5.2 冻结法施工

5.2.1 冻结法凿井可用于不稳定冲积层、松软岩层、基岩含水层等复杂地层。
5.2.2 立井井筒的冻结深度应根据地层埋藏条件及井筒掘砌深度确定，并应深入稳定的不透水基岩10m以上。基岩段涌水较大时，应延长冻结深度。冻结孔深度应符合下列规定：
    1 单圈冻结孔、多圈孔的主冻结孔的深度不应小于井筒冻结深度，深入不透水基岩深度宜按表5.2.2选取。     2 辅助冻结孔深度应穿过冲积层深入基岩风化带5m以上。
    3 防片帮冻结孔深度宜满足井筒连续施工的要求。
5.2.3 冻结壁设计应符合下列规定：
    1 应满足强度和变形的要求；
    2 井筒按设计段高和井帮裸露时间施工时，冻结壁的径向位移值每段不宜大于50mm；
    3 冻土允许抗压强度应采用ϕ61.8mm×150mm圆柱体试件按每分钟1/100恒应变速率轴向加载获得的冻土单轴抗压强度，除以安全系数后确定，砂性土层安全系数应取1.2，黏性土层安全系数应取1.4。
5.2.4 冻结孔偏斜率应符合下列规定：
    1 位于冲积层的钻孔不宜大于0.3%；
    2 位于风化带及含水基岩的钻孔不宜大于0.5%；
    3 单圈冻结孔、多圈孔的主冻结孔在冲积层中相邻两个钻孔终孔间距不应大于3.0m；
    4 在风化带及含水基岩中相邻两个钻孔终孔间距不应大于5.0m；
    5 当相邻两个钻孔的孔间距不符合本条第1款～第4款的规定时，应进行补孔。
5.2.5 冻结孔、温度观测孔、水文观测孔应采取钻、测、纠相结合的钻进工艺，并应符合下列规定：
    1 在钻进中，应每隔30m测斜1次，发现偏值超过设计值时，应进行纠偏；
    2 钻孔成孔后，应每隔30m进行成孔测斜，并应绘制成孔偏斜平面投影图。
5.2.6 穿过马头门、硐室、巷道的冻结管与地层之间的环形空间应封堵充填，充填长度自马头门、硐室、巷道顶板向上不应小于100m。
5.2.7 冻结孔按设计深度施工到底后，下管前应用泥浆冲孔，冻结孔的下管深度不应小于设计深度。
5.2.8 冻结管、供液管的材质与连接应符合下列规定：
    1 冻结管应采用无缝钢管，每批新钢管应抽样进行压力试验，在压力为冻结深度静水压力的1.3倍时应无渗漏现象为合格；复用旧钢管时，应逐根除锈，压力试验要求应与新钢管相同。
    2 冻结管的壁厚应符合表5.2.8-1的规定。     3 冻结管可采用螺纹管箍或焊接管箍连接，深井冻结时宜采用管箍连接。采用螺纹管箍连接时，下管应采用电动扭矩扳手上紧并达到密封要求；采用焊接管箍连接时，管箍焊条的材质应与管体材质相适应，坡口加工和焊缝质量应符合设计规定，每个接头焊好后宜冷却5min～10min再下入钻孔内。
    4 冻结管下到孔底后，应立即进行动压试漏，试验压力应为全冻结管内盐水柱与管外清水柱的压力差及盐水泵工作压力之和的2倍，经试压30min压力下降不超过0.05MPa，再持续15min压力不下降应为合格。发现渗漏时，应根据渗漏情况采取补救措施，并应符合质量验收标准后，再移钻机施工下一个钻孔。
    5 供液管的外径、壁厚应符合表5.2.8-2的规定。 5.2.9 冻结全过程应确保冻结盐水循环系统和每个冻结器的安全运转，并应符合下列规定：
    1 冻结壁形成期应定期检测每个冻结器的盐水流量与温度，并应符合设计要求；
    2 多圈孔冻结时，各圈冻结孔盐水宜采用独立的配液圈、集液圈，也可采用独立的主冻结孔圈和辅助与防片帮冻结孔圈共用的配集液圈盐水循环系统。
5.2.10 水文观测孔设计与施工应符合下列规定：
    1 冻结段内的主要含水层组均应报导；
    2 水文观测孔宜布置在井筒中心附近，应避开井筒中心点及凿井提升位置，且不得偏出井筒净断面；
    3 各水文观测孔应分散布置，不宜太近；
    4 水文观测孔应采取有效的防管外串水的措施；
    5 单孔多层报导时应保证套管和隔板的施工质量，不得串水；
    6 水文观测孔内自然水位高于管口时，应接高水文管，管口至静止水位的距离不应小于2.0m，或装压力表封闭管口。
5.2.11 温度观测孔设计施工应符合下列规定：
    1 温度观测孔应布置在相邻两个冻结孔孔间距最大的冻结壁界面上；
    2 冲积层厚度小于300m时，每井不应少于2个温度观测孔；冲积层大于300m时，不应少于3个温度观测孔；冻结壁外侧宜布置1个～2个温度观测孔；
    3 在冻结孔布置圈与荒径之间应至少布置1个温度观测孔；
    4 温度观测孔宜布置在地下水流的上、下游方向；
    5 防片帮冻结孔或辅助冻结孔与井帮之间的温度观测孔深度应大于防片帮冻结孔或辅助冻结孔冻结深度5m以上，其他温度观测孔深度应大于冲积层厚度10m；应至少有一个温度观测孔深度与冻结深度匹配；
    6 温度观测孔偏斜与冻结孔偏斜要求一致，测温管焊接与冻结管焊接要求一致，测温管不得渗漏；
    7 无法布置水文观测孔的井筒，应适当增加温度观测孔数量；
    8 温度观测孔内宜每隔20m设置一个测温水平，水文观测孔报导层、膨胀性黏土层、冲积层与基岩交界面、煤层、地下水流速较大的层位等均应设置测点；
    9 基岩冻结，温度观测孔穿越两个或以上含水层且水头高差较大时，应制订管外防串水措施。
5.2.12 环形冷冻沟槽的底板宜高于正常地下水位，净高不应小于1.8m，顶、底板和墙体均应有防水性能，顶板应具有隔热抗压性能。当地下水位较高时，宜设排水设施。冷冻沟槽低于地下水位部分的底板和墙体应采用防水混凝土。
5.2.13 地面盐水管路系统应进行动压试漏，试验压力不得小于盐水泵最大工作压力的1.5倍，持续15min压力不下降可为合格。
5.2.14 冻结盐水设计温度不低于-35℃时，宜采用氯化钙溶液，溶液的比重应根据设计盐水温度确定，溶液的浓度应在冰盐合晶点范围以内。
5.2.15 氨压缩机所用制冷剂的纯度应大于99.8%。
5.2.16 冷冻系统的低温设备和低温管路应进行隔热和防潮处理，其冷量损失不应大于冻结站工作制冷能力的15%。
5.2.17 冷冻站结构应通风良好，空气中氨的浓度不得超过0.004%。站内应设置防火、防毒、避雷等安全设施。当室外气温高于35℃时，室外高压储氨容器等应设遮阳凉棚。
5.2.18 冻结站充氨前，应进行试漏检验，并应符合下列规定：
    1 压气试漏的压力应符合表5.2.18的规定，试漏时间应为24h，初始6h之内的压力下降不应超过0.05MPa，持续18h之内压力不下降可为合格。      2 在压气试验合格后应进行真空试漏，系统内试漏真空度应为0.097MPa～0.101MPa，且24h后的压力应保持为0.090MPa～0.093MPa。
5.2.19 冷却水的水质、水温、水量应符合冻结设计要求，水源井应布置在冻结井筒的地下水流向的上方，与被冻结井筒的距离不宜小于抽水影响半径。在抽水影响半径范围内的水源井在冻结壁交圈前应停止使用。
5.2.20 盐水降温梯度宜符合下列规定：
    1 在正温阶段，盐水的降温梯度不宜大于5℃/d；
    2 当温度降至0℃后，盐水的降温梯度宜为1.5℃/d～2.5℃/d。
5.2.21 冻结器的检测应符合下列规定：
    1 应检测每一个冻结器回路温度，每天不应少于1次；
    2 冻结初期，应加密观测冻结器回路温度；
    3 对每圈孔抽检冻结器的流量，对有疑点的冻结器应进行流量监测。
5.2.22 井筒开挖应具备下列条件：
    1 水文观测孔多层水位都应均匀有规律上升并溢出管口，最迟一层水位应溢出管口7d，冻涨水量应符合设计要求；当井筒工作面有积水时，井筒水位亦应有规律上升，井筒内积水应与外部含水层无水力联系；
    2 温度观测孔所测温度应达到设计要求；
    3 浅井冻结，冻结壁形成时间应达到设计要求；深井冻结，井筒上部的冻结壁应达到设计要求，深部冻结壁应封闭并达到设计要求；
    4 当冻结时间达到或超过设计规定，而水文观测孔仍未冒水时，未查明原因，不得试挖；
    5 井筒的提升、运输、压风、通风、信号、照明、供热、混凝土搅拌等系统应均已形成，并应具备连续施工能力。
5.2.23 冻结站的供冷量应根据井筒不同施工阶段进行调整，并应符合下列规定：
    1 冻结初期，应根据冻结设计盐水降温规定将盐水降至要求温度；
    2 在冲积层段掘砌过程中，应根据冻结壁厚度、平均温度、井帮稳定性、掘砌速度等实际情况调整供冷方式和盐水循环量；
    3 掘砌进入风化带后，当井帮稳定、外层井壁完好时，可适当提高盐水温度或减小盐水循环量；
    4 当内层井壁套壁进入冲积层后，在套壁工作正常和外层井壁安全状况良好的条件下，可通过技术分析提出停冻时间。
5.2.24 冻结掘砌段高应根据地层性质、井帮温度、冻结壁的强度、井帮暴露时间与井帮径向位移量、掘砌工艺等因素综合分析确定，并应符合下列规定：
    1 冲积层段段高应符合下列规定：
        1）试挖阶段不宜大于2m；
        2）正式开挖阶段，应控制冻结壁径向位移不大于50mm，循环作业时间不应大于30h，段高不应大于4.0m，深厚黏土层施工时段高不应大于2.5m。
    2 基岩段的掘砌段高不宜大于4m。
5.2.25 冻结段应采用外层井壁短段掘砌和内层井壁一次套壁的施工工艺，在掘进过程中发现冻结管断裂、外层井壁压坏等现象危及井筒安全施工时，应暂停掘进并提前套壁。
5.2.26 冻结段井筒的掘砌深度应小于主冻结孔设计深度，并应符合表5.2.26的规定。 5.2.27 冻结段采用钻爆法施工时，应符合下列规定：
    1 应使用抗冻炸药，并应制订专项措施；
    2 周边炮眼布置应对照冻结孔偏斜图，周边眼与冻结管的间距不得小于1.2m。
5.2.28 冻结段采用锚杆支护时，应根据钻孔偏斜图调整锚杆长度及位置，防止钻锚杆眼时打坏冻结管。
5.2.29 钢筋混凝土井壁施工应按现行国家标准《煤矿井巷工程质量验收规范》GB50213的有关规定执行，并应符合下列规定：
    1 内层、外层井壁的厚度和混凝土强度均应符合设计要求；
    2 混凝土的适宜入模温度应为15℃，低温季节施工时的入模温度不应低于10℃，模板脱模时的混凝土强度应符合本标准第4.5.4条的规定；
    3 模板选用、混凝土的配制和输送、质量控制应符合本标准第4.5.2条～第4.5.4条的规定；
    4 双层井壁之间应注浆充填，钻孔应穿透内层井壁，进入外层井壁深度不应大于100mm，注浆工作宜在注浆部位温度不小于4℃时进行。
5.2.30 冻结站拆除及盐水管路处理应符合下列规定：
    1 应在内层井壁施工结束后再拆除冻结站，拆除工作开始前应先回收盐水和氨；
    2 冻结管是否回收应由冻结单位和建设单位协商确定，回收冻结管应编制专项措施，冻结管回收后，应用水泥砂浆或者混凝土将冻结孔全孔充填密实；
    3 不回收冻结管时，供液管应全部回收，冻结管（孔）应用水泥砂浆或者混凝土充填。