CN113586061A - 一种寒区竖井的防冻胀系统及其施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种寒区竖井的防冻胀系统及其施工方法，防冻胀系统包括设置于围岩内的竖井，还包括隔离墙；所述隔离墙沿所述竖井外壁的外部环向围设；所述隔离墙与所述竖井之间设置有若干个间隔分散的注液孔，所述注液孔的底部设置有水泥浆层；所述注液孔内注有溶剂，所述溶剂用于降低水的冰点；所述溶剂在所述注液孔内向外扩散填充所述隔离墙与所述竖井外壁之间区域，形成一道连续的溶剂帷幕，所述溶剂帷幕的两侧分别与所述隔离墙、所述竖井的外壁接触；所述隔离墙用于阻挡外部环境的水分稀释溶剂或溶剂的进一步扩散。该防冻胀系统结构简单，使用便捷，耗能低，防冻胀效果好，且一次性修建后可常年使用，具有良好的经济性和使用价值。
Description
技术领域
本发明涉及竖井防冻胀技术领域，具体涉及了一种寒区竖井的防冻胀系统及其施工方法。
背景技术
竖井结构是在矿山施工过程中比较重要的运输通道和通气通道。
高原寒区冬季温度能达到零下30℃以下，地表软土层在冬季寒冷时会发生季节性的冷冻，温度发生季节性升高时，竖井周围的软土层很容易发生融沉冻胀的现象。发生融沉冻胀容易造成竖井井口坍塌，竖井发生变形，给施工过程中的使用带来了一些安全问题，甚至会竖井周边的设备凿井带来一些不便。
若是对竖井周边的冻土层进行清除，需要花费较大的人力和财力，并且，冻土层较深时施工会比较困难。因此，提供一种结构简单，使用便捷，能耗低的防冻胀系统是十分必要的。
发明内容
本发明的目的在于：针对现有技术存在的上述问题，提供一种寒区竖井的防冻胀系统及其施工方法，该防冻胀系统结构简单，使用便捷，耗能低，防冻胀效果好，且一次性修建后可常年使用，具有良好的经济性和使用价值。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种寒区竖井的防冻胀系统，包括设置于围岩内的竖井，还包括隔离墙；所述隔离墙环向围设于所述竖井的外部；
所述隔离墙与所述竖井之间设置有若干个间隔分布的注液孔，所述注液孔的底部设置有水泥浆层；所述注液孔内注有溶剂，所述溶剂用于降低水的冰点，所述溶剂能够向外扩散填充至所述隔离墙与所述竖井之间的区域。
本发明提供的防冻胀系统设置有竖井、隔离墙以及隔离墙和竖井之间的注液围墙，向注液围墙的孔内注入能降低水的冰点的溶剂，溶剂向外扩散开来，形成一道连续的溶剂帷幕。水的冰点是零摄氏度，溶剂可以降低水的冰点，通过调整溶剂的浓度，可以使水在零下几十度的环境下也不会结冰，本发明的溶剂帷幕形成了竖井及竖井周边的一道保护层，在寒区温度最低时，竖井周边围岩不会发生结冰冷冻的现象，进而避免了环境温度提升后，竖井及周边发生融沉冻胀的现象；该防冻胀系统结构简单，防冻胀效果好，使用便捷，且能耗低，一次性修建后可常年使用，具有良好的经济性和使用价值。
寒区是指温度能到达零下30℃至零下50℃的地区。
所述注液孔内的所述溶剂向外扩散填充至所述隔离墙与所述竖井外壁之间的区域，形成一道连续的溶剂帷幕，所述溶剂帷幕的两侧分别与所述隔离墙、所述竖井的外壁接触。
所述隔离墙用于阻挡外部环境的水分稀释溶剂或溶剂的进一步扩散。
所述水泥浆层可以在若干个间隔分布的注液孔的底部形成一道隔水帷幕，避免注液孔内的溶剂继续扩散。
进一步的，所述注液孔竖向布置，相邻所述注液孔的间距为1m～3m。所述注液孔内注入溶剂后，溶剂会在孔内发生扩散，相邻两个孔内的溶剂形成扩散连接，若干个所述注液孔均注入溶剂后，在竖井外可以形成一道连续的溶剂帷幕。相邻注液孔的间距不能过大，过大的话溶剂形成连续性帷幕的效果不佳，防冻胀效果不好，但是若相邻注液孔的间距过小的话，经济性较低。
进一步的，若干个所述注液孔间隔排列形成注液围墙，所述注液围墙环向围设于所述竖井的外部。通过研究发现采用注液围墙环设竖井的排列方式进行布置，有利于提升施工效率，便于控制溶剂的扩散状态，有利于竖井建设的定位，对场地的使用效率也有所提升。
进一步的，所述注液围墙与所述竖井外壁的距离为1m～3m。
进一步的，所述隔离墙与所述竖井之间设置有至少两道注液围墙，相邻两道注液围墙同心围设与所述竖井的外部。在施工过程中，竖井周边可能会设置一些凿井或者其他设置也需要进行防冻胀措施，这时候就需要扩大注液围墙的数量，增大溶剂的扩散范围，相邻两道注液围墙之间的区域可以预留出施工场地，施工效率更高。
进一步的，靠近所述竖井的所述注液围墙距离所述竖井的距离为1m～3m。靠近所述隔离墙的所述注液围墙距离所述隔离墙的距离为1m～3m。
进一步的，所述注液孔的深度大于或等于围岩软土层的深度，所述隔离墙的深度大于或等于围岩软土层的深度。
进一步的，所述溶剂是酒精溶液、氯化钙溶液和氯化钠溶液中的至少一种。
进一步的，所述隔离墙为钢筋混凝土结构、地下连续墙结构或水泥搅拌墙结构，所述隔离墙的强度大于C25，所述隔离墙的深度大于或等于围岩软土层的深度。当围岩软土层的深度低于5m时，所述隔离墙采用钢筋混凝土结构，施工更为便捷。当围岩软土层较深，深度在5m以上时，需要采用地下连续墙结构或水泥搅拌墙结构，施工效率更高，例如水泥搅拌桩防渗隔离墙、浆喷桩防渗隔离墙、高压喷射混凝土防渗隔离墙。
进一步的，所述竖井的井壁上设置有第一温度传感器，所述第一温度传感器用于实时监测竖井内的温度；所述竖井井壁上设置有若干个间隔排列的测温孔，所述测温孔与所述围岩相连通，所述测温孔内设置有第二温度传感器，所述第二温度传感器用于监测不同深度处的围岩温度。
进一步的，所述竖井的井壁上还设置有水平收敛监测仪，所述水平收敛监测仪用于实时监测竖井的水平收敛位移。
进一步的，所述竖井的井壁内设置有一次衬砌结构。优选地，所述一次衬砌结构为混凝土结构。
本发明的另一目的是为了提供上述寒区竖井的防冻胀系统的施工方法。
一种上述寒区竖井的防冻胀系统的施工方法，包括以下步骤：
步骤1、修建所述隔离墙；
步骤2、开挖竖井；
步骤3、在所述隔离墙和所述竖井之间的空间范围内，从围岩表层向下进行钻孔，得到若干个分散的注液孔，从竖井内壁向外钻注浆孔连通至所述隔离墙，所述注浆孔位于所述注液孔的底部，然后向注浆孔内注入水泥浆液，水泥浆液扩散，从而实现所述注液孔的底部用水泥浆进行隔离；
步骤4、按所在寒区常年最低气温，配制合适浓度的溶剂，将溶剂注入所述注液孔内，溶剂扩散，完成寒区竖井的防冻胀系统的施工。
本发明提供的防冻胀系统的施工方法，操作简单，适用性强，可控性好，便于广泛推广。
进一步的，注液完成一段时间后，实时监控竖井内和/或竖井周围软土层的温度、水平收敛位移，通过调节溶剂的浓度，保证竖井周围软土层不发生冻胀。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
1、本发明提供的防冻胀系统设置有竖井、隔离墙以及隔离墙和竖井之间的注液孔，向孔内注入能降低水的冰点的溶剂，溶剂向外扩散开来，形成一道连续的溶剂帷幕。水的冰点是零摄氏度，溶剂可以降低水的冰点，通过调整溶剂的浓度，可以使水在零下几十度的环境下也不会结冰，本发明的溶剂帷幕形成了竖井及竖井周边的一道保护层，在寒区温度最低时，竖井周边围岩不会发生结冰冷冻的现象，进而避免了环境温度提升后，竖井及周边发生融沉冻胀的现象，该防冻胀系统结构简单，使用便捷，且能耗低，一次性修建后可常年使用，具有良好的经济性和使用价值。
2、本发明提供的防冻胀系统的施工方法，操作简单，适用性强，可控性好，便于广泛推广。
附图说明
图1是实施例1中本发明的寒区竖井的防冻胀系统结构示意图。
图2是实施例1中本发明寒区竖井防冻胀系统的俯视结构示意图。
图3为实施例2中注浆孔与竖井的结构关系示意图。
图标：1-围岩；11-围岩软土层；2-竖井；21-第一温度传感器；22-测温孔；23-第二温度传感器；24-水平收敛监测仪；3-隔离墙；4-注液孔；41-注液围墙；42-注浆孔；5-水泥浆层。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明作详细的说明。
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
某寒区，最低温度可达零下20℃，软土层均为多年季节性的冻土层，厚度为5m，若不进行竖井的防冻措施，随着外界温度环境的变化，竖井周围冻土层发生融沉冻胀，可能会出现井口坍塌，发生变形，使用不安全的问题。
为此，实施例1提供了一种寒区竖井的防冻胀系统，包括设置于围岩1内的竖井2；还包括隔离墙3；所述隔离墙3沿所述竖井2外壁的外部环向围设；所述隔离墙3为混凝土防渗隔离墙，所述隔离墙3的强度为C30。
如图1和图2所示，所述隔离墙3与所述竖井之间设置有两圈注液围墙41，每圈注液围墙41都是由若干个均匀间隔分布的注液孔4排列构成，靠近所述竖井2的所述注液围墙41到所述竖井2的距离为1m，靠近所述竖井2的所述注液围墙中，相邻所述注液孔4的间距为1.5m；两圈所述注液围墙41的间距为1.5m，靠近所述隔离墙3的所述注液围墙41到所述隔离墙3的距离为2.5m，靠近所述隔离墙3的所述注液围墙41中，相邻所述注液孔4的间距为2.5m。两道注液围墙的目的是一方面能防止竖井发生冻胀现象，在施工过程中，竖井周边一些设备也需要避免受到影响，第二道注液围墙可以扩散至更远的范围，保证竖井和竖井周边的施工设备的安全。
所述注液孔的底部设置有水泥浆层5；所述注液孔4内注有酒精溶液，酒精溶液用于降低水的冰点；酒精溶液在所述注液孔4内向外扩散填充所述隔离墙3与所述竖井2外壁之间区域，形成一道连续的溶剂帷幕，所述溶剂帷幕的两侧分别与所述隔离墙3、所述竖井2的外壁接触；
所述隔离墙3用于阻挡外部环境的水分稀释溶剂或溶剂的进一步扩散。
所述注液孔4的深度大于围岩软土层11的深度，所述隔离墙3的深度大于围岩软土层11的深度。
所述竖井2的井壁上设置有一次衬砌结构25，所述一次衬砌结构25为混凝土结构。
所述竖井2的井壁上设置有第一温度传感器21，所述第一温度传感器21用于实时监测竖井内的温度；所述竖井2井壁上设置有若干个间隔排列的测温孔22，所述测温孔22内设置有第二温度传感器23，所述第二温度传感器23用于监测不同深度处的围岩1温度。所述竖井2的井壁上还设置有水平收敛监测仪24，所述水平收敛监测仪24用于实时监测竖井2的水平收敛位移以判断竖井2的冻胀情况。
本发明的溶剂帷幕形成了竖井及竖井周边的一道保护层，在寒区温度最低时，竖井周边围岩不会发生结冰冷冻的现象，进而避免了环境温度提升后，竖井及周边发生融沉冻胀的现象，该防冻胀系统结构简单，使用便捷，且能耗低，一次性修建后可常年使用，具有良好的经济性和使用价值。
实施例2
实施例2提供了上述防冻胀结构的实施方法，某地常年最低温度可达零下20℃，发明人在室内模拟零下20℃环境，调配不同质量浓度的溶剂对水的冰点的影响，最终确定当酒精溶液质量分数为37％以上时，氯化钠溶液质量浓度为23％以上时，氯化钙溶液质量浓度达到21％以上时，均能使水在零下20℃时不会发生冻结。
包括以下步骤：根据
步骤1、在寒区较低气候时期，室外温度为零下18℃时开始施工，首先，标记处出竖井2位置和隔离墙3位置，修建所述隔离墙3；
步骤2、开挖竖井2，并安装若干个测温孔22，安装第一温度传感器21、第二温度传感器23，水平收敛监测仪24；
步骤3、在所述隔离墙3和所述竖井2之间的空间范围内，从围岩1表层向下进行若干次的钻孔，修建出由若干个注液孔4构成的两道图1和图2所述的注液围墙41，图3所示，从竖井内壁向外钻注浆孔42连通至所述隔离墙3，所述注浆孔42位于所述注液孔4的底部，然后向注浆孔42内注入水泥浆液，水泥浆液扩散，从而实现所述注液孔4的底部用水泥浆进行隔离；
步骤4、将酒精溶液注入所述注液孔4内，溶剂扩散；
步骤5、实时监控竖井2内和/或竖井2周围软土层11的温度、水平收敛位移，通过调节溶剂的浓度，保证竖井2周围软土层11不发生冻胀。
本发明提供的防冻胀系统的施工方法，操作简单，适用性强，可控性好，一次性修建后可常年使用，具有良好的经济性和使用价值。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种寒区竖井的防冻胀系统，包括设置于围岩(1)内的竖井(2)；其特征在于，还包括隔离墙(3)；所述隔离墙(3)环向围设于所述竖井(2)的外部；
所述隔离墙(3)与所述竖井(2)之间设置有若干个间隔分布的注液孔(4)，所述注液孔(4)的底部设置有水泥浆层(5)；所述注液孔(4)内注有溶剂，所述溶剂用于降低水的冰点，所述溶剂能够向外扩散填充至所述隔离墙(3)与所述竖井(2)之间的区域。
2.根据权利要求1所述的寒区竖井的防冻胀系统，其特征在于，所述注液孔(4)竖向布置，相邻所述注液孔(4)的间距为1m～3m。
3.根据权利要求1所述的寒区竖井的防冻胀系统，其特征在于，若干个所述注液孔(4)间隔排列形成注液围墙(41)，所述注液围墙(41)环向围设于所述竖井(2)的外部。
4.根据权利要求1所述的寒区竖井的防冻胀系统，其特征在于，所述注液孔(4)的深度大于或等于围岩软土层(11)的深度，所述隔离墙(3)的深度大于或等于围岩软土层(11)的深度。
5.根据权利要求1所述的寒区竖井的防冻胀系统，其特征在于，所述溶剂是酒精溶液、氯化钙溶液和氯化钠溶液中的至少一种。
6.根据权利要求1所述的寒区竖井的防冻胀系统，其特征在于，所述隔离墙(3)为钢筋混凝土结构、地下连续墙结构或水泥搅拌墙结构，所述隔离墙(3)的强度大于C25。
7.根据权利要求1所述的寒区竖井的防冻胀系统，其特征在于，所述竖井(2)的井壁上设置有第一温度传感器(21)，所述第一温度传感器(21)用于实时监测竖井内的温度；所述竖井(2)井壁上设置有若干个间隔排列的测温孔(22)，所述测温孔(22)与所述围岩(1)相连通，所述测温孔(22)内设置有第二温度传感器(23)，所述第二温度传感器(23)用于监测不同深度处的围岩温度。
8.根据权利要求7所述的寒区竖井的防冻胀系统，其特征在于，所述竖井(2)的井壁上还设置有水平收敛监测仪(24)，所述水平收敛监测仪(24)用于实时监测竖井(2)的水平收敛位移。
9.一种如权利要求1-8任意一项所述的寒区竖井的防冻胀系统的施工方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、修建所述隔离墙(3)；
步骤2、开挖竖井(2)；
步骤3、在所述隔离墙(3)和所述竖井(2)之间的空间范围内，从围岩(1)表层向下进行钻孔，得到若干个分散的注液孔(4)，从竖井内壁向外钻注浆孔(42)连通至所述隔离墙(3)，所述注浆孔(42)位于所述注液孔(4)的底部，然后向注浆孔(42)内注入水泥浆液，水泥浆液扩散，从而实现所述注液孔(4)的底部用水泥浆进行隔离；
步骤4、按所在寒区常年最低气温，配制合适浓度的溶剂，将溶剂注入所述注液孔(4)内，溶剂扩散，完成寒区竖井(2)的防冻胀系统的施工。
10.根据权利要求9所述的寒区竖井的防冻胀系统的施工方法，其特征在于，注液完成一段时间后，实时监控竖井(2)内和/或竖井(2)周围软土层(11)的温度、水平收敛位移，通过调节溶剂的浓度，保证竖井(2)周围软土层(11)不发生冻胀。
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2021
- 2021-09-03 CN CN202111033848.0A patent/CN113586061B/zh active Active
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