[發(fā)明專利]凍結(jié)壁形成過(guò)程中的參數(shù)的動(dòng)態(tài)分析方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110273267.4
• 申請(qǐng)日: 2011-09-15
• 公開（公告）號(hào): CN102996132A
• 公開（公告）日: 2013-03-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李功洲;陳章慶;陳道翀
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 李功洲;陳章慶;陳道翀
• 主分類號(hào): E21D1/12
• 分類號(hào): E21D1/12
• 代理公司: 北京英賽嘉華知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限責(zé)任公司 11204
• 代理人: 余朦;王艷春

技術(shù)領(lǐng)域

本申請(qǐng)涉及一種在凍結(jié)壁形成過(guò)程中動(dòng)態(tài)分析凍結(jié)壁的參數(shù)的方法。

背景技術(shù)

凍結(jié)鑿井法是指在開鑿井筒前，將井筒周圍含水層用人工制冷方法，凍結(jié)成封閉的圓筒形凍結(jié)壁，以抵抗地壓并隔絕地下水與井筒的聯(lián)系，在凍結(jié)壁的保護(hù)下進(jìn)行掘砌作業(yè)的施工方法。

凍結(jié)鑿井法的施工順序是在井筒周圍鉆若干凍結(jié)孔，孔內(nèi)安裝由供液管、回液管和底端封閉的凍結(jié)管組成的凍結(jié)器；地面冷凍站將制出的低溫媒劑(一般為-20～-32℃的鹽水-氯化鈣溶液)循環(huán)輸送到凍結(jié)器內(nèi)，吸收地層的熱量，使含水層形成以凍結(jié)管為中心的凍結(jié)圓柱，逐漸擴(kuò)大與相鄰的凍結(jié)圓柱連成封閉的凍結(jié)壁。凍結(jié)壁達(dá)設(shè)計(jì)厚度后，即可進(jìn)行井筒掘砌作業(yè)，直到順利穿過(guò)不穩(wěn)定地層為止。

近年來(lái)，隨著沖積層厚度和凍結(jié)深度的增大，地壓和水壓增大，地層復(fù)雜性和施工難度增加，凍結(jié)管斷裂和井壁壓壞的可能性增大，凍結(jié)法鑿井技術(shù)的難度加大。為解決深厚沖積層及含水基巖段全井深凍結(jié)設(shè)計(jì)，有效解決凍結(jié)與掘砌矛盾和實(shí)現(xiàn)安全快速施工，需要系統(tǒng)地掌握凍結(jié)壁形成過(guò)程中其參數(shù)的分析方法，動(dòng)態(tài)掌握凍結(jié)壁形成特性，以便實(shí)現(xiàn)深凍結(jié)井的安全快速施工。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的上述問(wèn)題，本申請(qǐng)?zhí)岢隽艘环N凍結(jié)壁形成過(guò)程中的參數(shù)的動(dòng)態(tài)分析方法，包括：將凍結(jié)壁的參數(shù)與所述參數(shù)的影響因子相關(guān)聯(lián)；根據(jù)所關(guān)聯(lián)的影響因子的值確定參數(shù)的預(yù)期值；獲取凍結(jié)壁的參數(shù)的實(shí)際值；基于所述預(yù)期值與所述實(shí)際值之間的差值調(diào)整所述影響因子的值，進(jìn)而分析和預(yù)測(cè)待掘進(jìn)段所述參數(shù)的值。

根據(jù)本申請(qǐng)?zhí)峁┑姆椒ǎ軌騽?dòng)態(tài)地分析凍結(jié)壁形成過(guò)程中其主要參數(shù)的值，進(jìn)而動(dòng)態(tài)掌握凍結(jié)壁的狀態(tài)，有利于實(shí)現(xiàn)深凍結(jié)井的安全快速施工。

附圖說(shuō)明

圖1示出了根據(jù)本申請(qǐng)的凍結(jié)壁形成過(guò)程中的參數(shù)的動(dòng)態(tài)分析方法的流程圖。

具體實(shí)施方式

下面將參照附圖詳細(xì)描述本申請(qǐng)的實(shí)施方式。

在本申請(qǐng)中，提出了對(duì)凍結(jié)壁形成過(guò)程中的參數(shù)的分析方法。凍結(jié)壁形成過(guò)程中的參數(shù)主要包括凍結(jié)壁的單孔凍土擴(kuò)展速度、單圈孔凍結(jié)壁平均擴(kuò)展速度、相鄰凍結(jié)孔圈交匯成整體凍結(jié)壁的內(nèi)側(cè)及外側(cè)擴(kuò)展速度、凍結(jié)壁的交圈時(shí)間、凍結(jié)壁有效厚度的平均溫度、多圈孔凍結(jié)時(shí)凍結(jié)孔圈之間的凍土交匯時(shí)間及凍土擴(kuò)至井幫的時(shí)間以及內(nèi)外側(cè)凍結(jié)壁有效厚度、井幫溫度、凍結(jié)壁平均溫度、安全掘砌段高。

圖1示出了根據(jù)本申請(qǐng)的凍結(jié)壁形成過(guò)程中的參數(shù)的分析方法1000的流程圖。如圖1所示，在步驟1001，將凍結(jié)壁的參數(shù)與所述參數(shù)的影響因子相關(guān)聯(lián)。在步驟1002，基于凍結(jié)壁的設(shè)計(jì)方案確定與所述參數(shù)相關(guān)的影響因子的值并由此確定參數(shù)的預(yù)期值。

(1)單孔凍土擴(kuò)展速度的計(jì)算

單孔凍土擴(kuò)展速度主要與土層性質(zhì)、凍結(jié)孔的間距、鹽水溫度、凍結(jié)管的直徑、凍結(jié)孔的布置方式、地下水流速、地層原始溫度和凍結(jié)器環(huán)形空間內(nèi)鹽水運(yùn)動(dòng)狀態(tài)等因素有關(guān)。在本申請(qǐng)中，將上述影響單孔凍土擴(kuò)展速度的因素概括為影響因子，通過(guò)確定所述影響因子的值來(lái)確定單孔凍土擴(kuò)展速度。即，所述單孔凍土擴(kuò)展速度可通過(guò)以下公式確定：

V_d＝0.007αβκΦV_o????(2-1)

其中：V_d表示單孔凍土擴(kuò)展速度，單位mm/d；

V_o表示凍結(jié)管外徑為140mm、凍結(jié)孔間距為1.8～2.3m和凍結(jié)管內(nèi)鹽水運(yùn)動(dòng)狀態(tài)為層流狀態(tài)時(shí)的粘土層凍土擴(kuò)展速度，單位mm/d；

α為土層性質(zhì)因子；

β為土層含水率因子；

Φ為凍結(jié)管外徑；

κ為凍結(jié)管內(nèi)鹽水運(yùn)動(dòng)狀態(tài)因子。

作為示例，V_o可取值16.5mm/d～12.6mm/d；α的取值可以參見(jiàn)表1；β可取值0.9～1.2；κ的取值可以是：當(dāng)雷諾數(shù)Re＜2300時(shí)凍結(jié)管內(nèi)鹽水運(yùn)動(dòng)狀態(tài)為層流狀態(tài)，κ可取0.9～1.0；當(dāng)雷諾數(shù)Re＝2300～2500時(shí)，凍結(jié)管內(nèi)鹽水運(yùn)動(dòng)狀態(tài)由層流狀態(tài)向紊流狀態(tài)過(guò)渡，κ可取1.15～1.30。在工程應(yīng)用中凍結(jié)管內(nèi)鹽水運(yùn)動(dòng)狀態(tài)由層流狀態(tài)向紊流狀態(tài)過(guò)渡對(duì)應(yīng)的鹽水流量范圍可參考表2。

表1

表2?凍結(jié)管內(nèi)鹽水由層流向紊流狀態(tài)過(guò)渡的基本條件