[发明专利]一种联合承载的双层井壁及其施工方法

说明书

本发明公开了一种联合承载的双层井壁及其施工方法，属于双层井壁施工技术领域，包括内层井壁和外层井壁，外层井壁分段掘进浇筑而成，外层井壁各段之间存在施工缝；内层井壁连续浇筑而成；内层井壁和外层井壁之间设有间隙，在间隙内注入微膨胀注浆材料形成微膨胀夹层。本发明采用微膨胀浆液材料进行内外层壁间注浆，固化后浆液可将内层井壁与外层井壁紧密粘合且密实地充填外层井壁和近井壁地层内的渗水通道。

技术领域

本发明属于双层井壁施工技术领域，具体涉及一种联合承载的双层井壁及其施工方法。

背景技术

我国富水地层中的井筒常采用人工冻结法进行开凿，多采用双层钢筋混凝土井壁(简称“双层井壁”)或带塑料夹层的双层钢筋混凝土复合井壁(简称“双层复合井壁”)进行支护。井筒是连接地面和地下的生命线，因此在服务年限内，作为支护结构的井壁必须具有强承载能力(承受地层和地下水压力)和高封水性能(井筒涌水量应满足使用要求)。

双层井壁由内、外两层井壁组成，筑壁材料为混凝土，必要时配置钢筋。外层井壁的主要作用一是在施工期抵抗地层压力和施工荷载，二是在使用期与内层井壁共同抵抗地层压力。由于存在较多施工缝和难以完全避免的施工裂纹，故外层井壁的封水作用有限。内层井壁的主要作用是在使用期抵抗地下水压力并与外层井壁共同抵抗地层压力。

实际上，由于冻结井壁需经历快速大幅温度变化，在外层井壁的约束作用下，内层井壁内部将产生复杂的温度应力，开裂普遍且严重。大量温度裂纹显著降低了内层井壁的封水性能，也使得壁间注浆时难以上压，从而限制了浆液的充填范围。此外，由于水泥浆结石过程中的收缩，浆液难以密实充填渗水通道。因此，壁间注浆难以显著达到提高井壁整体封水性能并减小内层井壁水力荷载的预期效果。由此，设计时内层井壁的水力荷载取值接近甚至等于计算深度的静水压力，其结果是内层井壁的设计厚度和混凝土强度等级随井筒深度非线性增长，从而导致井筒造价快速增长。另一方面，为使井筒涌水量满足使用要求，生产单位不得不在井筒服务年限内多次反复对内外壁间甚至外壁与围岩间进行注浆。反复注浆不仅影响正常生产，增加生产成本，而且由于顶着高压地下水作业，效果差，安全风险高。

双层复合井壁是对双层井壁的一次改进。在双层井壁的基础上，双层复合井壁在内外层井壁之间增设了塑料薄板(一般1～2层，每层1.5mm厚)；对于土层中的井筒，在外层井壁和土层间增设一层泡沫板(一般50～75mm厚)。泡沫板起保温缓压作用，有利于外层井壁混凝土强度增长。塑料板能够减小外层井壁对内层井壁的约束作用，减小温度变化时内层井壁中的温度应力，从而大幅缓解了内层井壁的开裂问题。双层复合井壁提高内层井壁的封水性能，从而大幅提高了井壁的整体封水性能，是我国目前主要采用的冻结井壁结构形式。但是，双层复合井壁并不能改善壁间注浆对井壁渗水通道的充填效果。相反，塑料板的存在显著劣化浆液对内外层井壁间隙的充填效果，使得内外壁完全分离，壁间形成了通畅的储水空间。井筒使用期间，地下水通过外壁渗水通道进入内外壁之间，使得内层井壁完全承受壁间水压力。长期来看，内外壁间水的压力与地层地下水压是一致的，因此设计时内层井壁的水力荷载取值等于计算深度的静水压力。如此，同条件下相比于双层井壁，双层复合井壁的内层井壁设计厚度相同甚至更大。

因此，对于深厚富水地层中的冻结井筒，急需一种能够保障井壁封水性能的前提下，减小井壁厚度的双层井壁及其施工方法。

发明内容

本发明的目的在于一种能够保障井壁封水性能的前提下，减小井壁厚度的双层井壁及其施工方法，采取的技术方案为：

一种联合承载的双层井壁，包括内层井壁和外层井壁，所述外层井壁分段掘进浇筑而成，所述外层井壁各段之间存在施工缝；所述内层井壁连续浇筑而成；所述内层井壁和所述外层井壁之间设有间隙，在所述间隙内注入微膨胀注浆材料形成微膨胀夹层。

进一步地，所述内层井壁为采用满足设计强度的低水化热微膨胀混凝土由下向上连续浇筑而成，所述外层井壁为由上向下分段掘进浇筑而成。