_斜井冻结壁厚度计算方法
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２ ０ １ ３ 收稿日期 ： － ０ １ － ０ ４
４ ０
建 井 技 术 ２ ０ １ ３ 年第 ３ ４卷
内， 井筒周边围岩切向应力总是压应力 ， 且比拱顶 范围内的应力值大 ， ２～３） Ｐ０ 。 一般情况下 ， σ θ＝ （ 侧壁处在较大的 压 应 力 作 用 下 ， 是造成井筒侧壁 剪切破坏或岩爆的主要原因之一 。 （ ） 当 λ＝１ 时 ， 井筒围岩应力状态是回转对 ３ 各 点 应 力 均 相 同， 出 现 等 压 力 环， 即周边围 称的 ， ， 岩切向应力值为一常数 （ 这种状态对圆 Ｐ０ ） σ θ ＝２ 形井筒的稳定是最有利的 。 当λ＝０ 时 ， 井筒周边 为等压力环 围岩切向压 应 力 最 大 值 σ Ｐ０ ， ｍ ａ ｘ ＝３ θ 周边围岩切向应力的 １ ． ５倍。 １ ． ２ 斜井围岩压力计算 （ ） 深埋井筒围岩压力及压力拱计算 １ 为 深 埋 井 筒， 当埋深 Ｈ ＞ （ ２ ． ０～２ ． ５） ｈ ｑ 时， 计算简图如图 ３ 所示 。 图中 ： ｈ ｑ 为深埋井筒压力 拱高度 ； ｈ 为井筒掘 进 高 度 ； ａ 为井筒掘进宽度之 半； ａ ｂ 为 压 力 拱 跨 度 之 半； １ 为 两 帮 不 稳 定 范 围；
） ／ （ 当λ 值 在 ０～１ 井筒拱顶或拱 １ ３ 之 间 时， 底范围 承 受 拉 应 力 ； 当 λ＝０ 时 ， 井筒拱顶出现最 ／ 大切向 拉 应 力 ； 当 λ＞１ 井筒拱顶逐渐变得 ３ 后， 稳定 。 （ ） 当λ 值在 ０～１ 之 间 变 化 时 ， 在侧壁范围 ２
井筒周边围岩应力分布为 当ｒ＝Ｒ０ 时 ，
（
（ ） ７
） 浅埋井筒围岩压力计算 ２ （
第 ２ 期
陈章庆 ， 等： 斜井冻结壁厚度计算方法
４ １
当埋深 Ｈ ≤ （ 为 浅 埋 井 筒， ２ ． ０～２ ． ５） ｈ ｑ 时， 其围岩压力
［ ２］
压力 拱 发 挥 作 用 。 因 此 ， 井筒冻结壁顶板厚度 一般应大于围岩压力拱高度 ｈ Ｅｄ， ｑ。 根据井筒顶板围岩普氏系数 ｆ 需要 ｄ 的不同 ， 调整 Ｅｄ 与 ｈ 来满足上述顶板冻结的３ ｑ 的 倍 数， 点要求和斜 井 冻 结 工 程 特 殊 性 要 求 ： 当ｆ ． ８ ｄ ＝０ 当ｆ ． ０时， Ｅｄ ＝ （ １ ． ０～１ ． ２） ｈ ． ０～１ ． ５ ～１ ｄ ＝１ ｑ； 时， 当ｆ Ｅｄ ＝ （ １ ． ２～２ ． ０） ｈ ． ５～４ ． ０ 时， Ｅｄ ｄ ＝１ ｑ； ） ） 计算 。 ＝（ ２～６ ｈ ｈ ４ ｑ。 其中 ， ｑ 按式 （ 简支梁两端承 受 最 大 剪 应 力 情 形 ， 可用于冻 结壁顶板厚度验算 。 ） （ 井筒冻结壁底板厚度计算 ２ 由于井筒底板 是 被 动 受 力 ， 所以底板附近围 受井筒下部和两侧围岩普氏系 岩不是均匀受力 ， 数影响较 大 。 当 ｆ＜１ 井筒围岩以扩大拱 ． ５ 时， 形塌方类型为主 ， 井筒底部围岩易出现底鼓现象 。 斜井施工 ， 一般是先砌筑两侧和拱顶井壁 ； 待 掘砌一段后 ， 再返回铺设井筒底板 。 因此 ， 斜井冻 易产生蠕变变形 ， 出现底 结壁底部裸露时间较长 ， 鼓 。 同时在掘砌 施 工 中 ， 需要割断垂直冻结方式 冻结壁形成的底板 ， 一是 的顶底板冻结管 。 为此 ， 要加固井筒下部围岩 ， 提高围岩普氏系数 ， 减小底 鼓； 二 是要使 冻 结壁 底部 外 扩， 趋 于 一 个 外 接 圆， 提高冻结壁承压 能 力 ； 三是要预留冻结壁底板解 冻时 间 ， 防 止 在 井 筒 铺 设 底 板 之 前， 发生透水事 故。 井筒冻结壁 底 板 厚 度 Ｅ ｔ 要同时满足以下条 （ ） （ ） 件： Ｅ ０ ． ８ Ｅｄ； Ｅ ３ ． ５ ｍ。 ～５ ｆ＞２ ｆ ＜１ ｔ≥ ｔ≥ 与浅埋井筒同样的道理 ， 冻结壁底板厚度 ， 按 可以适当将起点抬高 ， 井筒外接圆算起有些偏大 ； 例如从掘进底板到外接圆底部的中间算起 。 （ ） 井筒冻结壁两帮厚度计算 ３ 冻结壁可以在 一 定 范 围 内 ， 提高井筒围岩抗 压强度 ， 但不 能 根 本 改 变 井 筒 围 岩 塌 方 类 型 。 井 筒围岩的扩大拱 形 塌 落 范 围 ， 主要取决于原有围 岩普氏系数 。 因 此 ， 冻结壁两帮厚度应覆盖原拱 形塌落范围 ， 并使斜井冻结壁接近一个厚壁圆筒 ， 以提高其承压能力 。 井筒冻结壁两帮厚度 Ｅｂ， 应同时满足以下条 件： 当 ｆ ＜１ 当 ｆ＝１ ． ０ 时， Ｅｂ ≥１～１ ． ５ ａ ． ２～ １； ， ； ， ， 时 当 时 １ ． ５ Ｅｂ＝１ ． ５～２ ａ ａ ｆ＞２ Ｅｂ≥２ １ １ Ｅ ｂ≥
出了按浅埋和深埋斜井两种情况来解决斜井冻结 壁厚度计算问题的新方法 。 １ 斜井围岩受力特点 １ ． １ 圆形井筒围岩压力 斜井井筒掘砌断面基本可 按 圆 形 处 理， 掘 砌施工及永久支护后的井筒及其围岩受力， 较 为接近 圆 筒 形 受 力 状 态。斜 井 与 水 平 井 筒 围 我们由圆形井筒受 岩受力有类似之处。因此， 力分析 入 手， 来讨论斜井冻结壁厚度计算方 法。 如图 １ 所 示 ， 受 垂 直 力 Ｐ０ 和 侧 向 力 λ Ｐ０ 作 用时 ， 圆形井筒围岩应力状态为
３ ／ ； ＭＮ ｍ Ｈ 意义同前 ， ｍ。 需要指出的是 ， 浅埋井筒冻结壁厚度计算值 ，
是在井筒外接圆的基础上分析计算得到的 。 而井 筒冻结工程的冻 结 壁 厚 度 ， 一般是按掘砌荒径确 定 。 因此 ， 上述计算结果需要经分析修正后 ， 重新 确定冻 结 壁 各 部 位 厚 度 。 斜 井 底 部 一 般 为 马 蹄 形； 在浅埋情况下 ， 井筒周边最大应力一般出现在 底部可 能 只 出 现 底 鼓 现 象 。 冻 结 壁 底 板 厚 两侧 ， 度， 按井筒外接圆算起有些偏大 ； 可以适当将起点 抬高 ， 例如从掘进底板到外接圆底部的中间算起 。 ２ ． １ ． ２ 深埋井筒 （ ） 井筒冻结壁顶板厚度计算 １ 深埋井筒形成压力拱时 ， 冻结壁形成的顶板 ， 一是要将压力拱 内 可 能 塌 落 的 围 岩 冻 结 成 整 体 ， 提高井筒顶部围岩普氏系数 ， 减小压力拱高度 ； 二 使围岩压力拱具有 是要将部分压力 拱 围 岩 冻 结 ， 封水作用 ； 三是要 让 顶 板 冻 结 围 岩 本 身 所 形 成 的
＋ （ ） Ｔ Ｄ ２ ６ ５ ． ３ ５ 文献标识码 ： Ａ 文章编号 ： １ ０ ０ ２ － ６ ０ ２ ９ ２ ０ １ ３ ０ ２ － ０ ０ ３ ９ － ０ ４ 中图分类号 ：
国 内 斜 井 冻 结 工 程 逐 渐 增 多。以 往 近 年 来， 斜井冻结壁厚度 的 确 定 ， 主要是参考立井冻结壁 计算及施工经验 ； 部分设计是按浅埋硐室松散岩 按挡土墙理论计算侧压力 ， 柱理论计算顶部压力 ， 按简支梁两端承受最大剪应力情形计算顶部冻结 按立井厚 壁 筒 理 论 公 式 估 算 两 帮 及 底 部 壁厚度 ， 冻结壁厚度 。 这种方法虽然满足了部分斜井冻结 工程的需要 ， 但冻 结 壁 受 力 状 态 及 计 算 公 式 都 与 实际需求相差较大 。 “ 马泰壕矿深长 （ 主斜井冻结 法 凿 井 关 ４ ４ ０ ｍ） 键技术 ” 课题组 ， 在 该 矿 主 斜 井 冻 结 方 案 设 计 中， 通过对斜井井筒 受 力 、 变形特性和斜井冻结特性 的分 析 ， 探索 斜井冻 结 方法， 制 定 冻 结 方 案， 并提
－
０
＋
＋
４ ０ ４
烍
（ ） １
ｒ θ
－
０
＋
２ ０ ２－
４ ０ ４
烎
式中 ： σ σ ｒ 为圆形井筒围岩径向应力 ； θ 为圆形井筒 围岩切向应 力 ； 点 剪 应 力； ｒ， τ θ） λ ｒ θ为圆形井筒（ 为井筒围岩侧 压 力 系 数 ； Ｐ０ 为 井 筒 围 岩 顶 压 力 ；
σ τ ｒ＝ ｒ θ ＝０ （ １＋ Ｐ０ ＋２ １－ Ｐ０ ｃ ｏ ｓ ２ σ λ） λ） θ θ＝ （
σ ｒ＝
θ
（ ） （ ） Ｒ Ｒ １ （ １ λ） Ｐ １ １ λ） Ｐ １３ ｃ ｏ ｓ ２ σ＝ （ θ （ ｒ）１ （ ｒ） ２ ２ Ｒ Ｒ １ １ λ） Ｐ １２ ｓ ｉ ｎ ２ τ ＝ （ θ （ ｒ ３ｒ ） ２
－ ＋
０
Ｒ２ １（ ） ０ １＋ λ Ｐ０ １－ ２ ２ ｒ
＋
２ ０ ２
Ｒ２ Ｒ４ １（ ） ０ ０ 烌 １－ ｏ ｓ ２ λ Ｐ０ １－４ ２ ＋３ ４ ｃ θ ２ ｒ ｒ
４ 卷第 ２ 期 第３
建 井 技 术
Ｖ ｏ ｌ ． ３ ４ Ｎ ｏ ． ２ Ａ ｒ ． ０ １ ３ ２ ｐ
０ １ ３ 年 ４ 月 Ｍ Ｉ Ｎ Ｅ Ｃ ＯＮ Ｓ Ｔ ＲＵ Ｃ Ｔ Ｉ ＯＮ Ｔ Ｅ ＣＨＮＯ Ｌ Ｏ Ｇ Ｙ ２
· 问题探讨 ·
斜井冻结壁厚度计算方法
ｂ ｂ ｈ ＝ ｑ＝ ａ ｎ ｆｄ ｔ ｄ ｂ － ｂ＝ ａ＋ ａ ａ＋ ｈ ｔ ａ ｎ ４ ５ ° １＝ ２
（ ） ４
（
） ）
（ ） ５ （ ） ６
ｈ γ ｑ ｄ＝ ｄ ｑ ｑ ｂ＝
图 ３ 深埋井筒围岩压力计算简图
１（ ｂ ２ － ２ ｈ ｈ） ｔ ａ ｎ ４ ５ ° γ γ ｄ ｂ ｑ＋ ２ ２
Ｋ 烄 烌 （ ） － １ Ｅ＝Ｒ １ ０ －槡 ３ Ｐ Ｋ β 烆 烎 式中 ： Ｅ 为冻结壁厚度 ， ｍ； Ｒ 为 井 筒 外 接 圆 半 径，
槡
； ｍ； Ｋ 为冻土计算强度 ， ＭＰ ａ β 可通过侧压力系数 计算得到 ， 最大 １ 一般取１ ． ５， ． １ ５～１ ． ３ ５； Ｐ 为浅 ； 埋 井 筒 围 岩 顶 压， Ｐ ≈γ Ｈ， ＭＰ ａ γ 意 义 同 前，
｝
（ ） ３
Ｒ０ 为圆形井筒半径 。
当λ＝１ 时 ，
主要取 井筒周边围岩切向应力σ θ 及 其 分 布， 决于侧压力系数λ， 如图 ２ 所示 。
１］ 井筒周边围岩切向应力特性 ［ 如下 ：
Ｒ２ ０ Ｐ０ １－ ２ 烌 σ ｒ＝ ｒ 烍 Ｒ２ ０ Ｐ０ １＋ ２ σ θ＝ ｒ 烎
（ ） （ ）
ห้องสมุดไป่ตู้
（ ） ２
图 １ 圆形井筒围岩受力分析
井帮围岩容重 ； γ γ ｆ ｆ ｄ， ｂ 分别为顶板 、 ｄ， ｂ 分别为顶
图 ２ 圆形井筒周边围岩切向应力σ θ 的分布
板、 井帮围岩普氏系数 ； 井帮围 ｄ， ｂ 分别为顶板 、 岩似内摩擦角 ； ｑ ｑ ｄ， ｂ 分别为井筒顶压和侧压 。
［ １］ 深埋井筒压力拱高度 ｈ 为 ｑ 及围岩压力
陈章庆１， 张步俊２
（ ） 北京 ， 江苏 徐州 ， １ 北京煤科联应用技术研究所 ， １ ０ ０ ０ １ ３；２ 中煤第五建设有限公司第三工程处 ， ２ ２ １ １ ４ ０
以往斜井冻结壁厚度的确定 ， 主要参考立井冻结壁计算及施工经验 。 通过理论分 摘 要 ： 析和马泰壕矿主斜井冻结工程实践 ， 提出了按浅埋和深埋斜井两种情况 ， 来解决斜井冻结壁厚 度计算问题的新方法 。 斜井冻结 ； 冻结壁厚度 ； 计算方法 关键词 ：
为
Ｈ ２ － ５ ° Ｈ １－ ｔ ａ ｎ ４ ｔ ａ ｎ γ ｑ ｄ＝ ２ ２ ｂ
） ］ ｈ ° ｔ ａ ｎ ４ γ Ｈ ｑ≈ ２） （ ２） （５
［
ｂ
（
（ ） ８ （ ） ９
＋
２
－
式中 ： 其 γ， 分别为井筒围 岩 容 重 和 似 内 摩 擦 角 ； 余符号意义同前 。 浅埋井筒顶压ｑ 考虑了围岩滑动面 ｄ 计算时 ， 阻力 。 为安全起见 ， 也可忽略滑动面阻力 ， 而将顶 压公式简化为ｑ Ｈ。 γ ｄ≈ ２ 斜井冻结壁厚度计算 ２ ． １ 斜井冻结壁厚度计算方法 ２ ． １ ． １ 浅埋井筒 从井筒周边应 力 分 析 可 知 ， 圆形井筒最大切 向应力为等压力环周边切向应力的 １ ． ５ 倍 。 当斜 ， 井冻结较浅 （ 或围岩普氏系 Ｈ≤（ ２ ． ０～２ ． ５） ｈ ｑ） 不 能 形 成 压 力 拱 时， 可按浅埋井筒围 数 ｆ 较小 ， 不 均 匀 压 力 系 数β 和 无 限 长 厚 壁 筒 岩顶压公式 、 公式 （ 第四强度理论 ） 计算斜井冻结壁厚度 。 无压 力拱的斜井冻结壁厚度可按下式计算 ：
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建 井 技 术 ２ ０ １ ３ 年第 ３ ４卷
内， 井筒周边围岩切向应力总是压应力 ， 且比拱顶 范围内的应力值大 ， ２～３） Ｐ０ 。 一般情况下 ， σ θ＝ （ 侧壁处在较大的 压 应 力 作 用 下 ， 是造成井筒侧壁 剪切破坏或岩爆的主要原因之一 。 （ ） 当 λ＝１ 时 ， 井筒围岩应力状态是回转对 ３ 各 点 应 力 均 相 同， 出 现 等 压 力 环， 即周边围 称的 ， ， 岩切向应力值为一常数 （ 这种状态对圆 Ｐ０ ） σ θ ＝２ 形井筒的稳定是最有利的 。 当λ＝０ 时 ， 井筒周边 为等压力环 围岩切向压 应 力 最 大 值 σ Ｐ０ ， ｍ ａ ｘ ＝３ θ 周边围岩切向应力的 １ ． ５倍。 １ ． ２ 斜井围岩压力计算 （ ） 深埋井筒围岩压力及压力拱计算 １ 为 深 埋 井 筒， 当埋深 Ｈ ＞ （ ２ ． ０～２ ． ５） ｈ ｑ 时， 计算简图如图 ３ 所示 。 图中 ： ｈ ｑ 为深埋井筒压力 拱高度 ； ｈ 为井筒掘 进 高 度 ； ａ 为井筒掘进宽度之 半； ａ ｂ 为 压 力 拱 跨 度 之 半； １ 为 两 帮 不 稳 定 范 围；
） ／ （ 当λ 值 在 ０～１ 井筒拱顶或拱 １ ３ 之 间 时， 底范围 承 受 拉 应 力 ； 当 λ＝０ 时 ， 井筒拱顶出现最 ／ 大切向 拉 应 力 ； 当 λ＞１ 井筒拱顶逐渐变得 ３ 后， 稳定 。 （ ） 当λ 值在 ０～１ 之 间 变 化 时 ， 在侧壁范围 ２
井筒周边围岩应力分布为 当ｒ＝Ｒ０ 时 ，
（
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） 浅埋井筒围岩压力计算 ２ （
第 ２ 期
陈章庆 ， 等： 斜井冻结壁厚度计算方法
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当埋深 Ｈ ≤ （ 为 浅 埋 井 筒， ２ ． ０～２ ． ５） ｈ ｑ 时， 其围岩压力
［ ２］
压力 拱 发 挥 作 用 。 因 此 ， 井筒冻结壁顶板厚度 一般应大于围岩压力拱高度 ｈ Ｅｄ， ｑ。 根据井筒顶板围岩普氏系数 ｆ 需要 ｄ 的不同 ， 调整 Ｅｄ 与 ｈ 来满足上述顶板冻结的３ ｑ 的 倍 数， 点要求和斜 井 冻 结 工 程 特 殊 性 要 求 ： 当ｆ ． ８ ｄ ＝０ 当ｆ ． ０时， Ｅｄ ＝ （ １ ． ０～１ ． ２） ｈ ． ０～１ ． ５ ～１ ｄ ＝１ ｑ； 时， 当ｆ Ｅｄ ＝ （ １ ． ２～２ ． ０） ｈ ． ５～４ ． ０ 时， Ｅｄ ｄ ＝１ ｑ； ） ） 计算 。 ＝（ ２～６ ｈ ｈ ４ ｑ。 其中 ， ｑ 按式 （ 简支梁两端承 受 最 大 剪 应 力 情 形 ， 可用于冻 结壁顶板厚度验算 。 ） （ 井筒冻结壁底板厚度计算 ２ 由于井筒底板 是 被 动 受 力 ， 所以底板附近围 受井筒下部和两侧围岩普氏系 岩不是均匀受力 ， 数影响较 大 。 当 ｆ＜１ 井筒围岩以扩大拱 ． ５ 时， 形塌方类型为主 ， 井筒底部围岩易出现底鼓现象 。 斜井施工 ， 一般是先砌筑两侧和拱顶井壁 ； 待 掘砌一段后 ， 再返回铺设井筒底板 。 因此 ， 斜井冻 易产生蠕变变形 ， 出现底 结壁底部裸露时间较长 ， 鼓 。 同时在掘砌 施 工 中 ， 需要割断垂直冻结方式 冻结壁形成的底板 ， 一是 的顶底板冻结管 。 为此 ， 要加固井筒下部围岩 ， 提高围岩普氏系数 ， 减小底 鼓； 二 是要使 冻 结壁 底部 外 扩， 趋 于 一 个 外 接 圆， 提高冻结壁承压 能 力 ； 三是要预留冻结壁底板解 冻时 间 ， 防 止 在 井 筒 铺 设 底 板 之 前， 发生透水事 故。 井筒冻结壁 底 板 厚 度 Ｅ ｔ 要同时满足以下条 （ ） （ ） 件： Ｅ ０ ． ８ Ｅｄ； Ｅ ３ ． ５ ｍ。 ～５ ｆ＞２ ｆ ＜１ ｔ≥ ｔ≥ 与浅埋井筒同样的道理 ， 冻结壁底板厚度 ， 按 可以适当将起点抬高 ， 井筒外接圆算起有些偏大 ； 例如从掘进底板到外接圆底部的中间算起 。 （ ） 井筒冻结壁两帮厚度计算 ３ 冻结壁可以在 一 定 范 围 内 ， 提高井筒围岩抗 压强度 ， 但不 能 根 本 改 变 井 筒 围 岩 塌 方 类 型 。 井 筒围岩的扩大拱 形 塌 落 范 围 ， 主要取决于原有围 岩普氏系数 。 因 此 ， 冻结壁两帮厚度应覆盖原拱 形塌落范围 ， 并使斜井冻结壁接近一个厚壁圆筒 ， 以提高其承压能力 。 井筒冻结壁两帮厚度 Ｅｂ， 应同时满足以下条 件： 当 ｆ ＜１ 当 ｆ＝１ ． ０ 时， Ｅｂ ≥１～１ ． ５ ａ ． ２～ １； ， ； ， ， 时 当 时 １ ． ５ Ｅｂ＝１ ． ５～２ ａ ａ ｆ＞２ Ｅｂ≥２ １ １ Ｅ ｂ≥
出了按浅埋和深埋斜井两种情况来解决斜井冻结 壁厚度计算问题的新方法 。 １ 斜井围岩受力特点 １ ． １ 圆形井筒围岩压力 斜井井筒掘砌断面基本可 按 圆 形 处 理， 掘 砌施工及永久支护后的井筒及其围岩受力， 较 为接近 圆 筒 形 受 力 状 态。斜 井 与 水 平 井 筒 围 我们由圆形井筒受 岩受力有类似之处。因此， 力分析 入 手， 来讨论斜井冻结壁厚度计算方 法。 如图 １ 所 示 ， 受 垂 直 力 Ｐ０ 和 侧 向 力 λ Ｐ０ 作 用时 ， 圆形井筒围岩应力状态为
３ ／ ； ＭＮ ｍ Ｈ 意义同前 ， ｍ。 需要指出的是 ， 浅埋井筒冻结壁厚度计算值 ，
是在井筒外接圆的基础上分析计算得到的 。 而井 筒冻结工程的冻 结 壁 厚 度 ， 一般是按掘砌荒径确 定 。 因此 ， 上述计算结果需要经分析修正后 ， 重新 确定冻 结 壁 各 部 位 厚 度 。 斜 井 底 部 一 般 为 马 蹄 形； 在浅埋情况下 ， 井筒周边最大应力一般出现在 底部可 能 只 出 现 底 鼓 现 象 。 冻 结 壁 底 板 厚 两侧 ， 度， 按井筒外接圆算起有些偏大 ； 可以适当将起点 抬高 ， 例如从掘进底板到外接圆底部的中间算起 。 ２ ． １ ． ２ 深埋井筒 （ ） 井筒冻结壁顶板厚度计算 １ 深埋井筒形成压力拱时 ， 冻结壁形成的顶板 ， 一是要将压力拱 内 可 能 塌 落 的 围 岩 冻 结 成 整 体 ， 提高井筒顶部围岩普氏系数 ， 减小压力拱高度 ； 二 使围岩压力拱具有 是要将部分压力 拱 围 岩 冻 结 ， 封水作用 ； 三是要 让 顶 板 冻 结 围 岩 本 身 所 形 成 的
＋ （ ） Ｔ Ｄ ２ ６ ５ ． ３ ５ 文献标识码 ： Ａ 文章编号 ： １ ０ ０ ２ － ６ ０ ２ ９ ２ ０ １ ３ ０ ２ － ０ ０ ３ ９ － ０ ４ 中图分类号 ：
国 内 斜 井 冻 结 工 程 逐 渐 增 多。以 往 近 年 来， 斜井冻结壁厚度 的 确 定 ， 主要是参考立井冻结壁 计算及施工经验 ； 部分设计是按浅埋硐室松散岩 按挡土墙理论计算侧压力 ， 柱理论计算顶部压力 ， 按简支梁两端承受最大剪应力情形计算顶部冻结 按立井厚 壁 筒 理 论 公 式 估 算 两 帮 及 底 部 壁厚度 ， 冻结壁厚度 。 这种方法虽然满足了部分斜井冻结 工程的需要 ， 但冻 结 壁 受 力 状 态 及 计 算 公 式 都 与 实际需求相差较大 。 “ 马泰壕矿深长 （ 主斜井冻结 法 凿 井 关 ４ ４ ０ ｍ） 键技术 ” 课题组 ， 在 该 矿 主 斜 井 冻 结 方 案 设 计 中， 通过对斜井井筒 受 力 、 变形特性和斜井冻结特性 的分 析 ， 探索 斜井冻 结 方法， 制 定 冻 结 方 案， 并提
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（ ） １
ｒ θ
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２ ０ ２－
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式中 ： σ σ ｒ 为圆形井筒围岩径向应力 ； θ 为圆形井筒 围岩切向应 力 ； 点 剪 应 力； ｒ， τ θ） λ ｒ θ为圆形井筒（ 为井筒围岩侧 压 力 系 数 ； Ｐ０ 为 井 筒 围 岩 顶 压 力 ；
σ τ ｒ＝ ｒ θ ＝０ （ １＋ Ｐ０ ＋２ １－ Ｐ０ ｃ ｏ ｓ ２ σ λ） λ） θ θ＝ （
σ ｒ＝
θ
（ ） （ ） Ｒ Ｒ １ （ １ λ） Ｐ １ １ λ） Ｐ １３ ｃ ｏ ｓ ２ σ＝ （ θ （ ｒ）１ （ ｒ） ２ ２ Ｒ Ｒ １ １ λ） Ｐ １２ ｓ ｉ ｎ ２ τ ＝ （ θ （ ｒ ３ｒ ） ２
－ ＋
０
Ｒ２ １（ ） ０ １＋ λ Ｐ０ １－ ２ ２ ｒ
＋
２ ０ ２
Ｒ２ Ｒ４ １（ ） ０ ０ 烌 １－ ｏ ｓ ２ λ Ｐ０ １－４ ２ ＋３ ４ ｃ θ ２ ｒ ｒ
４ 卷第 ２ 期 第３
建 井 技 术
Ｖ ｏ ｌ ． ３ ４ Ｎ ｏ ． ２ Ａ ｒ ． ０ １ ３ ２ ｐ
０ １ ３ 年 ４ 月 Ｍ Ｉ Ｎ Ｅ Ｃ ＯＮ Ｓ Ｔ ＲＵ Ｃ Ｔ Ｉ ＯＮ Ｔ Ｅ ＣＨＮＯ Ｌ Ｏ Ｇ Ｙ ２
· 问题探讨 ·
斜井冻结壁厚度计算方法
ｂ ｂ ｈ ＝ ｑ＝ ａ ｎ ｆｄ ｔ ｄ ｂ － ｂ＝ ａ＋ ａ ａ＋ ｈ ｔ ａ ｎ ４ ５ ° １＝ ２
（ ） ４
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） ）
（ ） ５ （ ） ６
ｈ γ ｑ ｄ＝ ｄ ｑ ｑ ｂ＝
图 ３ 深埋井筒围岩压力计算简图
１（ ｂ ２ － ２ ｈ ｈ） ｔ ａ ｎ ４ ５ ° γ γ ｄ ｂ ｑ＋ ２ ２
Ｋ 烄 烌 （ ） － １ Ｅ＝Ｒ １ ０ －槡 ３ Ｐ Ｋ β 烆 烎 式中 ： Ｅ 为冻结壁厚度 ， ｍ； Ｒ 为 井 筒 外 接 圆 半 径，
槡
； ｍ； Ｋ 为冻土计算强度 ， ＭＰ ａ β 可通过侧压力系数 计算得到 ， 最大 １ 一般取１ ． ５， ． １ ５～１ ． ３ ５； Ｐ 为浅 ； 埋 井 筒 围 岩 顶 压， Ｐ ≈γ Ｈ， ＭＰ ａ γ 意 义 同 前，
｝
（ ） ３
Ｒ０ 为圆形井筒半径 。
当λ＝１ 时 ，
主要取 井筒周边围岩切向应力σ θ 及 其 分 布， 决于侧压力系数λ， 如图 ２ 所示 。
１］ 井筒周边围岩切向应力特性 ［ 如下 ：
Ｒ２ ０ Ｐ０ １－ ２ 烌 σ ｒ＝ ｒ 烍 Ｒ２ ０ Ｐ０ １＋ ２ σ θ＝ ｒ 烎
（ ） （ ）
ห้องสมุดไป่ตู้
（ ） ２
图 １ 圆形井筒围岩受力分析
井帮围岩容重 ； γ γ ｆ ｆ ｄ， ｂ 分别为顶板 、 ｄ， ｂ 分别为顶
图 ２ 圆形井筒周边围岩切向应力σ θ 的分布
板、 井帮围岩普氏系数 ； 井帮围 ｄ， ｂ 分别为顶板 、 岩似内摩擦角 ； ｑ ｑ ｄ， ｂ 分别为井筒顶压和侧压 。
［ １］ 深埋井筒压力拱高度 ｈ 为 ｑ 及围岩压力
陈章庆１， 张步俊２
（ ） 北京 ， 江苏 徐州 ， １ 北京煤科联应用技术研究所 ， １ ０ ０ ０ １ ３；２ 中煤第五建设有限公司第三工程处 ， ２ ２ １ １ ４ ０
以往斜井冻结壁厚度的确定 ， 主要参考立井冻结壁计算及施工经验 。 通过理论分 摘 要 ： 析和马泰壕矿主斜井冻结工程实践 ， 提出了按浅埋和深埋斜井两种情况 ， 来解决斜井冻结壁厚 度计算问题的新方法 。 斜井冻结 ； 冻结壁厚度 ； 计算方法 关键词 ：
为
Ｈ ２ － ５ ° Ｈ １－ ｔ ａ ｎ ４ ｔ ａ ｎ γ ｑ ｄ＝ ２ ２ ｂ
） ］ ｈ ° ｔ ａ ｎ ４ γ Ｈ ｑ≈ ２） （ ２） （５
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式中 ： 其 γ， 分别为井筒围 岩 容 重 和 似 内 摩 擦 角 ； 余符号意义同前 。 浅埋井筒顶压ｑ 考虑了围岩滑动面 ｄ 计算时 ， 阻力 。 为安全起见 ， 也可忽略滑动面阻力 ， 而将顶 压公式简化为ｑ Ｈ。 γ ｄ≈ ２ 斜井冻结壁厚度计算 ２ ． １ 斜井冻结壁厚度计算方法 ２ ． １ ． １ 浅埋井筒 从井筒周边应 力 分 析 可 知 ， 圆形井筒最大切 向应力为等压力环周边切向应力的 １ ． ５ 倍 。 当斜 ， 井冻结较浅 （ 或围岩普氏系 Ｈ≤（ ２ ． ０～２ ． ５） ｈ ｑ） 不 能 形 成 压 力 拱 时， 可按浅埋井筒围 数 ｆ 较小 ， 不 均 匀 压 力 系 数β 和 无 限 长 厚 壁 筒 岩顶压公式 、 公式 （ 第四强度理论 ） 计算斜井冻结壁厚度 。 无压 力拱的斜井冻结壁厚度可按下式计算 ：