[科普中国]-冻结法掘进井筒测量

简介

冻结法凿井是井筒通过含水冲积层时，所采用的一种特殊掘进方法。它的实质是：在井筒周围打许多钻孔，孔内插入冻结管，冻结管与地面冷冻站相连，使管内充满不断循环流动的冷冻剂（盐水），这样，钻孔周围的岩土逐渐冻结成冰柱，最后在井筒周围形成封闭的冻结壁，从而阻止地下水或流砂在掘进井筒时涌入井内。

测量工作的主要任务是：标定钻孔位置、测量冻结孔的偏斜程度、绘制冻结壁形成图1。

标定钻孔位置标定钻孔位置应根据冻结孔设计平面图进行，如图2-14所示。当标定出井筒中心位置之后，根据钻孔至井筒中心的设计半径R，用钢尺在实地上定出某钻孔1的位置。然后，以井筒中心o和钻孔1为准，由R与设计的钻孔间距1，用钢尺交会法定出钻孔2的位置。再以点o和钻孔2为准，用R和1交会出钻孔3的位置。同法依次定出所有钻孔的位置。也可以在井筒中心o点安置经纬仪，根据R与相等的1所对的圆心角θ，用极坐标法标定出孔位的位置。

全部钻孔打完之后，应重新测量出钻孔的实际位置，并展绘在冻结壁平面图中。

测量钻孔的偏斜程度为了使井筒周围形成一个连续、均匀和封闭的冻结壁，要求钻孔尽量打得竖直，其偏斜率不应超过5%。为此，要求在钻进过程中和打钻结束后，测量钻孔的偏斜程度。

灯光测斜法应用较为普遍。其主要步骤和计算方法如下：

1）测量前，首先放入测斜管，将测斜盖固定在管口，测斜益平板可以打开或关闭，如图2-15中的虚线和箭头所示，并用水平尺使平板水平；然后将投影纸固定在平板上。

2）打开测斜盖平板，把灯泡放入所测的深度（见图2-16）。在连接灯泡的电线上注有每米标记，记录下放的电线深度，近似地视为灯泡的深度H。

3）在钻孔上方安置经纬仪，调节仪器脚螺旋，使光学对点器对准钻孔内的灯光。然后把测斜盖平板盖回原位，用光学对点器在投影纸上投点得到B。

4）整平仪器（只动脚螺旋），用光学对点器在投影纸上投点得A。并量取光学对点器至投影纸面的高度i。为了校核，重复3、4步骤再做一次。

5）在投影纸上标出钻孔中心o，并画出钻孔中心o至井筒中心o´的方向线（见图2-16）。

最后，用量角器在图上量出钻孔的偏斜方位角α（见图2-16b）。灯光测斜法比较简便，精度较高。但若钻孔偏斜度过大，则看不清灯光，这样就无法测量钻孔的倾斜程度2。

绘制冻结壁形成图根据测得的各钻孔偏斜值和偏斜方位角，绘制所测水平上的冻结壁形成平面图，亦称交圈图。绘制方法如下：

1.按一定比例尺（一般采用1:20），以井筒中心为原点，根据设计半径绘出井筒断面、钻孔分布圈和全部钻孔孔口的位置。

2.根据偏斜值和偏斜方位角，绘出各钻孔所测水平上的编斜位置。例如图中点即为孔口的偏斜位置。

3.以钻孔偏斜位置为圆心，以冻结圈的设计半径作圆，即可绘出冻结壁的交圈图。实际经验证明，冻结时冻土向周围发展不均匀，向井筒方向较多。所以，在绘制交圈图时，应将冻结圈的圆心向井筒中心方向移动，得到冻结圈的圆心。

4.以冻结圈中的圆心为圆心，设计半径为半径绘出冻结圈，并将各冻结图重合的部分擦去，即得到钻进水平的冻结壁形成平面图3。