一种带钢板隔水层的井壁及其施工方法

摘要

一种带钢板隔水层的井壁及其施工方法，它由用混凝土(或岩石、金属及其与混凝土的组合)砌筑而成的井壁承载层、隔水层和隔热层组成，隔水层设在承载层和隔热层之间，隔热层紧靠于井帮。隔水层由钢板焊接而成，钢板内表面上涂有具有一定柔性的材料，如沥青、橡胶等；隔热层由低密度隔热材料铺设而成，如泡沫塑料、泡沫橡胶等。井壁采用分段下行方式掘砌施工，每向下挖掘出一个段高后，先沿井帮铺设隔热层，其次施工钢板隔水层，然后施工该段井壁的承载层，如此循环直至设计深度。该种井壁的厚度小，具有良好的隔水性能，可大大降低施工费用，具有广泛的实用性。

说明书

                           技术领域

本发明涉及一种带钢板隔水层的井壁及其施工方法，尤其适用于冻结法凿井工程中的井壁结构与井壁的施工方法。

                           背景技术

冻结法是在井筒开凿之前，用人工制冷的方法，将井筒周围的岩土层冻结成封闭的圆筒——冻结壁，以抵抗水、土压力，隔绝地下水和井筒的联系，然后在冻结壁的保护下进行掘砌工作的一种特殊的凿井方法。传统的冻结法凿井工艺通常采用双层复合井壁结构，井壁由外层井壁(井筒向下掘进时的临时支护结构)、内层井壁(井筒永久支护结构)组成。冻结壁形成并达到设计要求后，采用分段下行方式掘砌施工外层混凝土井壁；外层井壁施工到设计深度后，再自下而上连续施工内层井壁；施工内层井壁时，在内、外层井壁之间铺设一定厚度的塑料板；冻结壁解冻后进行内、外壁间夹层注浆。井筒设计时内层井壁、外层井壁按单独承载考虑：因外层井壁新、老混凝土接茬是不防水的，且内外壁间有塑料板，故内层井壁水平设计荷载为对应深度的静水压力；外层井壁水平设计荷载为冻结压力。

目前，我国冻结井穿过的冲积层深度越来越大，相当数量的井筒将穿过深达500m(甚至700m)以上的特厚冲积层。在此条件下，采用双层复合井壁结构时，内、外层井壁厚度常分别超过1m，井壁总厚度超过2～2.5m，井筒掘进断面的利用率(井筒净断面积与掘进断面积之比)只有不到25％。而且采用双层复合井壁结构，井筒掘进半径大，并会因此造成冻结壁厚度大幅度增加。因此双层复合井壁结构不仅大大增加了井筒掘砌工程费用，而且也大幅增加了井筒冻结工程的费用，随着冻结法凿井深度的增大，双层复合井壁结构越来越不合理。在此条件下，开发新型的井壁结构形式及井壁施工工艺，进而提高井筒掘进断面的利用率，降低工程造价的迫切性越来越突出。

                           发明内容

技术问题：本发明的目的是提供一种井壁总厚度小、造价低、施工工序少、且封水效果好的冻结井壁及其施工方法。

技术方案：本发明一种带钢板隔水层的井壁，它由用混凝土(或岩石、金属及其与混凝土的组合)砌筑而成的井壁承载层、隔水层和隔热层组成。隔水层设在承载层和隔热层之间，隔热层紧靠井帮。隔水层由钢板焊接而成，钢板的内表面上有柔性涂层。柔性涂层可以是具有防水和密封作用的沥青涂层，也可以是油漆或是橡胶涂层。隔热层由泡沫塑料或泡沫橡胶等低密度隔热材料铺设而成。

本发明一种带钢板隔水层的井壁的施工方法，采用分段下行方式掘砌施工，每向下挖掘出一个段高后，先沿井帮铺设隔热层，其次施工钢板隔水层，然后用混凝土(或岩石、金属及其与混凝土的组合)砌筑该段井壁的承载层，如此循环直至设计深度。

技术效果：本发明带钢板隔水层的冻结井壁及其施工方法，其冻结井壁由承载层、隔水层、隔热层三部分组成。承载层具有足够的强度、刚度和稳定性，用于抵抗由地层施加于井壁上的各种荷载以及井壁自重荷载，起承载作用，其材料为岩石、金属、混凝土或它们的组合。防水层主要起隔水作用，由钢板焊接而成。隔热层主要起隔热作用，兼起让压、匀压作用，由低密度隔热材料铺设而成。其井壁由分段下行方法施工而成，在完成一个段高的挖掘工作后，沿井帮铺设隔热材料板，形成隔热层，然后施工钢板隔水层，最后施井壁承载层，如此循环直至设计深度。与现有带夹层的双层复合井壁相比，该种井壁厚度小，只有一层承载层，井壁厚度能减少30％～50％，工序少，可大大降低施工费用，同时具有良好的隔水性能；与国外的单层井壁相比，该种井壁具有密封性能好、总厚度小、造价省的特点，可取代双层冻结井壁及带夹层的双层复合冻结井壁，适用于冲积层及岩层内的冻结法凿井工程，可大大降低施工费用，具有良好的隔水性能，具有广泛的实用性。

                           附图说明

附图是本发明带钢板隔水层的冻结井壁横断面局部结构示意图。

图中：1-井壁承载层，2-隔水层，3-隔热层，4-井帮，5-掘砌工作面，6-井筒中心线

                         具体实施方式

本发明一种带钢板隔水层的井壁，如图所示，由承载层1、隔水层2和隔热层3组成。隔水层2位于承载层1和隔热层3之间，隔热层3紧靠于井帮4。隔水层2由钢板焊接而成，钢板的内表面上有柔性涂层。柔性涂层可以是具有防水和嘧封作用的沥青涂层，也可以是油漆或是橡胶涂层。隔热层由泡沫塑料或泡沫橡胶等低密度隔热材料铺设而成。该井壁主要用承载层1抵抗各种荷载的作用；用钢板隔水层2封水；用隔热层3隔热、让压、匀压，为形成合格的承载层1提供有利的温度与荷载环境。

本发明带钢板隔水层的冻结井壁施工方法，采用分段下行方式掘砌施工，每向下挖掘出一个段高后，先沿井帮4铺设隔热层3，其次施工钢板隔水层2，然后采用公知的承载材料(岩石、金属、混凝土)，用公知的方法砌筑施工该段井壁的承载层1。常见的承载层有(钢筋)混凝土结构、钢板混凝土结构、钢骨混凝土结构、铸铁(铸钢)弧形板混凝土结构、预制弧形板组合筒结构等。用薄钢板在井壁承载层1外表面焊接拼装成钢板隔水层2，其焊缝达到不渗漏的要求。为防止钢板对承载层1的温度变形产生很强的约束，在钢板面向承载层1的一侧涂上柔性涂层。隔热层3采用公知的低密度隔热材料铺设而成，如泡沫塑料、泡沫橡胶等。

采用分段下行掘砌施工方法的步骤如下：

1、沿井筒中心线6向下挖掘至工作面5处，完成一个段高井筒的开挖，停止掘进；

2、沿井帮4铺设在地面制作好的低密度隔热材料隔热层3；

3、在地面上将钢板加工成规定的形状，并完成钢板上柔性涂层的施工，然后将带有柔性涂层钢板运到工作面，与上一段井壁上的钢板筒焊接连接在一起，形成新一段钢板筒，完成该段高钢板隔水层2的施工，施工中要求所有焊缝均不渗漏；

4、然后采用承载材料(岩石、金属、混凝土及其复合)砌筑施工该段井壁的承载层1，并使承载层1与钢板隔水层2密贴在一起；

5、重复1～4步，直至设计深度。