混凝土水化热对深井冻结壁冻融规律影响的实测研究.pdf
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1、煤炭 工程 2 0 1 1年第 l O期 混凝土水化 热对 深井冻结壁冻融 规 律影响 的实测研 究 余波江,汪仁和,李栋伟 ( 安徽理工大学 土木建筑学 院 ,安徽 淮 南2 3 2 0 0 1 ) 摘要 :文章根据冻结井筒大体积混凝土水化热现场 实测结果,得 出混凝土水化热对冻结壁 的影响 规律 :井壁 混凝 土水 化 热影响 冻 结壁 融化 0 2 0 4 m,约 为外壁 厚 度 的 0 4 3 0 5倍 ,重 新冻结后 产生回冻冻胀力 0 4 5 0 8 0 MP a 。并结合对 实测数据的分析和 A D I N A有限元程序的数 值模拟 ,得 出了冻结壁融化深度与时间的关系曲线 ,对
2、指导深井冻结壁设计与d_ v - 具有重要的指 导 意义 关键词 :混凝土水化热;深井冻结壁 ;冻融温度场 ;冻融规律 中图分类号 :T D 2 6 5 3 文献标识码 :B 文章编号 :1 6 7 1 0 9 5 9 ( 2 0 1 1 ) 1 0 - 0 0 8 0 - 0 4 S i t e M e a s ur i ng S t ud y o n Hy d r a t e d The r ma l o f Co nc r e t e Affe c t e d t o f r o s t dr a w l a w o f Fr e e z i ng Sh a f t W a l l i
3、n De e p M i ne S ha f t Y U B o j i a n g ,WA N G R e n h e ,L I D o n g w e i ( S c h o o l o f C i v i l E n g i n e e r i n g a n d Ar c h i t e c t u r e ,A n h u i U n i v e r s i t y o f S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y ,H u a i n a n 2 3 2 0 0 1 ,C h i n a ) Ab s t r a c t: Ac c o r d
4、 i n g t o t h e s i t e me a s u r e d r e s ul t s o f t h e l a r g e vo l u me c o nc r e t e hy d r a t i o n t he r ma l i n t h e mi n e f r e e z i n g s h a f t , t h e i n fl u e n c e l a w o f t h e c o n c r e t e h y d r a t i o n t h e r ma l t o t h e mi n e f r e e z i n g s h a f t
5、 wa s o b t a i n e d T h e h y d r a t i o n t h e r ma l o f t h e mi n e s h a f t c o n c r e t e c o u l d a f f e c t t h e f r e e z i n g w a l l t h a w i n g wi t h 0 2 0 4 m w h i c h wo u l d b e 0 4 3 0 5 t i me s o f t h e t h i c kn e s s o f t h e mi n e s ha f t o ut e r wa l 1 Th e
6、 r e f r ee z i ng s we l l i ng f o r c e o c cu r r e d f r o m t h e r e f r e e z i n g wou l d b e 0 45 0 8 0 MP a W i t h t h e a n a l y s i s o n t h e s i t e me a s u r e d d a t a a n d t h e n u me r i c a l s i mu l a t i o n o f t h e ADI NA fi n i t e e l e me n t p r o g r a m t h e
7、r e l a t i o n s h i p c u r v e b e t we e n t h e t h a wi n g d e p t h a n d t i me o f t h e f r e e z i n g wa l l wa s o b t a i n e d a n d w o u l d h a v e g r e a t g u i d a n c e t o t he d e s i g n a nd c o ns t r uc t i o n o f t h e de e p mi ne f r e e z i n g s h a ft wa l 1 Ke y
8、 wo r d s : h y d r a t e d t h e r ma l o f c o n c r e t e;f r e e z i n g s h aft wa l l i n d e e p mi n e s h a f t ;f r e e z i n g a n d t h a wi n g t e mp e r a t u r e fi e l d; F r e e z i n g a n d t h a w i n g l a w 冻结法 是在 深厚不 稳定 含水 地层矿 区的一种 特殊 凿井 厅法 随着岩土T程的发展,冻结法施T以其独特的优越 性越来越受到重视。冻结壁
9、的主要功能是封堵地下水和承 受临时荷载 ,以保证凿井施 丁安全和顺利的进行。冻结壁 的 内侧需要浇 注混凝 土形 成井 壁。而浇 注混 凝土 会产 牛大 的水化热 ,水 化热会 促使 一 一 部分 冻结壁 融化 ,这将严 重 削弱冻结壁 的强度 和稳 定性 ;水化 热散 失后 ,融 化 的冻结 壁重新 刚冻 ,将 产牛 一定 的 回冻冻胀 力 ,将 对新 形成 的井 肇构成威胁 。 此 ,冻 结法 施 二 需要 进行 温度 、应 力的监 测,以便实时控制施工状况,保证凿井施工的顺利进行。 丈章针对谢桥矿冻结法施 : 中温度场的监测,对监测数据 进行分析 ,并结合数值模拟方法,得出水化热对冻结壁
10、的 8 0 影 响规 律及 程度 ,对煤矿冻结法设计 和施 1 二 起 指导作用。 l 混凝土 水 化热 测试 1 1 测试 方 案 淮 南矿业集 团谢桥矿箕斗 井井筒净 直径 为 7 6 m,深度 为 9 8 6 2 m,其 中表土段厚为 3 3 1 9 m,井筒穿越土层性质 主 要 有粘 土层和细砂 层。冻结 法采用 “ 两圈管 +辅助 孑 L ,差 异 冻结 ,设 计冻结壁厚度为 6 1 in ,冻结深度为 3 9 5 m。 为了对冻结壁温度及其冻结压力进行监测 ,设汁表土 段 两个 监测层位 :第 一水平 是 2 4 9 72 6 0 3 m细砂 层 ,选 2 5 5 m作为第一监测水
11、平;第二水平是 2 8 7 9 5 3 1 1 3 m粘 土层 ,选2 9 6 m作为第二监测水平 在每个层位各埋设四组 收稿 日期 :2 0 1 01 22 4 基金项 目 :高等学校博十学科点专项科研 基金 ( 2 0 0 8 0 3 6 1 0 0 0 4 ) 作者简介:余波江( 1 9 8 6一) ,男 ,安徽六安人,2 0 0 9年毕业于安徽理工大学土木工程专业,主要从事岩土与地下 r : 程 研究 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 1年第 1 0期 煤炭 工程 温度传感器和 四个压力盒 ,监测元 件布置参 数见表 1 ,监测 元件 布置
12、图如图 1所示。 表 1 监测水平 与监测 元件 图 1 监测 元件 布置图 ( mi l 1 ) 1 2测试 结果 分析 1 2 1 水 化热 对冻结壁的影响规律 根据现场实测数据和相关处理得到不同水平受水化热 影响其冻结壁内的温度变化曲线如图2所示。从图 2中可 以看出,水化热影响冻结壁的温度变化可以大致分为以下 两个 阶段 : 1 )快速升温阶段。混凝土入模后,受水化热影响,释 放出大量能量,导致冻结壁内部温度快速上升。两水平在 距离井壁2 5 0 mm处温度最高 ,均达到了正温,而5 0 0 m m处 的冻结壁温度最高时仍为负温,可见受水化热影响 ,冻结 壁已经融化到2 5 0 ra
13、m和 5 0 0 m i l l 之间的某一位置。 2 )较快降温阶段。各处温度达到最大值后开始下降。 下降前段较陕,其速率与温度快速回升阶段相当;后段温度 下降稍慢,大约距混凝土入模 2 0 d左右,紧贴井壁处的温度 回冻至零度以下。可见,井壁在正温状态下的养护时间至少 2 0 d ,混凝土不会受冻害作用而影响井壁强度的形成。 1 , 2 2 水化热 对冻结壁的影响程度 混凝 土水化热对 冻结 壁影 响 的范 围 ,可 以按下 列 思路 来求出:在冻结壁内部两个监测水平都设 了三个温度测点, 当确定了刚浇注前各点的温度初始值 以及当水化热量达 到最大时各点的温度值 ,则温度上升值 =T一7
14、0 ;当 L I T= 0时 ,所对应的就是冻结壁被影响的最大范 围,但水 化热达 到最 大 与冻 结壁 达 到最 大影 响 范 围不具 有 同时性 。 J 2 0 一 f l I + 紧 贴井壁 l5 = : = 1喜 鬻 l O 。 j 5 螬 n 一 1 O一 3 o 4 o 5 l 一5 _ : : 1 O 一 一 一1 一 时间 d ( a 一 2 5 5 m层位( 细砂) V 15 三 _ 1O j 5 i 0 5 、 L - 、 一1l # 、-1 1# I I 1 ( b ) 一 2 9 6 m 水下( 粘土) 图 2 两水平受水化热影响其冻结壁 内的 温度变化 曲线 以第一水
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