阅读说明：本技术 斜井冻结施工工艺以及斜井冻结系统 (Inclined shaft freezing construction process and inclined shaft freezing system ) 是由 王英波 张立刚 李锐志 牛鹏翔 郭永富 陈跃文 杨岩斌 于 2020-07-30 设计创作，主要内容包括：本发明涉及斜井井筒冻结技术领域,提出了斜井冻结施工工艺以及斜井冻结系统,包括明挖和暗挖两种方式,明挖转为暗挖施工时包括步骤如下,划分出明槽段,明槽段内布置若干斜井冻结孔,在明槽段两侧再分别布置若干明槽冻结孔,在明槽段内沿着掘进方向的起始一侧,增设封头冻结孔,在明槽段内沿着掘进方向的终止一侧,增设封尾冻结孔,在明槽段内布置测温孔,明槽段以及新划分的第一冻结段整段投入冻结,冻结壁交圈后,明槽段开挖。通过上述技术方案,解决了现有技术中斜井冻结明挖转暗挖的施工周期长的问题。(The invention relates to the technical field of inclined shaft freezing, and provides an inclined shaft freezing construction process and an inclined shaft freezing system, which comprise an open excavation mode and a subsurface excavation mode. Through the technical scheme, the problem that the construction period of the inclined shaft freezing open excavation-underground excavation in the prior art is long is solved.)

斜井冻结施工工艺以及斜井冻结系统

技术领域

本发明涉及斜井井筒冻结技术领域，具体的，涉及斜井冻结施工工艺以及斜井冻结系统。

背景技术

目前，斜井冻结法施工一般采用分段冻结，即将冻结段划分为若干段，第一段首先开冻，根据冻结状况及掘进进度，确定第二段开始冻结的时间，依次类推后续段开冻时间，节约制冷量的同时，达到满足井筒连续掘进的要求。

斜井第一冻结段施工包含明挖、暗挖两种施工工艺，明挖相当于基坑开挖，暗挖是在地下施工，施工工艺不同，尤其明挖转为暗挖的衔接处，十分必要，明挖施工如何防倾覆是本领域技术难题，按照常规设计，第一段冻结壁厚度达到明槽防倾覆的要求后方能进行明挖施工，同时明挖转暗挖时，由于井筒上部覆土薄，容易坍塌，因此明挖段必须延伸开挖深度，增大明转暗时井筒上部覆土厚度，此时，冻结壁厚度及强度已超出暗挖施工所需，延长了开冻至开挖时间，增加了制冷费用。

发明内容

本发明提出斜井冻结施工工艺以及斜井冻结系统，解决了现有技术中斜井明挖转暗挖时，冻结的施工周期长的问题。

本发明的技术方案如下：

.一种斜井冻结施工工艺，包括明挖和暗挖两种方式，明挖转为暗挖施工时包括步骤如下

A：划分出明槽段，明槽段位于地表以下，靠近地表的区域，

B：明槽段内布置若干斜井冻结孔，

C：在所述明槽段内所述斜井冻结孔两侧分别布置若干明槽冻结孔，用于加快所述明槽段内边排所述斜井冻结孔的冻结速度，

D：在所述明槽段内沿着掘进方向的起始一侧，增设封头冻结孔，所述封头冻结孔用于加快沿掘进方向起始一侧的冻结速度，

E：在所述明槽段内沿着掘进方向的终止一侧，增设封尾冻结孔，所述封尾冻结孔用于加快沿掘进方向终止一侧的冻结速度，

F：在所述明槽段内布置测温孔，

G：冻结管下放到所述斜井冻结孔、所述明槽冻结孔、所述封头冻结孔和所述封尾冻结孔内，测温管下放到所述测温孔内，所述明槽段整段投入冻结，

H：冻结完成后，明槽段开挖。

作为进一步的技术方案，在步骤A中，以进入地表深度3m为界，从地表到深度为3m的位置之间为所述明槽段。

作为进一步的技术方案，在步骤C中，所述明槽段内所述斜井冻结孔有若干排，相同侧的所述明槽冻结孔也排列成排，所述明槽冻结孔与其紧邻排的所述斜井冻结孔数量相同。

作为进一步的技术方案，在步骤D和步骤E中，所述斜井冻结孔有5排，所述封头冻结孔和所述封尾冻结孔设置在相邻排所述斜井冻结孔之间。

作为进一步的技术方案，在步骤F中，所述测温孔位于所述斜井冻结孔的两侧。

作为进一步的技术方案，在步骤F中，所述测温孔距离相邻排所述明槽冻结孔所在的直线的垂直距离为1.3m。

作为进一步的技术方案，所述明槽冻结孔的深度超过相同掘进深度位置的所述斜井冻结孔的深度。

作为进一步的技术方案，在步骤G中，所述冻结管和所述测温管采用规格为φ140*5mm的无缝管，所述冻结管和所述测温管采用规格为φ152*5mm的外接箍。

一种斜井冻结系统，使用所述的斜井冻结施工工艺施工，设置在所述明槽段内，包括若干所述斜井冻结孔，还包括

明槽冻结孔，所述斜井冻结孔两侧分别布置若干明槽冻结孔，相同侧的所述明槽冻结孔排列排，

封头冻结孔，在所述明槽段内沿着掘进方向的起始一侧，设置若干封头冻结孔，所述封头冻结孔设置在相邻排所述斜井冻结孔之间，

封尾冻结孔，在所述明槽段内沿着掘进方向的终止一侧，设置若干封尾冻结孔，所述封尾冻结孔设置在相邻排所述斜井冻结孔之间

本发明的工作原理及有益效果为：

现有技术中，斜井冻结法施工一般采用分段冻结，即将冻结段划分为若干段，第一冻结段首先开冻，根据冻结状况及掘进进度，确定第二冻结段开始冻结的时间，依次类推后续段开冻时间，冻结完成后，进行掘砌施工。掘砌施工包含明挖和暗挖两种方式，明挖施工防倾覆是重点，所以第一冻结段冻结时，冻结壁厚度达到防倾覆的要求后方能进行明挖施工，此时，冻结壁厚度及强度已超出暗挖施工所需，延长了开冻至开挖时间，增加了制冷费用。

本发明中，在原来的第一冻结段靠近地表的区域，进一步划分出明槽段，剩余部分作为新的第一冻结段，新的第一冻结段为暗挖段，明槽段内沿着斜井的掘进方向布置斜井冻结孔，在斜井冻结孔两侧分别增加若干明槽冻结孔，可以加快明槽段内边排斜井冻结孔的冻结速度，和提高明槽段内的两帮的冻结壁厚度和强度，在明槽段内沿着掘进方向的起始一侧增设封头冻结孔，终止一侧增设封尾冻结孔，可以加快沿掘进方向起始一侧和终止一侧的冻结速度，并且加快了斜井冻结孔中间排的冻结速度，同时还加固了明挖转暗挖时井筒顶板覆土，防倾覆，在最外侧布置测温孔，冻结管下放到斜井冻结孔、明槽冻结孔、封头冻结孔和封尾冻结孔内，测温管下放到测温孔内，明槽段整段投入冻结，这样布置和施工后，可以使得明槽段加强冻结，从而起到防明槽两帮倾覆的目的，并且达到新的第一冻结段，也就是暗挖段的提前安全施工、缩短施工工期的目的。

此方法不改变传统的钻孔施工、冻结施工工艺，操作方便，明槽段增加的明槽冻结孔、封头冻结孔、封尾冻结孔和测温孔易于施工，而且由于打孔位置均位于明槽段内，打孔的深度较浅，增加的冷量也较少，明挖、暗挖施工工艺差异及冻结壁作用不同，调整冻结方式，达到提前开挖目的，提前进入暗挖段，缩短施工工期。

附图说明

下面结合附图和具体实施施工工艺对本发明作进一步详细的说明。

图1为本发明结构示意图；

图2为图1的俯视图；

图3为本发明中斜井冻结全段施工的结构示意图；

图中：1-明槽段，2-剩余第一冻结段，3-冻结孔，4-明槽冻结孔，5-封头冻结孔，6-封尾冻结孔，7-测温孔，8-地坪层，9-静水位层，10-卵石层，11-基岩强风化带，12-基岩弱风化带，13-稳定基岩层。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都涉及本发明保护的范围。

如图1～图3所示，本实施例提出了

一种斜井冻结施工工艺，包括明挖和暗挖两种方式，明挖转为暗挖施工时包括步骤如下

A：划分出明槽段1，明槽段1位于地表以下，靠近地表的区域，

B：明槽段1内布置若干斜井冻结孔3，

C：在明槽段1内斜井冻结孔3两侧分别布置若干明槽冻结孔4，用于加快明槽段1内边排斜井冻结孔3的冻结速度，

D：在明槽段1内沿着掘进方向的起始一侧，增设封头冻结孔5，封头冻结孔5用于加快沿掘进方向起始一侧的冻结速度，

E：在明槽段1内沿着掘进方向的终止一侧，增设封尾冻结孔6，封尾冻结孔6用于加快沿掘进方向终止一侧的冻结速度，

F：在明槽段1内布置测温孔7，

G：冻结管下放到斜井冻结孔3、明槽冻结孔4、封头冻结孔5和封尾冻结孔6内，测温管下放到测温孔7内，明槽段1整段投入冻结，

H：冻结壁交圈后，需再冻结5～10天，明槽段开挖。

现有技术中，斜井冻结法施工一般采用分段冻结，即将冻结段划分为若干段，第一冻结段首先开冻，根据冻结状况及掘进进度，确定第二冻结段开始冻结的时间，依次类推后续段开冻时间，冻结完成后，进行掘砌施工。掘砌施工包含明挖和暗挖两种方式，明挖施工防倾覆是重点，所以第一冻结段冻结时，冻结壁厚度达到防倾覆的要求后方能进行明挖施工，此时，冻结壁厚度及强度已超出暗挖施工所需，延长了开冻至开挖时间，增加了制冷费用。

本实施例中，在原来的第一冻结段靠近地表的区域，进一步划分出明槽段1，剩余部分作为剩余第一冻结段2，也就是暗挖段，除了明槽段1内沿着斜井的掘进方向布置斜井冻结孔3外，还在斜井冻结孔3两侧分别增加若干明槽冻结孔4，可以加快明槽段1内边排斜井冻结孔3的冻结速度，和提高明槽段1内两帮的冻结壁厚度和强度，在明槽段1内沿着掘进方向的起始一侧增设封头冻结孔5，终止一侧增设封尾冻结孔6，可以加快沿掘进方向起始一侧和终止一侧的冻结速度，和加固明挖转暗挖时井筒顶板覆土，并且加快了斜井冻结孔3中间排的冻结速度，在最外侧布置测温孔7，冻结管下放到斜井冻结孔3、明槽冻结孔4、封头冻结孔5和封尾冻结孔6内，测温管下放到测温孔7内，明槽段1整段投入冻结，这样布置和施工后，可以使得明槽段1加强冻结，从而起到防倾覆的目的，并且达到暗挖提前安全施工，缩短施工工期的目的。

此方法不改变传统的钻孔施工、冻结施工工艺，操作方便，明槽段1增加的明槽冻结孔4、封头冻结孔5、封尾冻结孔6和测温孔7易于施工，而且由于打孔位置均位于明槽段1内，打孔的深度较浅，增加的冷量也较少，明挖、暗挖施工工艺差异及冻结壁作用不同，调整冻结方式，达到提前开挖目的，缩短施工工期。

进一步，在步骤A中，以进入地表深度3m为界，从地表到深度为3m的位置之间为明槽段1。

在现有技术中，由于井筒上部覆土薄，容易坍塌，因此必须延伸明挖的开挖深度，增大明挖转暗挖时井筒上部覆土厚度，一般需要2～5m的覆土厚度，本实施例中，使用此种斜井冻结施工工艺，覆土厚度也就是明槽段1的深度为3m就能满足需求，增加了制冷费用。

进一步，在步骤C中，明槽段1内斜井冻结孔3有若干排，相同侧的明槽冻结孔4也排列排，明槽冻结孔4与其紧邻排的斜井冻结孔3数量相同。

本实施例中，明槽冻结孔4可以加快明槽段1内边排斜井冻结孔3的冻结速度和加固明槽开挖时两帮冻结壁强度。

进一步，在步骤D和步骤E中，斜井冻结孔3有5排，封头冻结孔5和封尾冻结孔6设置在相邻排斜井冻结孔3之间。

本实施例中，封头冻结孔5和封尾冻结孔6设置在斜井冻结孔3之间，加快了冻结速度，也能加固明挖转暗挖时井筒顶板覆土。

进一步，在步骤F中，测温孔7位于斜井冻结孔3的两侧。

进一步，在步骤F中，测温孔7距离相邻排明槽冻结孔4所在的直线的垂直距离为1.3m。

进一步，明槽冻结孔4的深度超过相同掘进深度位置的斜井冻结孔3的深度。

进一步，在步骤G中，冻结管和测温管采用规格为φ140*5mm的无缝管，冻结管和测温管采用规格为φ152*5mm的外接箍。

一种斜井冻结系统，使用此斜井冻结施工工艺施工，设置在明槽段1内，包括若干斜井冻结孔3，还包括

明槽冻结孔4，斜井冻结孔3两侧分别布置若干明槽冻结孔4，相同侧的明槽冻结孔4排列排，

封头冻结孔5，在明槽段1内沿着掘进方向的起始一侧，设置若干封头冻结孔5，封头冻结孔5设置在相邻排斜井冻结孔3之间，

封尾冻结孔6，在明槽段1内沿着掘进方向的终止一侧，设置若干封尾冻结孔6，封尾冻结孔6设置在相邻排斜井冻结孔3之间。

工程例

以里必主斜井冻结为例，斜井冻结施工工艺，采用分段冻结，将冻结段划分为若干段。原第一冻结段采取全断面冻结，第一冻结段冻结孔最大斜距3.73m，最大边排距2.4m，开冻至开挖所需天数计算方法如下：

全断面冻结段中排孔冻土发展速度一般为31mm/d左右，边排孔发展速度一般为21mm/d左右，根据各段最大孔间距，依据公式τ＝L/2V计算冻结交圈时间，

式中τ—冻结交圈时间/d，L—最大孔间距/mm，V—冻土发展速度/mm/d。

中排最大孔间距4.353m，冻结70天交圈4353mm÷31mm/d÷2＝66天

边排最大孔间距为2.226m，冻结53天交圈2226mm÷21mm/d÷2＝53天

冻结壁交圈后，需再冻结7～10天左右，冻结壁厚度和强度达到设计要求开挖，

第一冻结段采取全断面冻结，计算开冻至开挖需77～80天。

调整冻结方式后，采用实施例1的方法进行冻结，地层从上到下，分为地坪层8、静水位层9、卵石层10、基岩强风化带11、基岩弱风化带12和稳定基岩层13，施工步骤包括：

A：在原来的第一冻结段靠近地表的区域，地坪层8内，深度为3m的位置到地表之间进一步划分出明槽段1，剩余部分作为新的第一冻结段，明槽段1的水平距离为16.006m，斜长为16.651m，

B：明槽段1内布置若干斜井冻结孔3，孔深9.34～13.93m，斜井冻结孔3的孔底到达卵石层10，

C：在明槽段1内斜井冻结孔3两侧分别布置若干明槽冻结孔4，每侧各排成一排，明槽冻结孔4与其紧邻排的斜井冻结孔3数量相同，均为11个，且二者直线距离为1m，相邻的两个明槽冻结孔的孔间距为1.601m，孔深超过井筒底9m，孔深13.34～17.93m，孔底到达卵石层10，共22个明槽冻结孔4，可以加快明槽段1内边排斜井冻结孔3的冻结速度，

D：在明槽段1内沿着掘进方向的起始一侧，在原有斜井冻结孔的孔间距较大处增设封头冻结孔5，封头冻结孔5用于加快沿掘进方向起始一侧的冻结速度，

E：在明槽段1内沿着掘进方向的终止一侧，也就是进入地表3m位置，在原有斜井冻结孔的孔间距较大处增设封尾冻结孔6，封尾冻结孔6用于加快沿掘进方向终止一侧的冻结速度，

F：在明槽段1内布置测温孔7，测温孔7距离相邻排明槽冻结孔4所在的直线的垂直距离为1.3m，测温孔7的孔深均为14.748m，孔底到达卵石层10，

G：冻结管下放到斜井冻结孔3、明槽冻结孔4、封头冻结孔5和封尾冻结孔6内，测温管下放到测温孔7内，明槽段1整段投入冻结，

H：冻结壁交圈后，需再冻结7～10天，明槽段开挖。

在原来的第一冻结段靠近地表的区域，进一步划分出明槽段1，剩余部分作为新的第一冻结段，新划分出的明槽段1内共增加30个冻结孔、2个测温孔，冻结孔工程量439.970m，钻孔工程量469.466m。

明槽段交圈及开挖时间计算如下：

中排孔冻土发展速度一般为31mm/d左右，边排孔发展速度一般为21mm/d左右，根据各段最大孔间距，依据公式τ＝L/2V计算冻结交圈时间，

式中τ—冻结交圈时间/d，L—最大孔间距/mm，V—冻土发展速度/mm/d。

中排最大孔间距3.311m，冻结53天交圈3311mm÷31mm/d÷2＝53天

边排最大孔间距为1.960m，冻结47天交圈1960mm÷21mm/d÷2＝47天

冻结壁交圈后，需再冻结7～10天左右，冻结壁厚度和强度达到设计要求开挖，

明槽段计算开冻至开挖需60～63天。

里必矿井主斜井于2019年4月1日开始冻结，冻结55天后，于2019年5月25日明槽段试挖，较原设计工期大大提前了，经现场实际检测，试挖过程，冻结壁强度及厚度满足要求，没有发生冻土倾覆现象。

以里必主斜井冻结为例，采用该冻结方式，投入钻孔施工、供液管等各类费用共计22.1万元，积极冻结期，冷冻机全部满负荷运转，6套机组每天耗电10800KWh，电费单价按0.7元/kwh计算，20天冷冻机运转电费约90.7万元，极大的降低了施工成本。

该冻结方式的成功应用，解决了斜井冻结开挖前，冻结工期长，明挖安全风险大的问题。在降低施工成本和缩短建设工期方面有很重要的意义。

该方式仅对冻结方式进行调整优化，并没改变打钻及冻结施工工艺，操作简单，因此具有良好的经济和社会效益。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。