冻结管断裂原因及防破裂措施

冻结管断裂是矿井建设中一个较为普遍的问题，尤其是在冻结法凿井技术的应用背景下。冻结法是一种岩土体特殊处理方法，常用于表土层厚、流砂多、含水层多的地层或城市地铁建设中土体加固等场景。随着矿井深度的不断加大，冻结管断裂的问题越来越显著，这主要是因为冻结管在使用过程中由于承受内外应力作用而产生裂纹、断裂，从而导致盐水泄漏，影响冻结壁的强度，进一步威胁到冻结凿井的安全。 冻结管断裂事故通常发生在强化冻结的积极期，具体分为三个阶段：首先是内圈孔的断裂，其次是中圈孔的断裂，最后是外圈孔的断裂。内圈孔的断裂是由于冻结管距离井筒较近，在掘砌施工过程中，井帮出现片帮现象，导致冻结壁位移、底鼓，使得冻结管受力不均匀而产生变形和断裂。中圈孔断裂一般由于内圈孔断裂未得到重视或掘进速度过快，冻结壁尚未发展到位，造成位移和温度应力，引发冻结管断裂。外圈孔的断裂较为少见，但其危害极大，盐水泄漏会直接侵蚀冻结壁，造成强度降低，受力平衡被破坏，导致井帮位移和井壁裂缝增多。 为了防止冻结管断裂或者在断裂后采取有效补救措施，需要对冻结管的受力进行分析。冻结管在立井施工过程中会受到三方面的力：冻土对冻结管的径向压力及摩擦力、冻结管的侧向弯曲变形、冻土的外压力和盐水的内压力。其中，摩擦力影响最大，是导致冻结管断裂的主要因素；弯曲应力虽然较小，但直接导致了冻结管的断裂；而内外压力虽然影响较小，但由于其作用，冻结管内各点存在三向应力状态，对理论分析具有必要性。 在冻结管的受力分析中，竖向应力的分布规律显示，在冷缩过程中，随着冻土对冻结管径向压力的增加，摩擦力显著增加，冻结管在中性层处产生最大拉应力。冻结管的弯曲应力则是在新掘冻结壁径向位移作用下，冻结管发生侧向弯曲，产生弯曲应力。最大弯曲应力发生在固定端部位，可以通过特定的公式计算得出。 为了有效防止冻结管断裂，需要采取一系列预防措施，比如合理设计冻结管的长度和直径，优化冻结孔的布局，严格控制冻结温度，及时处理冻结壁的位移问题，加强监控和监测系统，确保工程设计的科学性和施工过程的严谨性。在事故发生后，应立即采取补救措施，比如对泄漏的盐水进行及时处理，对破坏的冻结壁进行加固，以及在必要时采取补打冻结管等措施来阻止事故的进一步扩大。 总结来说，冻结管断裂及防破裂措施涉及多方面的技术问题，包括地质条件分析、冻结管的设计与选材、施工过程的监控以及应急预案的制定等。随着冻结法在矿井建设中的深入应用，对冻结管断裂原因的深入研究和防破裂措施的不断完善，对提升矿井建设的安全性和经济效益具有重要意义。