稳定性好；
价格低廉、来源富足，并且不污染环境、对人体无害。
｝
8.注浆过程中常见的故障及其处理方法。
1.注浆孔倾斜：
以防为主，只要在上场前做好场地平整工作，并在施钻时适当加长开孔管即可。
2.
可灌性差：
可在正式注浆前增大试注浆孔数，使之能正确反映整个施工区域的情况，并调整注浆压力、配比等相关参数。
如在正式注浆工程中发现局部区域存在可灌性差的现象，可采用局部增加注浆孔进行补救。
3.冒浆：
调整注浆压力，限制进浆量，间歇注浆以及重新嵌套管（或加止浆塞）可对该质量问题加以防治，必要时在止浆处下套管，用水泥砂浆封住，重新扫孔注浆。
4.
串浆：
可采用加大孔间的间距，适当延长相邻孔施工时间的间隔，用止浆塞塞于被串孔串浆部位上方2～3m处，相邻串浆孔同时注浆这几种方法进行处理。
5.浆液过量流失到非注浆部位
：
可采用
（1）低压或自流注浆；
（2）改用较浓浆液；
（3）加速凝剂；
（4）加粗骨料；
（5）间歇注浆；
（6）控制注浆施工程序，在注浆范围的边缘和底部用水泥－水玻璃浆液，调整配合比，使其在十几分钟内凝固以封闭外围及地层；
（7）用泵量较小的泵。
9.注浆参数
注浆压力；
浆液注入量（一个注浆孔的受注段注入的浆液量）；
注浆段高（一次注浆的长度，段高越大则钻孔与注浆工序的重复次数越少，工期越短）；
扩散范围（用扩散半径和有效扩散半径表示）
10.注浆材料改性措施和方法。
技术路线：
降低平均粒径；
降低粘度；
降低对人和环境的不利影响
11.注浆法有待研究的问题。
纳米注浆材料及注浆工艺；
注浆效果检测技术；
新型注浆工艺与设备；
浆液在裂隙网中的流动理论；
孔隙水注浆堵水技术
•第3章钻井法-主要内容
1.钻井法的概念、特点、适用条件、主要工序。
概念：
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。
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。
从技术上讲钻井法可用于任何地层。
主要工序：
钻进、泥浆洗井护壁、下沉预制井壁和壁后注浆固井等。
2.立井钻机凿井的基本工艺流程。
钻进、洗井、支护
3.钻机的四大功能系统及各系统功能。
一、钻具系统：
钻具系统包括钻头和钻杆。
它的主要功用是使钻头在旋转中破碎工作面岩石。
二、旋转系统：
包括转盘及其传动装置（简称“转盘”），方钻杆。
转盘产生的旋转扭矩经方钻杆传递给钻杆和钻头，使钻头旋转。
三、提吊系统：
包括钻塔、绞车及其传动装置（简称“绞车”）复滑轮组（包括天车、游车、钢过绳等）、大钩。
提吊系统的主要用途是提升或下放钻具，以及在钻进时提吊钻具并调节给进速度，以达到控制钻压的目的，砌井时它提吊和下放井壁。
四、洗井系统：
煤矿大直径钻井一船用反循环洗井。
洗井液自沟槽依自重流入井筒，在压气排液器的作用下，洗井液流动冲洗工作面上的岩碴至钻头的吸入口进入钻杆，上升至水龙头，流入排浆管，经溜槽到沉淀池。
洗井系统的功用是及时清除钻头破碎的岩碴，同时对刀具进行冷却。
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井筒的过程叫洗井。
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。
洗井循环一般指的是洗井和净化的总合。
5.钻井偏斜的原因及防偏、纠偏措施及原则。
1、操作和设备的因素2、地质条件
纠偏措施：
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
6.常见的钻进故障及其原因与处理防治方法。
（一）表土钻井的泥包问题
泥包钻头产生的原因和防治方法：
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，以改善洗井效果。
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
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
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。
8.大直径钻井的井壁材料和结构形式
井壁材料：
钢筋、钢材、混凝土
结构形式：
单层钢筋混凝土、单层钢筋混凝土与钢板复合；
同冻结井壁内壁或外壁。
9.钻井法中压气排液器的原理及作用。
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。
（在反循环洗井方式中，使洗井液循环的动力设备就是压气排液器。
10.泥浆的作用及泥浆的护壁原理
1．洗井2．护壁3.冷却钻具4．漂浮下沉井壁
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。
11.反井钻进适用条件、立井掘进机钻进适用条件等。
反井钻进适用条件：
待施工工程的下部已有开挖了的巷道；
孔壁能自稳
立井掘进机适用条件：
12.钻井法有待解决的技术问题。
水射流破土技术；
冲击旋转破岩钻头；
新型洗井与护壁技术；
空气洗井技术；
刀具轴承密封技术；
井壁下沉稳定性；
新型钻井井壁材料与结构；
壁后充填与固井技术；
泥浆处理技术。
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