本发明涉及一种竖井巨厚大膨胀粘土层段冻结施工新技术，特别涉及一种应用于冻结竖井安全快速开挖通过巨厚大膨胀粘土层施工新技术。
背景技术：
冻结竖井通过巨厚层大膨胀粘土，如江苏丰县李堂矿主井和副井，粘土层总厚分别为287.23m和309.81m，分别占表土冻结段的67.2％和72.0％，特别是主井在井深－320.5～－422.0m，副井在井深－323.2～－423.8m，其连续粘土层厚度分别达到101.5m和100.6m，粘土主要呈锈黄、灰绿、红棕、紫红色，有一定粘性，自然膨胀率为105％～115％，冻胀力0.4～0.5MPa，冻胀率2.09％～2.65％。冻结控制质量至关重要，冻结太实对施工安全有保证，但开挖速度太慢，成本增加；冻结不到位，开挖快，但容易发生片帮冒落，安全隐患大，甚至发生冻结管断裂，导致冻结失败井筒淹水。冻结段掘砌施工的风险高，难度很大，对井壁支护结构和强度要求高。冻结壁解冻后，井壁受力大，受力结构复杂。
技术实现要素：
本发明的目的就在于克服上述现有技术中对巨厚大膨胀粘土层掘进施工时的不足，而提供一种应用于冻结竖井安全快速开挖通过巨厚大膨胀粘土层施工新技术，该新技术采用“主排孔+辅助孔+防片帮孔”的综合冻结方式，并通过优化施工工艺，提高了冻结施工进度，缩短工期，可发挥设备机械化效率，施工安全、经济、实用。
本发明的技术方案是：一种应用于冻结竖井安全快速开挖通过巨厚大膨胀粘土层施工方法，该方法依照下列步骤进行：
S1根据设计图纸，进行测量放线，将主副井井筒中心及井筒外沿放出，并用白灰进行标示。
S2按照表1主副井井筒冻结孔布置参数表中主排孔、中排孔及防片帮孔的布置圈径、冻结深度、孔深、开孔间距等参数进行钻孔，钻孔完成，逐孔进行检查，看是否符合要求。
S3钻孔检查满足要求后，安设冻结管，使用规格为朔料管作供液管，规格为冻结管采用内箍焊。
S4在实施冻结过程中，控制盐水温度和盐水循环速度，控制冻结壁扩展速度、厚度和井帮温度，达到不冻实又能安全开挖。
S5按照设计图纸进行井筒开挖，及时进行井筒混凝土浇筑。
本发明具有如下的优点和积极效果：
1、防片帮孔主要是在冻土掘进过程中，起到防止上部暴露荒壁片帮的作用，防片帮孔冻结深度根据井筒掘进变径位置确定，主排孔主要是保证冻结壁到达圆满交圈以及基岩风化段冻结的要求，同时与中排孔一起承担增加冻结壁厚度、降低冻结壁平均温度、增大冻结壁强度和稳定性的作用，中排孔还起到增加防片帮孔以下的井帮稳定性的作用。
2、可以通过控制盐水温度和盐水循环速度，控制冻结壁扩展速度、厚度和井帮温度，达到不冻实又能安全开挖。
3、提高竖井掘进速度,工效大大提高,施工工期大幅缩短,节约费用，经济性好。
附图说明
图1是主副井井筒冻结孔布置平面图。
具体实施方式
如图1所述，本发明为一种应用于冻结竖井安全快速开挖通过巨厚大膨胀粘土层施工新技术，依照下列步骤进行①按照设计图纸确定主副井井筒中心及外沿，并用白灰进行标示。②根据图1主副井井筒冻结孔布置平面图中主排孔、中排孔、防片帮孔的布置圈径、孔数、开孔间距等数据准确定钻孔位置，用红漆画圈。钻孔时依据表1主副井井筒冻结孔布置参数设计表中冻结深度进行钻孔。③钻孔完成，逐孔进行检查，看是否符合要求。④钻孔检查满足要求后，安设冻结管(规格冻结管采用内箍焊)，使用规格为朔料管作供液管。⑤在实施冻结过程中，控制盐水温度和盐水循环速度，控制冻结壁扩展速度、厚度和井帮温度，达到不冻实又能安全开挖。⑥为了减少掘进过程中荒壁暴露时间，保证外壁掘砌施工安全，在巨厚粘土层中外壁短段掘砌段高确定在H＝2.0～2.5m，空帮时间t≯24h，将井帮位移量控制在20～50mm，确保井壁厚度。⑦在一个段高内的井帮上、中、下使用麻花钻杆打3圈直径80～100mm、深度400～600mm孔，同时均匀开挖8～16道V形卸压槽，释放膨胀压力。⑧在井帮与外壁间敷设双层30～60mm聚笨乙烯泡沫塑料板，使用竹片与打入粘土中的短钢筋固定，在预留了一定井帮变形量起到缓慢释压作用，改善了混凝土井壁养护条件，起到保温隔热作用，保证了混凝土在低温下凝固、有效防止外壁早期压坏，确保外壁施工质量和后续掘砌施工安全。⑨为了防止外壁开裂掉块，对井下人员设备造成安全隐患，先在地面加工10～40套井圈，井圈采用[18a槽钢制作，每个井圈由四块组成，每块之间用2个Φ18mm的螺栓连接，连接板采用10mm厚钢板加工。同时每个井圈加工直径Φ36mm、长度400mm的倒楔式锚栓12个，锚栓端部用厚度10mm钢板焊接固定井圈。如果发现外壁开裂掉块，在井壁敷设8mm厚钢板，钢板规格为长×宽＝6000mm×1500mm，环向放置，先将钢板穿挂在钢筋上，待井圈在井壁上固定好后，再将钢板用螺栓连接在井圈上，井圈和钢板组合作为浇注混凝土的外模。每块钢板之间竖向和横向均有50mm的压茬，可用点焊连接。⑩浇筑井筒的井壁混凝土。
表1是主副井井筒冻结孔布置参数设计表
表2主副井井筒冻结壁形成和发展预测情况