专利名称：冻结壁形成过程中的参数的动态分析方法
技术领域：
本申请涉及一种在冻结壁形成过程中动态分析冻结壁的参数的方法。
背景技术：
冻结凿井法是指在开凿井筒前，将井筒周围含水层用人工制冷方法，冻结成封闭的圆筒形冻结壁，以抵抗地压并隔绝地下水与井筒的联系，在冻结壁的保护下进行掘砌作业的施工方法。冻结凿井法的施工顺序是在井筒周围钻若干冻结孔，孔内安装由供液管、回液管和底端封闭的冻结管组成的冻结器；地面冷冻站将制出的低温媒剂(一般为-20 -32°C的盐水-氯化钙溶液)循环输送到冻结器内，吸收地层的热量，使含水层形成以冻结管为中心的冻结圆柱，逐渐扩大与相邻的冻结圆柱连成封闭的冻结壁。冻结壁达设计厚度后，即可进行井筒掘砌作业，直到顺利穿过不稳定地层为止。近年来，随着冲积层厚度和冻结深度的增大，地压和水压增大，地层复杂性和施工难度增加，冻结管断裂和井壁压坏的可能性增大，冻结法凿井技术的难度加大。为解决深厚冲积层及含水基岩段全井深冻结设计，有效解决冻结与掘砌矛盾和实现安全快速施工，需要系统地掌握冻结壁形成过程中其参数的分析方法，动态掌握冻结壁形成特性，以便实现深冻结井的安全快速施工。
发明内容
针对现有技术存在的上述问题，本申请提出了一种冻结壁形成过程中的参数的动态分析方法，包括将冻结壁的参数与所述参数的影响因子相关联；根据所关联的影响因子的值确定参数的预期值；获取冻结壁的参数的实际值；基于所述预期值与所述实际值之间的差值调整所述影响因子的值，进而分析和预测待掘进段所述参数的值。根据本申请提供的方法，能够动态地分析冻结壁形成过程中其主要参数的值，进而动态掌握冻结壁的状态，有利于实现深冻结井的安全快速施工。
图1示出了根据本申请的冻结壁形成过程中的参数的动态分析方法的流程图。
具体实施例方式下面将参照附图详细描述本申请的实施方式。在本申请中，提出了对冻结壁形成过程中的参数的分析方法。冻结壁形成过程中的参数主要包括冻结壁的单孔冻土扩展速度、单圈孔冻结壁平均扩展速度、相邻冻结孔圈交汇成整体冻结壁的内侧及外侧扩展速度、冻结壁的交圈时间、冻结壁有效厚度的平均温度、多圈孔冻结时冻结孔圈之间的冻土交汇时间及冻土扩至井帮的时间以及内外侧冻结壁有效厚度、井帮温度、冻结壁平均温度、安全掘砌段高。
图1示出了根据本申请的冻结壁形成过程中的参数的分析方法1000的流程图。如图1所示，在步骤1001，将冻结壁的参数与所述参数的影响因子相关联。在步骤1002，基于冻结壁的设计方案确定与所述参数相关的影响因子的值并由此确定参数的预期值。(I)单孔冻土扩展速度的计算单孔冻土扩展速度主要与土层性质、冻结孔的间距、盐水温度、冻结管的直径、冻结孔的布置方式、地下水流速、地层原始温度和冻结器环形空间内盐水运动状态等因素有关。在本申请中，将上述影响单孔冻土扩展速度的因素概括为影响因子，通过确定所述影响因子的值来确定单孔冻土扩展速度。即，所述单孔冻土扩展速度可通过以下公式确定Vd = O. 007 α β κ OV0 (2-1)其中Vd表示单孔冻土扩展速度,单位mm/d ;V。表示冻结管外径为140mm、冻结孔间距为1. 8 2. 3m和冻结管内盐水运动状态为层流状态时的粘土层冻土扩展速度，单位mm/d ；α为土层性质因子；β为土层含水率因子；Φ为冻结管外径；K为冻结管内盐水运动状态因子。作为示例，V0可取值16. 5mm/d 12. 6mm/d ； α的取值可以参见表I ; β可取值O. 9 1. 2 ; κ的取值可以是当雷诺数Re < 2300时冻结管内盐水运动状态为层流状态，κ可取O. 9 1. O;当雷诺数Re = 2300 2500时，冻结管内盐水运动状态由层流状态向紊流状态过渡，κ可取1. 15 1. 30。在工程应用中冻结管内盐水运动状态由层流状态向紊流状态过渡对应的盐水流量范围可参考表2。表I
权利要求
1.冻结壁形成过程中的参数的动态分析方法，包括将冻结壁的参数与所述参数的影响因子相关联；根据所关联的影响因子的值确定参数的预期值；获取冻结壁的参数的实际值；基于所述预期值与所述实际值之间的差值调整所述影响因子的值，进而分析和预测所述参数的值。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，将冻结壁的参数与所述参数的影响因子相关联的步骤包括将影响因子与冻结壁的单孔冻土扩展速度相关联从而根据以下公式确定出所述单孔冻土扩展速度Vd = O. 007α β K Φν0其中1表示单孔冻土扩展速度；V0表示冻结管外径为140mm、冻结孔间距为1. 8 2. 3m和冻结管内盐水运动状态为层流状态时的粘土层冻土扩展速度； α表示土层性质因子； β表示土层含水率因子； φ表冻结管外径；K表示冻结管盐水运动状态因子。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，V。的取值为16.5 12. 6mm/d;i3的取值为O. 9 1. 2 ； K的取值为当雷诺数Re < 2300时取O. 9 1.
4.根据权利要求2或3所述的方法，其中，将冻结壁的参数与所述参数的影响因子相关联的步骤包括将影响因子与单圈孔冻结壁平均扩展速度相关联，从而通过以下公式确定出所述单圈孔冻结壁平均扩展速度Vb — aTbLchf 0Vd其中Vb表示单圈冻结孔冻结壁平均扩展速度；Vd表示单孔冻土扩展速度； aT表不冻结时间因子； bL表示冻结孔间距因子；Ch表示邻层冻土因子； fo表示冻结孔圈径因子。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，&:的取值为1.00 1.06，K的取值为1. 3 2.0，Ch的取值为O. 9 1. 2， φ的取值为O. 4 O. 6。
6.根据权利要求4所述的方法，其中，所述单圈孔冻结壁平均扩展速度包括冻结壁内侧的冻土扩展速度和冻结壁外侧的冻土扩展速度，其分别通过以下公式确定Vbn = mnVb^bw = mW^b其中=Vbn表示冻结壁内侧的冻土扩展速度；Vbw表示冻结壁外侧的冻土扩展速度；Vb表示单圈孔冻结壁平均扩展速度；mnS内侧扩展因子，其与冻结时间成正比，而与冻结孔的圈径成反比； mwS外侧扩展因子，其与冻结时间和冻结孔的圈径成反比。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述内侧扩展因子的取值为1.10 1. 18，所述外侧扩展因子的取值为O. 86 O. 90。
8.根据权利要求6或7所述的方法，其中，将冻结壁的参数与所述参数的影响因子相关联的步骤包括将影响因子与相邻冻结孔圈交汇成整体冻结壁的内侧扩展速度和外侧扩展速度相关联，从而分别通过以下公式确定所述相邻冻结孔圈交汇成整体冻结壁的内侧扩展速度和外侧扩展速度Vbn’ = Vlbn+nuVlbw+n21V2bnVbw — ^2bw+ni2^1bw+n22^2bn其中=Vbn’表示交汇后冻结壁的内侧扩展速度；Vb/表示交汇后冻结壁的外侧扩展速度；Vlbri表不原内圈冻结壁内侧扩展速度；Vlbw表不原内圈冻结壁外侧扩展速度；V2to表不原外圈冻结壁内侧扩展速度；V2bw表示原外圈冻结壁外侧扩展速度； nn为原内圈向内侧扩展因子； n21为原外圈向内侧扩展因子； n12为原内圈向外侧扩展因子； n22为原外圈向外侧扩展因子。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，原内圈向内侧扩展因子nn的取值为O O.8，原外圈向内侧扩展因子n21的取值为O O. 5,原内圈向外侧扩展因子n12的取值为O O. 4, 原外圈向外侧扩展因子n22的取值为O O. 7。
10.根据权利要求8所述的方法，其中，当相邻冻结孔圈交汇成整体冻结壁时，nn、η21、 η12、η22的值为0，并且随交汇时间的延长而增大。
全文摘要
本申请提供了一种冻结壁形成过程中的参数的动态分析方法，包括将冻结壁的参数与所述参数的影响因子相关联；根据所关联的影响因子的值确定参数的预期值；获取冻结壁的参数的实际值；基于所述预期值与所述实际值之间的差值调整所述影响因子的值，进而调整所述参数的值。
文档编号E21D1/12GK102996132SQ20111027326
公开日2013年3月27日 申请日期2011年9月15日 优先权日2011年9月15日
发明者李功洲, 陈章庆, 陈道翀 申请人:李功洲, 陈章庆, 陈道翀