地下工程特殊施工技术试题

一、简述钻井法施工的工艺过程和技术要点。煤矿钻井法施工工艺主要包括：钻井、井壁预制、下沉井壁和壁后充填。1.井筒钻进井筒钻进有两种方式，当井筒直径较小时，采用全断面一次性钻进，当井筒直径较大时，可采用一级超前多级扩孔的方式。1.1.钻进钻进一般采用楔齿滚刀，其齿在钻压的作用下切入岩体，钻头旋转时滚刀在岩面上滚动，岩石在滚刀的冲剪作用下破碎。钻进使用的钻压来自钻头的自重，为保证钻孔的垂直，所用的钻压一般不超过钻头自重的40%。1.2.洗井钻进破碎下来的岩碴随泥浆通过压气反循环的方式吸收至地面，泥浆经沉淀池净化后再流入井筒，清洗工作面的岩碴和支护已成的井帮。1.3.测井为监控钻孔的垂直度，当钻进到一定深度或一级钻孔结束时，采用超声波测井仪，对钻孔进行测斜，符合标准后可继续施工，否则，采用纠偏技术进行处理。2.井壁预制井壁预制与钻进同步进行，为保证井壁的垂直度，井壁一般为钢筋混凝土井壁和钢板复合井壁，为保证井壁的垂直度，预制井壁都在经操平后的基础上制作。3.下沉井壁在钻井达到设计要求后，经调制泥浆、测井，确认符合要求时，即可开始下沉井壁，井壁下沉是利用泥浆对井壁的浮力然后向井内加配重水，使井壁缓缓下沉，下沉时要控制其在泥浆中的悬浮高度。井壁接长时经找正后才进行焊接。井壁下沉到底后进行扶正，合格后即将上口固定牢固。4.壁后充填(固井)壁后充填按设计由下而上分若干段高进行，采用水泥浆和碎石交替充填，第一充填段采用内管注浆法充填水泥浆液。碎石充填由井口均匀地填入壁后。二、注浆理论有哪些？适用条件？如何计算注浆量？（1）渗透注浆理论。在相对较小注浆压力的作用下，浆液克服各种阻力而渗入孔隙或裂隙，压力越大，吸浆量及浆液扩散距离越大。这种理论假定，在注浆过程中地层结构不受扰动和破坏。对渗透注浆而言，注浆材料的颗粒尺寸至少要小于土的孔隙尺寸，才能实现渗透注浆，也就是说，满足注浆材料对地层的可注性条件是进行渗透注浆的前提。（2）压密注浆理论。通过钻孔向土层中压入浓浆，随着土体的压密和浆液的挤人，将在压浆点周围形成灯泡壮空间，并因浆液的挤压作用而产生辐射状上抬力，从而引起地层局部隆起，许多工程利用这一原理纠正了地面建筑物的不均匀沉降。（3）劈裂注浆理论。在相对较高的注浆压力作用下，浆液克服地层的初始应力和抗拉强度，引起岩石或土体结构的破坏和扰动，使地层中原有的孔隙或裂隙扩张，或形成新的裂缝或孔隙，从而使渗透性地层的可注性和浆液的扩散距离增大。渗透注浆与劈裂注浆的理论基础虽然不同，但两者都是要把类似的浆液注入地层内的天然孔隙或人造裂隙，并力求的注浆压力下达到较大的扩散距离，因而浆液流变性的好坏对上述注浆理论都起着重要的影响。（4）电动化学注浆理论。当在黏性土中插入金属电极并通以电流后，就在土中引起电渗、电泳和离子交换等作用，促使在通电区域中的含水量显著降低，从而在土内形成渗浆“通道”。若在通电的同时向土中注入硅酸盐浆液，就能在“通道”上形成硅胶，并与土粒胶结成具有一定力学强度的加固体。三、简述人工冻结原理，如何选择冻结方式？用人工制冷的方法，将待开挖地下空间周围的岩土中的水冻结为冰并与岩土胶结在一起，形成一个预定设计轮廓的冻结壁或密闭的冻土体，用以抵抗水土压力、隔绝地下水，并在冻结壁的保护下，进行地下工程的施工。为构造高承载力和密封防水的冻结壁，在土中相应位置布置和施工冻结孔——安设冻结管，通过冻结管中循环的低温冷媒剂将土体中的热量带出，使地层降温并使土中水结为冰。在冻结初期，冻土仅在紧靠冻结管周围形成冻土柱；随冻结过程的继续，冻土柱渐渐扩大并相互连接，在预计的冻结时间后，冻土体达到设计厚度——形成冻结壁。冻结法可分为直接冻结法和间接冻结法。直接冻结法一般靠低温液氮汽化直接制冷，液氮冻结的优点是设备简单，冻结速度快，适用于局部特殊处理和快速抢险和快速施工。液氮是一种比较理想的制冷剂，无色透明，稍轻于水，惰性强，无腐蚀，对震动、火花是稳定的。目前使用的液氮温度通常是一X960C，液氮输入预先理设在地层中的冻结管内。液氮在汽化过程中大量吸收土层内的热量，使冻结管周围的土层冻结。汽化后的氮气排入大气层后可自由扩散，浓度迅速降低。但直接冻结法的费用较高，目前仅用于处理规格较小的危急工程。间接冻结法又称盐水冻结法。此类冻结法建有冷冻站，其内设有氨压缩调节制冷装置和输送泵，将盐水冷却到一300C}-200C输送到预先理设在土层中的冻结管中，盐水与土层进行热交换，然后经回水管送到冷冻站，经重新冷却后再输送到冻结管，形成循环交换热量，使冻结管周围土层逐渐降温、冻结，率先形成冻土圆柱，然后连成冻土墙体，并达到设计要求的强度和厚度。盐水冻结法的费用一般较直接冻结法便宜，常用于冻土量大、施工期较长的工程。是我国目前地下工程中较为普遍采用的方法。四、顶管施工的技术要点有哪些？施工中应注意哪些事项？技术要点：1）设计基础资料顶管设计需有详细的地质地形，流量及水文资料，地下管线及障碍物资料，以便确定顶管布宜，设计受力情况和施工情况一般情况下，顶管覆盖层厚度不应小于3m，或大于管道外径的1.5倍，否则应采取相应的措施。2)管材的选择管材般为钢筋混凝土圆管，钢管和玻璃纤维增强塑料加砂管管材的选择应根据管道用途，管材受力特性，当地采购或制作条件的具体情况考虑。3)顶管轴线布置轴线布置要注意2点：一是不通过活动性地震断裂带，二是尽可能在平丽上避开地下障碍物。4)工作井和接收井的布置应遵循以下规则：①次顶进的长度不易过长，不应超过周边顶管施工企业的能力②要满足工程地形，交通，电力，水利等行业的要求③应考虑施工组织的便利，选择靠近电源，水源，便于运输，排水的位置等④根据实际需要和降低施工成本等方丽的考虑，选择顶管的顶进型式。顶管施工注意事项：1）管道轴线偏差过大管道顶进轴线与设计轴线偏差过大，使管道发生弯曲，甚至造成管节损坏，接口渗漏原因是地层正丽阻力不均匀，使工具管受力不均匀，形成导向偏差，顶管后背发生位移或不平整，使顶力合力线偏移，干斤顶不同步，安装精度不够，造成合力线偏差。这就要求施工前对管道通过地带的地质情况进行认真调查，设置测力装置，指导纠偏对偏差控制应从顶进的全过程去考虑，从系统的角度去解决，形成个事前事中事后的全过程控制。2）地面沉降与隆起顶管施工过程中或施工后，在管道轴线两侧一定范围内发生地丽沉降或隆起，使管道周围建筑物和道路交通等公用设施受到影响，甚至危及到正常使用和安全主要原因是开挖断丽的取土量过多或过少，使工具管推进压力与开挖土体压力不平衡，造成地面沉降或隆起，管道轴线偏差或纠偏不当造成的地层士体损失，管道接口不严密造成水土流失。3）顶管前端正面土体坍塌主要原因是前端土层性质不良，对固岩认识不够;施工方法或施工工厅，不对，使顶进量过小，没有起到防护和平衡的作用，遇有流沙，危石情况，牵动胡塌，顶进前方遇有回填土层。五、简述爆炸法处理软基基本原理、设计方法。爆炸法软基处理主要是通过爆炸作用对软基础进行处理的一种方法,其基本原理是:(1)爆炸排淤,形成爆坑。爆炸前先在爆炸区附近范围内堆填石料,爆炸时松动推填在爆坑附近的石料,使其滑入爆坑,形成泥和石的置换,从而达到排除淤泥形成块石基础的目的。(2)爆炸冲击波和振动效应。爆坑外一定范围内淤泥扰动,导致原来的淤泥结构发生松动,使其强度降低,便于填筑石料的下沉。达到挤排淤泥的效果。(3)爆炸产生振动效应。使堤填筑体得到附加动载荷,使填筑体能够加速下沉,提高了挤排淤泥的效果,也使的填筑体本身下滑后更加密实。还使石料密实度增加。1）填筑体起始段爆填采用自卸卡车和推土机联合作业,按设计要求将填筑料向体芯方向推填,当达到爆填进尺时,开始爆填作业。在推填至填筑体芯前方一定距离内,将药包埋入淤泥下或置于泥面上。爆炸动能将淤泥排开,形成爆坑,石料在瞬时内塌落和充满爆坑,并落到持力层上,完成了石料对淤泥的置换。整个过程为一个爆填循环。然后再开始石料推填-装药-起爆,进行下一个循环。2）填筑体芯侧爆填完成填筑体起始段爆填后,石料基本落到持力层上,但仍需对填筑体芯两侧进行侧爆填,以便加宽填筑体身和整形,达到设计要求。施工原理和方法与填筑体起始段头爆填相同。一般情况下,填筑体起始段侧面爆填可在起始填筑进尺后50mm～100m时开始进行。填筑体起始段芯侧爆填循环进尺一般为30mm～60m。填筑体侧爆填进行1次或2次,可根据填筑体的设计要求而定。