[00112215]龙固矿井近600m冲积层冻结法凿井技术研究与应用

该项目是新汶矿业集团有限责任公司为建设龙固矿井而设立的。龙固副井穿过深567.7m的冲积层，冻结深度为650m，由于深部地温高、冻土强度低、土体冻胀及流变性强烈，冻结凿井面临着诸多的理论及技术难题。该项目综合采用理论分析、数值计算、物理模拟、现场测试等手段，对15个子课题开展了攻关，解决了600m特厚冲积层冻结凿井理论、设计、施工的关键问题，取得了重大技术突破。主要创新性成果有：首次系统地研究并提出了特厚冲积层中冻结井壁的设计理论和方法。包括：首次获得了外壁外载的变化规律、提出了其取值方法；首次获得了高强混凝土外壁及壁后冻土的温度变化规律，提出了井壁混凝土达到设计强度的合理时间；首次获得了外壁现浇C60～C75高强混凝土的早期强度增长规律，以及高强混凝土内、外壁的极限承载力；首次提出了内、外壁的合理力学模型以及便于应用的内、外壁设计计算公式。系统地研究了特厚冲积层中冻结壁的设计理论，并提出了设计方法。包括：首次获得了深部原状土与重塑土人工冻土力学性质的差异以及有压、无压冻结对冻土抗压性能的影响规律，提出了重塑土强度的修正公式；首次得到了多圈管冻结温度场的发展规律及冻结壁平均温度计算公式；掌握了冻结壁变形规律及外壁混凝土应变、钢筋轴力的变化规律。全面掌握了特厚冲积层中冻结法凿井施工技术。包括：在国内首次解决了特厚冲积层中高垂直度冻结孔的精确定向和纠偏问题；首次解决了多圈管冻结工艺和超大型冻结站运转技术难题；掌握了冻结井外壁C60～C75高强混凝土的浇筑技术。该研究成果成功地应用于龙固副井冻结凿井工程，创造了冻结凿井通过冲积层厚度（567.7m）和冻结深度（650m）的全国最高记录。本科研成果，为井工开采400～600m特厚冲积层下的矿物资源扫除了建井技术这一最大障碍，使我国冻结凿井技术水平达到了国际领先水平，社会与经济效益十分显著，具有重要的推广应用价值。