一种在冻结壁保护下进行钻井凿井作业的施工方法与流程

1.本发明涉及矿山建设工程技术领域，更具体地说是涉及一种在冻结壁保护下进行钻井凿井作业的施工方法。


背景技术：

2.钻井法是以钻机为主体施工机械，以钻头破碎岩石或土体，以洗井液洗井，护壁和排碴，在井筒钻至设计直径和深度后，进行永久支护的一种机械化凿井方法。钻进完成时井筒内充满洗井液，因此一般采用漂浮下沉法安装地面预制的井壁。漂浮下沉法依据井壁在泥浆中的漂浮平衡原理，逐节接长并下沉预制井壁。下沉过程中，应向井内灌注配重水以维持井壁稳定并提供足够的下沉力，调整配重水的增速和数量，可控制井壁的下沉速度。井壁下沉到底并校正后，进行充填固井工作。完成后，排出配重水，进行壁后检査注浆，为开凿马头门或破井壁底创造条件。
3.钻井法适用的地层范围很广，既适用于松散不稳定的含水地层，也适用于坚硬稳定的岩层。钻井法改变了传统的井下作业方式，实现了凿井工艺的综合机械化，工作安全可靠，支护结构施工质量好。
4.然而，对于深度和直径较大的井筒，钻井法也存在一些限制其应用的技术难题。比如，深大井筒所需的井壁直径大、节数多，需大面积场地进行井壁预制和堆放；深大井筒所需的井壁厚度厚、自重大，井壁漂浮困难；对于松散不稳定的含水地层，洗井液一般采用钻井泥浆，深大井筒的泥浆消耗量大，成本高，同时钻井泥浆中添加了多种调配泥浆性能的化学物质，大量的泥浆其无害化处理成本高且难度大。
5.因此，如何提供一种施工场地占用面积小、施工安全性好，泥浆消耗量小且绿色环保的在冻结壁保护下进行钻井凿井作业的施工方法是本领域亟需解决的技术问题之一。


技术实现要素：

6.有鉴于此，本发明提供了一种在冻结壁保护下进行钻井凿井作业的施工方法，目的就是为了解决上述之不足。
7.为解决上述技术问题，本发明采取了如下技术方案：
8.一种在冻结壁保护下进行钻井凿井作业的施工方法，包括以下步骤：
9.s10、施工前准备工作：施工场地通水通电，搭建临时设施，准备使用机具和原材料，测量放线；
10.s20、冻结施工：按照人工地层冻结法的施工工艺对地层进行冻结，形成冻结壁；
11.s30、井筒钻进：采用钻井法并以水作为洗井液进行井筒钻进作业，直到钻进至设计深度；
12.s40、下放模板：利用起吊机具在水中下放模板；
13.s50、下放混凝土浇筑管：模板下放完成后，逐段连接并下放混凝土浇筑管；
14.s60、水下浇筑混凝土：混凝土浇筑管下放完成后，利用混凝土浇筑管向井下浇筑
混凝土；随混凝土面上升逐段上移模板和混凝土浇筑管，直至设计的浇筑面标高；
15.s70、排水：井壁混凝土强度达到设计要求后，抽排井筒内的水；根据地层稳定情况，选择在排水前、排水过程中或排水完成后停止冻结。
16.优选地，所述s40中，在下放模板前，需清除井筒底部沉渣。
17.优选地，所述s40中，根据设计要求，在下放模板时，同时下放钢筋骨架，钢筋骨架分节预制后在井口接长下放。
18.优选地，所述s40中，模板采用移动式模板。
19.优选地，所述s50中，混凝土浇筑管为刚性管、柔性管或刚性-柔性组合管中的一种。
20.优选地，所述s60中，混凝土为纤维混凝土。
21.优选地，所述s60中，混凝土浇筑管下放完成后，对混凝土浇筑管进行密封性试验，检查混凝土浇筑管是否渗漏。
22.优选地，所述s60中，浇筑混凝土时应确保混凝土浇筑管底部埋入混凝土的深度符合设计要求。
23.优选地，所述s70中，排完水后，检查井壁质量。
24.本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：
25.1)本发明利用人工地层冻结法在井筒周围形成连续的冻结帷幕(即冻结壁)，在冻结壁的保护下以水为洗井液采用钻井法进行井筒钻进，钻进至设计深度后直接在水中下放钢筋骨架和模板，并连续浇筑井壁混凝土进行永久支护，一方面，冻结壁为临时支护结构，在其保护下仅需采用水作为洗井液即可满足钻进过程中的洗井和护壁要求，无需采用钻井泥浆，从根本上解决了钻进泥浆消耗量大及无危害化处理成本高、难度大的问题，同时由于地层自身具有一定的造浆能力，钻进过程中水会与渣土混合而成为“泥浆”，但这种“泥浆”不同于钻井泥浆，它是地层天然造浆形成的，没有人工添加的多种改性化学物质，无需进行无害化处理，另一方面，由于直接在水下浇筑混凝土井壁，因此无需预制井壁，这样可以有效解决预制井壁堆放场地占用面积大以及预制井壁漂浮下沉的问题；
26.2)由于人工地层冻结法能广泛适用于各类地层，本发明提供的方法既保留了钻井法地层范围很广、综合机械化程度高、工作安全可靠等特点，也解决了钻井法对于深大井筒存在的施工场地占用大、井壁漂浮下沉困难和泥浆消耗量大的缺陷，因此，本发明提供的方法具有地层适应性强、综合机械化程度高、施工安全性好、井壁整体性好和绿色环保的优点。
附图说明
27.图1为本发明实施例1中在冻结壁保护下钻井凿井作业时井筒的结构示意图；
28.图中：1、冻结壁；2、钢筋骨架；3、模板；4、混凝土浇筑管；5、井底。
具体实施方式
29.下面将结合本发明实施例中的附图，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做出创造性劳动前提下所获得的所有其他
实施例，都属于本发明保护的范围。
30.实施例1
31.参照图1所示，本发明公开了一种在冻结壁保护下进行钻井凿井作业的施工方法，包括以下步骤：
32.s10、施工前准备工作：施工场地通水通电，搭建临时设施，准备使用机具和原材料，测量放线；
33.s20、冻结施工：按照人工地层冻结法的施工工艺进行冻结孔钻孔，冻结器和冻结站安装，管路连接等工作并开机对地层进行冻结，形成冻结壁1；
34.s30、井筒钻进：按照人工地层冻结法的施工工艺，进行钻井井场布置，净化系统施工以及钻机安装等工作，采用钻井法并以水作为洗井液进行井筒钻进作业，直到钻进至设计深度；
35.s40、下放模板3：利用起吊机具在水中下放模板3；模板3利用钢丝绳进行提吊并下放至井底6；
36.s50、下放混凝土浇筑管4：模板3下放完成后，逐段连接并下放混凝土浇筑管4，混凝土浇筑管4的数量和布置方式根据井筒掘进直径设计确定；
37.s60、水下浇筑混凝土：混凝土浇筑管下放完成后，利用混凝土浇筑管4向井下浇筑混凝土；随混凝土面上升逐段上移模板3和混凝土浇筑管4，直至设计的浇筑面标高；
38.s70、排水：井壁混凝土强度达到设计要求后，抽排井筒内的水；根据地层稳定情况，选择在排水前、排水过程中或排水完成后停止冻结。
39.在本实施例中，在s40中，在下放模板3前，需清除井筒底部沉渣。
40.在本实施例中，在s40中，根据设计要求，在下放模板3时，同时下放钢筋骨架2，钢筋骨架2分节预制后在井口接长下放。
41.在本实施例中，在s40中，模板3采用移动式模板3。
42.在本实施例中，钢筋骨架2上可根据设计需要预埋注浆管，便于后期注浆。
43.在本实施例中，在s50中，混凝土浇筑管4为刚性管、柔性管或刚性-柔性组合管中的一种。
44.在本实施例中，在s60中，混凝土为纤维混凝土。
45.在本实施例中，在s60中，混凝土浇筑管4下放完成后，对混凝土浇筑管4进行密封性试验，检查混凝土浇筑管4是否渗漏。
46.在本实施例中，在s60中，浇筑混凝土时应确保混凝土浇筑管4底部埋入混凝土的深度符合设计要求。
47.在本实施例中，在s70中，排完水后，检查井壁质量，根据检查结果，必要时对井壁进行局部处理。
48.在本实施例中，钢筋骨架2采用焊接方式进行连接。
49.在另外一些实施例中，钢筋骨架2的连接方式可根据实际需求进行设计。
50.以上所述，仅是本发明较佳实施例而已，并非对本发明的技术范围作任何限制，故凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何细微修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。