CN108506003A - 一种融化巨型岩堆松散体下部冰冻层的结构及其方法 - Google Patents

一种融化巨型岩堆松散体下部冰冻层的结构及其方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种融化巨型岩堆松散体下部冰冻层的结构，包括融冰孔、挡水墙、融化池、回收截水沟、石灰蓄水反应池和水泵；融冰孔按梅花形均匀分布在融冰区内，融冰孔的孔底位于冰冻层顶面的下侧，融冰孔内安装有护管，挡水墙设置在融化区外围，挡水墙将融化区围成融化池，回收截水沟一端连接至岩堆体底部融冰水排水区另一端连接至石灰蓄水反应池，水泵将石灰蓄水反应池内的水抽到融化池内，然后通过融化池渗透到融化孔内，最后到达融化孔的底端与冰层顶面进行热交换，变冷后的水通过回收截水沟汇集到石灰蓄水反应池，并公布了该结构的使用方法；本发明消除了岩堆中多年冰冻层在水库蓄水浸泡后融沉可能对岩堆稳定及铁路运营造成的安全隐患。

Description

一种融化巨型岩堆松散体下部冰冻层的结构及其方法
技术领域
本发明涉及一种多年冰冻层融化的方法，具体是一种融化巨型岩堆松散体下部冰冻层的结构及其方法。
背景技术
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的几乎整个山体，自然坡度26°～38°，岩堆厚度为26.3～48.4米，岩堆体下部依山体延伸到河中。岩堆主要由大小不一的块石组成，岩质为早震旦系钓鱼台组(Z1d)石英砂岩，块石直径多在0.5m～1.5m之间，大者2～3m，块径总体较为均一，呈松散架空结构，基本无粘接，无碎块石及细粒土充填，无分选，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高度达32米以上，根据隧道进口地质探井、抗滑桩开挖提示，隧道明洞段底部以下10-15米开始出现多年冻冰层，多年冻冰层厚度在12米左右，冻冰层顶部平均标高423.00。岩堆下部为在建发电站夹道子水库，多年冻冰层全部位于夹道子水库的常水位(+425.00)以下，多年冻冰层受水库蓄水浸泡将逐渐全部溶化，12米厚的冰层融化变形后会造成进口岩堆沉降、失稳现象，对铁路运营安全造成极大的隐患，必须在隧道施工前通过融冰使融化变形提前释放，防止铁路因多年冰层融沉变形而损坏。
发明内容
本发明的目的在于提供一种融化巨型岩堆松散体下部冰冻层的结构，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种融化巨型岩堆松散体下部冰冻层的结构，包括融冰孔、挡水墙、融化池、回收截水沟、石灰蓄水反应池和水泵；所述融冰孔采用跟管钻机竖向钻进，融冰孔均匀分布在融冰区内，融冰孔的孔底位于冰冻层顶面的下侧，融冰孔内安装有护管，所述挡水墙设置在融化区外围，挡水墙将融化区围成融化池，所述回收截水沟一端连接至岩堆体底部融冰水排水区，回收截水沟另一端连接至石灰蓄水反应池，所述石灰蓄水反应池共设置有两个，所述水泵将石灰蓄水反应池内的水抽到融化池内，然后通过融化池渗透到融化孔内，最后到达融化孔的底端与冰层顶面进行热交换，变冷后的水从冰面流向岩堆下层至回收截水沟，然后汇集到石灰蓄水反应池内进行循环使用。
作为本发明进一步的方案：所述挡水墙的高度为50cm。
作为本发明再进一步的方案：所述融冰孔共设置有6排，每排设置有10个，融冰孔采用梅花形布置。
作为本发明再进一步的方案：所述融冰孔的孔底进入冰冻层顶面以下的距离在1米以上。
作为本发明再进一步的方案：所述护管上设置有换热孔，换热孔间距为50cm，散热孔采用梅花形布置，所述护管的材质为钢材。
作为本发明再进一步的方案：所述水泵共设置有五台，水泵的出水口径尺寸为6寸。
一种融化巨型岩堆松散体下部冰冻层的方法，其主要步骤如下：
1)测量明洞段融冰区域范围和融冰孔位置，采用跟管钻机钻进竖向融冰孔；
2)钻孔融冰孔到冰冻层顶面以下，安装钢护管至孔底；
3)当所有融冰孔全部成孔并安装护管后，融冰区域外侧设置档水墙，形成区域融化池；
4)在岩堆体底部融冰水可能排水范围挖回收截水沟，把融冰水引至生石灰蓄水反应池，把生石灰加匀速加入蓄水反应池与水反应，使水温保持在60℃左右，一个蓄水反应池工作时，另一个生石灰蓄水反应池清理熟石灰，以备轮流交替使用；
5)用水泵从下部蓄水反应池中交替抽水到融化池内，融化池中的热水从融冰孔进入冰层顶面与冰进行热交换，融冰池范围下的冰层慢慢融化，变冷后的水从冰面流向岩堆下层至回收截水沟，然后汇集生石灰蓄水反应池循环使用；
6)当所有融冰孔中冰层范围内温度均提升到5℃以上时，在融冰区域的中心区域钻三个测温孔，孔内冰层范围内的温度均在5℃以上时，本区域融冰完成，换到下一个融冰池进行融冰，直至隧道明洞影响区域内的冰层全部融化。
与现有的常温水融冰技术相比，本发明的有益效果是：
1)本发明对机械设备配置要求低，只需要利用正常的跟管钻进机、高压水泵等即可完成明洞范围岩堆下多年冰冻层的融化。
2)本发明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)本发明利用生石灰与水反应产生的热量来加热融冰水的温度，热交换效率高，融冰工期比常温水短。
4)本发明经济性好，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。消除了岩堆中多年冰冻层在水库蓄水浸泡后融沉可能对岩堆稳定及铁路运营造成的安全隐患。施工工艺简单、安全、经济、实用、易控制、对环境影响小。
5)本发明在岩堆底部融冰水可能流出范围挖弧形回收截水沟，回收冷却后的融冰水重复利用，对环境无污染。
附图说明
图1为是明洞段岩堆下冰层融化孔布置及分区平面示意图。
图2为明洞段岩堆下冰层融化孔布置侧面示意图。
图3为融化巨型岩堆松散体下部冰冻层工艺示意图。
图中：1-融冰孔，2-冰冻层顶面，3-挡水墙，4-融化池，5-回收截水沟，6-石灰蓄水反应池，7-水泵，8-测温孔，9-洞口地面，10-隧道衬砌。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明的技术方案作进一步详细地说明。
请参阅图1-3，一种融化巨型岩堆松散体下部冰冻层的结构，包括融冰孔1、挡水墙3、融化池4、回收截水沟5、石灰蓄水反应池6和水泵7；所述融冰孔1采用管钻机竖向钻进，融冰孔1均匀分布在融冰区内，所述融冰孔1的孔底进入冰冻层顶面2以下的距离在1米以上，融冰孔1的孔底位于冰冻层顶面2的下侧，所述融冰孔1共设置有6排，每排设置有10个，梅花形布置；每个融冰孔1内安装有护管，所述护管能防止岩堆松散体引起孔道堵塞，护管设置有换热孔，换热孔间距为50cm，采用梅花形布置，所述护管的材质为钢材；所述挡水墙3设置在融化区外围，挡水墙3将融化区围成融化池4，所述挡水墙3的高度为50cm；所述回收截水沟5一端连接至岩堆体底部融冰水排水区，回收截水沟5另一端连接至石灰蓄水反应池6，所述石灰蓄水反应池6共设置有两个，石灰蓄水反应池6内为石灰和水反应的场所，石灰与水反应后的热量使石灰蓄水反应池6内的水温保持在60℃左右；当一个石灰蓄水反应池6工作时，清理另一个石灰蓄水反应池6内的熟石灰，以备轮流交替使用；所述水泵7将石灰蓄水反应池6内的水抽到融化池4内，然后通过融化池4渗透到融化孔1内，最后到达融化孔1的底端与冰层顶面2进行热交换，融化池4范围下侧的冰层在石灰蓄水反应池6内的温水作用下慢慢融化；变冷后的水从冰面流向岩堆下层至回收截水沟5，然后汇集到石灰蓄水反应池6内进行循环使用；所述水泵7共设置有五台，水泵7的出水口径尺寸为6寸；
所述融化池4内还设置有测温孔8，测温孔8用于检测冰冻层范围岩体的温度，当所有融冰孔中冰层范围内温度均提升到5℃以上时，本区域融冰完成，换到下一个融冰池进行融冰，直至隧道明洞影响区域内的冰层全部融化。
一种融化巨型岩堆松散体下部冰冻层的方法，其主要步骤如下：
1)测量明洞段融冰区域范围和融冰孔1位置，采用跟管钻机钻进竖向融冰孔1；
2)钻孔融冰孔1到冰冻层顶面2以下，安装钢护管至孔底；
3)当所有融冰孔1全部成孔并安装护管后，融冰区域外侧设置档水墙3，形成区域融化池4；
4)在岩堆体底部融冰水可能排水范围挖回收截水沟5，把融冰水引至生石灰蓄水反应池6，把生石灰加匀速加入蓄水反应池6与水反应，使水温保持在60℃左右，一个蓄水反应池工作时，另一个生石灰蓄水反应池清理熟石灰，以备轮流交替使用；
5)用水泵7从下部蓄水反应池6中交替抽水到融化池4内，融化池4中的热水从融冰孔1进入冰层顶面2与冰进行热交换，融冰池范围下的冰层慢慢融化，变冷后的水从冰面流向岩堆下层至回收截水沟5，然后汇集生石灰蓄水反应池6循环使用；
6)当所有融冰孔1中冰层范围内温度均提升到5℃以上时，在融冰区域的中心区域钻三个测温孔8，孔内冰层范围内的温度均在5℃以上时，本区域融冰完成，换到下一个融冰池进行融冰，直至隧道明洞影响区域内的冰层全部融化。
通过上述步骤实现隧道明洞段岩堆中多年冰冻层融化施工，消除了岩堆中多年冰冻层在水库蓄水浸泡后融沉可能对岩堆稳定及铁路运营造成的安全隐患。该方法仅需使用钻孔设备、水泵、河水和生石灰等，施工工艺简单、安全、经济、实用、易控制、对环境影响小。
上面对本发明的较佳实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域的普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (7)

1.一种融化巨型岩堆松散体下部冰冻层的结构，其特征在于，包括融冰孔(1)、挡水墙(3)、融化池(4)、回收截水沟(5)、石灰蓄水反应池(6)和水泵(7)；所述融冰孔(1)采用跟管钻机竖向钻进，融冰孔(1)均匀分布在融冰区内，融冰孔(1)的孔底位于冰冻层顶面(2)的下侧，融冰孔(1)内安装有护管，所述挡水墙(3)设置在融化区外围，挡水墙(3)将融化区围成融化池(4)，所述回收截水沟(5)一端连接至岩堆体底部融冰水排水区，回收截水沟(5)另一端连接至石灰蓄水反应池(6)，所述石灰蓄水反应池(6)共设置有两个，所述水泵(7)将石灰蓄水反应池(6)内的水抽到融化池(4)内，然后通过融化池(4)渗透到融化孔(1)内，最后到达融化孔(1)的底端与冰层顶面(2)进行热交换，变冷后的水从冰面流向岩堆下层至回收截水沟(5)，然后汇集到石灰蓄水反应池(6)内进行循环使用。
2.根据权利要求1所述的融化巨型岩堆松散体下部冰冻层的结构，其特征在于，所述挡水墙(3)的高度为50cm。
3.根据权利要求1所述的融化巨型岩堆松散体下部冰冻层的结构，其特征在于，所述融冰孔(1)共设置有6排，每排设置有10个，融冰孔(1)采用梅花形布置。
4.根据权利要求1所述的融化巨型岩堆松散体下部冰冻层的结构，其特征在于，所述融冰孔(1)的孔底进入冰冻层顶面(2)以下的距离在1米以上。
5.根据权利要求1所述的融化巨型岩堆松散体下部冰冻层的结构，其特征在于，所述护管上设置有换热孔，换热孔间距为50cm，散热孔采用梅花形布置，所述护管的材质为钢材。
6.根据权利要求1所述的融化巨型岩堆松散体下部冰冻层的结构，其特征在于，所述水泵(7)共设置有五台，水泵(7)的出水口径尺寸为6寸。
7.一种如权利要求1-6任一所述的融化巨型岩堆松散体下部冰冻层的方法，其特征在于，其主要步骤如下：
1)测量明洞段融冰区域范围和融冰孔(1)位置，采用跟管钻机钻进竖向融冰孔(1)；
2)钻孔融冰孔(1)到冰冻层顶面(2)以下，安装钢护管至孔底；
3)当所有融冰孔(1)全部成孔并安装护管后，融冰区域外侧设置档水墙(3)，形成区域融化池(4)；
4)在岩堆体底部融冰水可能排水范围挖回收截水沟(5)，把融冰水引至生石灰蓄水反应池(6)，把生石灰加匀速加入蓄水反应池(6)与水反应，使水温保持在60℃左右，一个蓄水反应池工作时，另一个生石灰蓄水反应池清理熟石灰，以备轮流交替使用；
5)用水泵(7)从下部蓄水反应池(6)中交替抽水到融化池(4)内，融化池(4)中的热水从融冰孔(1)进入冰层顶面(2)与冰进行热交换，融冰池范围下的冰层慢慢融化，变冷后的水从冰面流向岩堆下层至回收截水沟(5)，然后汇集生石灰蓄水反应池(6)循环使用；
6)当所有融冰孔(1)中冰层范围内温度均提升到5℃以上时，在融冰区域的中心区域钻三个测温孔(8)，孔内冰层范围内的温度均在5℃以上时，本区域融冰完成，换到下一个融冰池进行融冰，直至隧道明洞影响区域内的冰层全部融化。
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