CN107420130A - 一种巨型岩堆下部永久冰冻层电加热融化方法 - Google Patents

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Abstract

一种巨型岩堆下部永久冰冻层电加热融化方法，在融冰区域先打出多个融冰孔，在孔内设置钢花管，钢花管中放置缠绕有保温电缆的PVC加热管，通电使管内升温，最终达到融化永久冻冰层的目的，本发明通过上述方法，解决岩堆中的永久冰冻层的解冻融化，使冰层融化引起的岩堆沉降、变形在隧道施工前释放，消除水库蓄水后冰冻层融化变形对铁路施工及运营造成安全隐患，确保铁路施工运营安全。

Description

一种巨型岩堆下部永久冰冻层电加热融化方法
技术领域
本发明涉及一种永久冰冻层融化的方法，具体涉及一种巨型岩堆下部永久冰冻层电加热融化方法。
背景技术
隧道施工时，当隧道进口岩堆的规模极大，岩堆范围包括了隧道进口从山脚到山顶的几乎整个山体，隧道进口明洞底部以下出现永久冻冰层，且冻冰层厚度较大时，冻冰层受蓄水浸泡将会逐渐溶化，冰层融化变形会发生形变，岩堆的变形极易造成进口岩堆沉降、失稳现象，对铁路运营安全造成极大的隐患，必须在隧道施工前预先将冰层融化，使冰融变形提前释放，并对隧底岩堆进行相应的加固，确保铁路施工和运营安全。
发明内容
为了解决上述技术问题，发明创造提供了一种巨型岩堆下部永久冰冻层电加热融化方法，在融冰区域先打出多个融冰孔，在孔内设置钢花管，钢花管中放置有缠绕有保温电缆的PVC加热管，通电使管内升温，最终达到融化永久冻冰层的目的，本发明通过上述方法，解决岩堆中的永久冰冻层的解冻融化，使冰层融化引起的岩堆沉降、变形在隧道施工前释放，消除水库蓄水后冰冻层融化变形对铁路施工及运营造成安全隐患，确保铁路施工运营安全。
为了实现上述目的，本发明创造采用的技术方案是：一种巨型岩堆下部永久冰冻层电加热融化方法，其特征在于：包括以下步骤：
1）、根据设计图纸测量放样，确定需要融冰区域范围，在融冰范围内呈梅花形布置融冰孔位置；
2）、按照设定好的融冰孔位置，采用跟管钻机竖向钻出融冰孔，融冰孔需要穿过岩堆中永久冰冻层；
3）、钻孔钻进到位后，在跟管内安装钢花管，钢花管至融冰孔底，在钢花管上均匀的分布有热交换孔，之后抽拔钻机钻孔跟管；
4）、待钢花管安装结束后，将缠绕有保温电缆的PVC加热管插入钢花管中，根据钻孔时冰层高度记录，调整PVC加热管高度，使PVC加热管上的保温电缆加热段位于冰层中；
5）、大于所有PVC加热管上的保温电缆进行并联供电，使用阻燃棉封闭融冰孔顶部钢花管管口防止热量散失；
6）、在需要融冰区域的中心区域，相邻融冰孔等距位置处，钻测温孔；
7）、开启电源，确保缠绕在PVC加热管外的保温电缆发热至100±5℃，当测温孔内永久冰冻层区域的温度提升到5℃以上时，证明此区域融冰完成，可进行下一个融冰区域的融冰作业，直到所有区域内的冰层全部融化。
所述的步骤1）中的梅花形融冰孔横竖间距为100×200cm。
所述的步骤2）中融冰孔需要穿过岩堆永久冰层底部1m。
所述的步骤4）中，PVC加热管上保温电缆的缠绕环距为5cm，保温电缆缠绕的最下端距离PVC加热管底部50cm。
所述的步骤6）中，在150㎡的区域内，同时设有≥3个的测温孔，当检测到测温孔中的温度均提升到5℃以上，证明一个区域内融冰已经完成。
本发明创造的有益效果在于：
1、对机械设备配置要求低，只需要利用正常的跟管钻进机、保温电缆、钢花管和PVC管等即可完成明洞岩堆下永久冰冻层的融化。
2、采用跟管钻进可实现大孔隙率松散岩堆钻孔难易卡钻的难题。
3、成孔后安装设有梅花形布置、间距50cm的热交换孔的钢花管，可对缠绕有保温电缆PVC管起到保护作用，同时钢管热传快，效率高。
4、经济性好，通过检查孔对融冰效果进行检测，显示融冰效果较好，能较好的对冻冰层进行融解，施工速度快，工效高，总的管理成本低。
5、融冰采用电加热，电融冰现场操作简单、环保，对环境无污染，环保效果明显。
附图说明
图1：岩堆下冰层融化孔布置及分区平面示意图。
图2：岩堆下冰层融化孔布置侧面示意图。
图3：岩堆下冰层融化孔加热管安装示意图。
具体实施方式
一种巨型岩堆下部永久冰冻层电加热融化方法，其特征在于：包括以下步骤：
1）、根据设计图纸测量放样，确定需要融冰区域范围，在融冰范围内呈梅花形布置融冰孔1位置，其横竖间距在200×100cm范围内。
2）、按照设定好的融冰孔1位置，采用跟管钻机竖向钻出融冰孔1，融冰孔1需要穿过岩堆中永久冰冻层，融冰孔1需要穿过岩堆永久冰层底部1m。
3）、钻孔钻进到位后，在跟管内安装钢花管2，钢花管2至融冰孔1底，在钢花管2上均匀的分布有热交换孔，之后抽拔钻机钻孔跟管。
4）、待钢花管2安装结束后，将缠绕有保温电缆的PVC加热管3插入钢花管2中，根据钻孔时冰层高度记录，调整PVC加热管3高度，使PVC加热管3上的保温电缆加热段位于冰层中； PVC加热管3上保温电缆的缠绕环距为5cm，保温电缆缠绕的最下端距离PVC加热管3底部50cm。
5）、对于所有PVC加热管3上的保温电缆进行并联供电，使用阻燃棉封闭融冰孔顶部钢花管2管口防止热量散失。
6）、开启电源，确保缠绕在PVC加热管3外的保温电缆发热至100±5℃，热量通过钢花管上的热交换孔传到钢花管外冰冻层中，通过保温电缆连续不断提供的热量来融化融冰孔周围的冰层。
7）、在需要融冰区域的中心区域，相邻融冰孔1等距位置处，钻测温孔4，在150㎡的区域内，同时设有≥3个的测温孔4，当测温孔4内永久冰冻层区域的温度提升到5℃以上时，证明此区域融冰完成，可进行下一个融冰区域的融冰作业，直到所有区域内的冰层全部融化。
实施例1：
田桓线大前石岭隧道进口岩堆的规模极大，岩堆范围包括了隧道进口从山脚到山顶的几乎整个山体，岩堆上部厚度薄下部厚的楔形依附在山体之上，自然坡度26°～38°，岩堆厚度为26.3～ 48.4米，岩堆体垂直厚度最深达50多米，岩堆体下部依山体延伸到大雅河中。岩堆主要由大小不一的块石及少量沙石组成，结构松散，基本无粘接，岩质为石英砂岩，块石一般为0.2－0.8米，最大可达到1.5，个别达到2米以上，呈松散架空状态，岩堆的空隙率达40%-50%。
大前石岭隧道从巨型岩堆中上部穿过，隧道顶部岩堆最大厚度50米，隧道底部离岩堆底基岩深度达32米以上，根据地质探井、抗滑桩开挖提示，隧道进口明洞底部以下10－15米开始出现永久冻冰层，冻冰层厚度在12米左右，冻冰层顶部平均标高+423.00。岩堆下的大雅河为在建发电站夹道子水库，冻冰层全部位于夹道子水库的常水位（+425.00）以下，冻冰层受蓄水浸泡将会逐渐溶化，12米厚的冰层融化变形可能达到0.30-0.40米，岩堆的变形极易造成进口岩堆沉降、失稳现象，对铁路运营安全造成极大的隐患，必须在隧道施工前预先将冰层融化，使冰融变形提前释放，并对隧底岩堆进行相应的加固，确保铁路施工和运营安全。
施工步骤：
1、根据设计图纸测量放样明洞段需要融冰区域范围和梅花形布置的融冰孔位置，见图1。
2、按融冰孔测量位置采用跟管钻机钻竖向融冰孔，钻孔深度需穿过岩堆中永久冰冻层底部1米。
3、钻孔钻进到位后，在跟管内安装设有梅花形布置、间距50cm的热交换孔的钢花管至孔底，然后抽拔钻机钻孔跟管。
4、当6排共60根融化孔钻进完成后，把底部13米范围内缠绕有保温电缆的PVC加热管插入到钻孔中，保温电缆在PVC管上缠绕的间距为5cm，根据钻孔时冰层高度记录调整PVC管高度，使PVC管保温电缆缠绕加热段位于冰冻层中，顶底两端各露出50cm左右。
5、60个加热PVC管采用并联接好供电电源，用阻燃棉封闭融冰孔顶部管口以防热量散失。
6、启动电源开关供电，缠绕在PVC管外的保温电缆发热至100±5°，热量通过钢花管上的热交换孔传到钢花管外冰冻层中，通过保温电缆连续不断提供的热量来融化融冰孔周围的冰层。
7、当融冰孔内永久冰冻层区域的温度均达到5℃以上时，在60个融冰孔中心区域附近的融冰孔梅花形中心部位钻三个测温孔，在融冰过程中随时测量测温孔内的温度，当测温孔内永久冰冻层区域附近的温度均提升到5度以上时，证明一个区域的融冰已经完成，可把融冰加热PVC管移到下一个融冰区域融冰孔进行融冰，直至隧道明洞所有影响区域内的冰层全部融化。

Claims (5)

1.一种巨型岩堆下部永久冰冻层电加热融化方法，其特征在于：包括以下步骤：
1）、根据设计图纸测量放样，确定需要融冰区域范围，在融冰范围内呈梅花形布置融冰孔（1）位置；
2）、按照设定好的融冰孔（1）位置，采用跟管钻机竖向钻出融冰孔（1），融冰孔（1）需要穿过岩堆中永久冰冻层；
3）、钻孔钻进到位后，在跟管内安装钢花管（2），钢花管（2）至融冰孔（1）底，在钢花管（2）上均匀的分布有热交换孔，之后抽拔钻机钻孔跟管；
4）、待钢花管（2）安装结束后，将缠绕有保温电缆的PVC加热管（3）插入钢花管（2）中，根据钻孔时冰层高度记录，调整PVC加热管（3）高度，使PVC加热管（3）上的保温电缆加热段位于冰层中；
5）、对于所有PVC加热管（3）上的保温电缆进行并联供电，使用阻燃棉封闭融冰孔顶部钢花管（2）管口防止热量散失；
6）、在需要融冰区域的中心区域，相邻融冰孔（1）等距位置处，钻测温孔（4）；
7）、开启电源，确保缠绕在PVC加热管（3）外的保温电缆发热至100±5℃，当测温孔（4）内永久冰冻层区域的温度提升到5℃以上时，证明此区域融冰完成，可进行下一个融冰区域的融冰作业，直到所有区域内的冰层全部融化。
2.根据权利要求1所述一种巨型岩堆下部永久冰冻层电加热融化方法，其特征在于：所述的步骤1）中的梅花形融冰孔（1）横竖间距为100×200cm。
3.根据权利要求1所述一种巨型岩堆下部永久冰冻层电加热融化方法，其特征在于：所述的步骤2）中融冰孔（1）需要穿过岩堆永久冰层底部1m。
4.根据权利要求1所述一种巨型岩堆下部永久冰冻层电加热融化方法，其特征在于：所述的步骤4）中，PVC加热管（3）上保温电缆的缠绕环距为5cm，保温电缆缠绕的最下端距离PVC加热管（3）底部50cm。
5.根据权利要求1所述一种巨型岩堆下部永久冰冻层电加热融化方法，其特征在于：所述的步骤6）中，在150㎡的区域内，同时设有≥3个的测温孔（4），当检测到测温孔（4）中的温度均提升到5℃以上，证明一个区域内融冰已经完成。
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