采礦手冊(cè)第五章

1、第五章 立井鉆井法井壁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)第一節(jié) 概 述一、鉆井法鑿井特點(diǎn)鉆井法鑿井是目前國(guó)內(nèi)外穿過厚含水沖擊層建井所采用的主要特殊施工方法之一。是一種較先進(jìn)的機(jī)械化鑿井方法。該方法鑿井工藝是利用鉆機(jī)的鉆頭破碎巖石，泥漿不斷循環(huán)沖洗鉆頭，同時(shí)，把破碎的巖屑與泥漿的混合物采用壓氣提升排至地面。井內(nèi)的泥漿保護(hù)井幫不致坍塌。當(dāng)一個(gè)比設(shè)計(jì)直徑大一些的井孔鉆成之后，對(duì)井孔進(jìn)行偏斜測(cè)量，然后將地面預(yù)制好的井壁底（即鍋底）和井壁逐節(jié)送到井口，依次對(duì)接，借助于泥漿的浮力與井壁的自重以及井筒中注水的重量，慢慢將井壁懸浮下沉至井筒設(shè)計(jì)深度。最后，在校正井位之后，進(jìn)行壁后充填固井，完成鉆井井壁的立井支護(hù)。鉆井法的特點(diǎn)是施工全部

2、地面化、機(jī)械化，改變了傳統(tǒng)的井下作業(yè)方式，施工安全可靠，井壁質(zhì)量能得到保證。鉆井井壁懸浮下沉施工工藝見圖451。圖451 井壁懸浮下沉施工工藝圖1井壁；2吊帽；3龍門吊車；4鉆臺(tái)；5大鉤；6注水管；7導(dǎo)向木；8抽漿管；9井壁底國(guó)內(nèi)鉆井法開鑿井筒，大都采用分級(jí)多次擴(kuò)孔，隨著鉆機(jī)型號(hào)及井筒直徑的不同，一般擴(kuò)孔35次，以保證鉆孔垂直度，并可節(jié)省鉆機(jī)動(dòng)力。此外，也有采用全斷面一次鉆進(jìn)的鑿井方式，如遼寧紅陽(yáng)鉆機(jī)以及聯(lián)邦德國(guó)生產(chǎn)的型鉆機(jī)。按驅(qū)動(dòng)鉆具動(dòng)力和方式的不同，鉆井又可以分為液壓和電力驅(qū)動(dòng)的轉(zhuǎn)盤式鉆井法和轉(zhuǎn)動(dòng)鉆頭的動(dòng)力直接安裝鉆頭上的潛入式鉆井法，如國(guó)產(chǎn)型潛入式鉆機(jī)。在鉆井法鑿井施工中，洗井泥漿循環(huán)方

3、式有正循環(huán)洗井，反循環(huán)洗井和正反循環(huán)混合洗井。目前，國(guó)內(nèi)多數(shù)采用壓氣提升反循環(huán)洗井方式。目前，國(guó)內(nèi)大部分鉆井法施工僅局限于表土段，當(dāng)井筒的基巖段較短（如風(fēng)井）時(shí)，可一次鉆鑿成井；個(gè)別井基巖段所占比例較大時(shí)，則基巖部分改為普通法施工。二、井壁結(jié)構(gòu)的一般形式和要求（一）井壁結(jié)構(gòu)的一般形式國(guó)內(nèi)所采用的鉆井井壁結(jié)構(gòu)形式主要有鋼筋混凝土井壁、單層鋼板混凝土復(fù)合井壁和雙層鋼板混凝土復(fù)合井壁。其中，單層鋼板混凝土復(fù)合井壁又分為外層鋼板混凝土復(fù)合井壁和內(nèi)層鋼板混凝土復(fù)合井壁。鋼板混凝土復(fù)合井壁均在深井的深部采用。井壁結(jié)構(gòu)形式見圖452。圖452 國(guó)內(nèi)井壁結(jié)構(gòu)形式圖鋼筋混凝土井壁；外層鋼板井壁；內(nèi)層鋼板井壁；雙

4、層鋼板井壁1鋼筋混凝土；2外層鋼板筒；3內(nèi)層鋼板筒；4混凝土國(guó)外鉆井井壁結(jié)構(gòu)形式除上述之外，曾使用過鑄鋼丘賓筒、鋼板和型鋼圈與混凝土復(fù)合井壁、以及井壁外側(cè)加設(shè)瀝青層等結(jié)構(gòu)形式。井壁結(jié)構(gòu)形式見圖453。圖453 國(guó)外井壁結(jié)構(gòu)形式圖單層型鋼井壁；帶瀝青的雙層鋼板井壁；帶瀝青的雙層型鋼井壁；單層鋼板鋼圈加固井壁（二）鉆井井壁的具體要求 1）井壁應(yīng)具有較強(qiáng)的防水功能。特別是鋼筋混凝土井壁在施工中絕不允許出現(xiàn)蜂窩、狗洞。同時(shí)，法蘭盤的連接方式應(yīng)作仔細(xì)考慮，以保證法蘭盤在焊接之后不滲漏。 2）井壁不僅能夠承受使用荷載（圍巖和泥漿壓力），而且也能夠承受施工過程中產(chǎn)生的附加荷載，亦稱施工荷載。3）井壁應(yīng)采用高

5、強(qiáng)度材料，如高強(qiáng)度等級(jí)混凝土、鋼板等。這樣不僅能夠減薄井壁厚度，而且可減少鉆孔直徑，節(jié)省鉆井費(fèi)用，加快鉆井速度。同時(shí)，井壁應(yīng)能夠滿足漂浮下沉過程中在泥漿壓力作用下的縱向穩(wěn)定性與環(huán)向穩(wěn)定性。4）井壁的實(shí)際重量應(yīng)小于提吊設(shè)備的提吊能力。每節(jié)井壁的高度應(yīng)與井筒裝備統(tǒng)一考慮，盡量減少非標(biāo)準(zhǔn)段。5）井壁底的實(shí)際重量應(yīng)小于泥漿的浮力，并有一定的安全系數(shù)，否則，應(yīng)采取必要的措施，確保井壁底下沉安全。通常情況下，井壁底采用具有光滑曲線的回轉(zhuǎn)形殼體結(jié)構(gòu)。6）井筒表土層底部無(wú)隔水層時(shí)，井壁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)考慮井壁縱向附加力的影響。7）鉆井法施工的井筒，井壁進(jìn)入不透水的穩(wěn)定基巖的深度不得小于10m。8）井壁結(jié)構(gòu)必須便于機(jī)

6、械化施工。9）鋼板混凝土復(fù)合井壁的內(nèi)層鋼板必須進(jìn)行防腐處理。10）井壁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需提供的基礎(chǔ)資料與凍結(jié)法施工井筒的要求基本相同。但粘性土的膨脹性指標(biāo)、礦物性質(zhì)、以及PH值在井筒檢查鉆提供的資料中應(yīng)補(bǔ)充提出。11）井壁的預(yù)測(cè)，應(yīng)按國(guó)家現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)礦山井巷工程施工及驗(yàn)收規(guī)范GBJ213-90有關(guān)規(guī)定執(zhí)行。三、煤炭系統(tǒng)鉆井法鑿井施工情況我國(guó)煤炭系統(tǒng)采用鉆井法施工的井筒，自1969年1月1日在淮北塑里煤礦南風(fēng)井開鉆至1995年12月，已鉆成48個(gè)井筒，成井11000m，其中表土9000m，占82%。鉆成井筒的最大成井凈直徑7.0m（謝橋西風(fēng)井），鉆井井孔直徑9.3m，鉆井深度464.5m（沖積層厚度405.

7、53m）。鉆成井筒的最大鉆井深度508.25m（藩三西風(fēng)井），鉆井井孔直徑9.0m，成井凈直徑6.0m，沖擊層厚440.82m，以上兩個(gè)井筒都是使用AS-9/500型鉆機(jī)鉆成。目前，就全國(guó)46個(gè)鉆井井筒統(tǒng)計(jì)：平均成井深度235m，平均成井月速度21.2m/月。有關(guān)各井的主要技術(shù)特征詳見表451。表451 國(guó)內(nèi)鉆井法施工主要技術(shù)特征表四、國(guó)內(nèi)外立井鉆機(jī)主要技術(shù)特征（一）我國(guó)立井鉆機(jī)的主要技術(shù)特征（見表452）。表452 我國(guó)立井鉆機(jī)的主要技術(shù)特征（二）國(guó)外立井鉆機(jī)的主要技術(shù)特征（見表453）表453 國(guó)外立井鉆機(jī)的主要技術(shù)特征第二節(jié) 鉆井井壁設(shè)計(jì)基本參數(shù)的確定一、鉆井法施工井筒直徑的確定（一）井

8、筒直徑的確定井筒直徑的確定，首先要滿足提升容器、安全間隙、通風(fēng)及井筒裝備布置所要求的最小直徑。依據(jù)提升設(shè)備合理選擇井筒裝備布置形式，力求縮小井筒直徑，以達(dá)到最大的經(jīng)濟(jì)效益。同時(shí)，井筒凈直徑的確定還應(yīng)考慮鉆井法施工可能產(chǎn)生的允許偏斜，確保井筒有效使用斷面。 井筒設(shè)計(jì)凈直徑按下式計(jì)算： (451) 當(dāng)井筒中心的坐標(biāo)不允許按成井實(shí)測(cè)位置調(diào)整時(shí)，井筒設(shè)計(jì)凈直徑按下式計(jì)算： (452)式中 井筒設(shè)計(jì)凈直徑，m； 井筒有效凈直徑，m； 鉆井井壁下沉的深度，m； 設(shè)計(jì)采用的成井偏斜率，。鉆井井筒質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，參見表454。表454 井 筒 質(zhì) 量 標(biāo) 準(zhǔn) 表（二）鉆孔直徑的確定為了保證井壁順利下沉及壁厚充填，鉆

9、孔最小內(nèi)切圓的直徑應(yīng)符合下式規(guī)定： (453)式中 同一圓心平面中的最小內(nèi)切圓直徑，m；預(yù)制井壁的最大外直徑，m；充填管與導(dǎo)向卡的最大外徑，m；0.3富裕系數(shù)。二、井壁厚度的確定及限量（一）井壁厚度的確定 井壁厚度計(jì)算之前，不能判別厚度與的關(guān)系，無(wú)法直接選用薄壁或厚壁圓筒公式計(jì)算井壁厚度。設(shè)計(jì)中，一般先用厚壁圓筒公式初選井壁厚度。在進(jìn)行強(qiáng)度驗(yàn)算時(shí)，根據(jù)與 的關(guān)系，選用薄壁和厚壁圓筒公式進(jìn)行應(yīng)力計(jì)算及強(qiáng)度校核。1厚壁圓筒公式 拉麥公式： (454)式中 井壁厚度，mm； 井壁綜合抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，； 混凝土軸心抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，； 地層壓力，； 鋼筋配筋率，%； 荷載系數(shù)； 鋼筋強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，； 井筒

10、內(nèi)半徑，mm。2薄壁圓筒公式計(jì)算公式： (455)可簡(jiǎn)化為： (456)式中的符號(hào)同前。（二）井壁厚度的限量在確定井壁厚度時(shí)，應(yīng)考慮下述因素：1）鉆井法井壁是逐節(jié)對(duì)接，依據(jù)鉆孔內(nèi)泥漿浮力和井壁自重及在井筒內(nèi)加水助其下沉至設(shè)計(jì)深度的。若井壁厚度較厚，自重超過泥漿的浮力，井壁就不能做到飄浮下沉。2）鉆井井壁是在地面預(yù)制的，下沉?xí)r采用提吊設(shè)備將每節(jié)井壁運(yùn)至井口，提吊設(shè)備的提吊能力制約著井壁的厚度和高度。在提吊荷載一定的情況下，若井壁厚度增厚，則井壁高度減少，這樣增加預(yù)制井壁的場(chǎng)地，減少井壁下沉和井壁預(yù)制的速度。3）鉆機(jī)能力限制了井壁厚度。目前我國(guó)僅能鉆鑿最大直徑為9.3m，井筒凈直徑為7.0m的井筒

11、。故欲鉆鑿成井7.0m的井筒，最大厚壁只能限定為700mm。因此，根據(jù)目前我國(guó)鉆井井壁的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，深井鉆井井壁厚度以不大于700mm為宜。4）深井鉆井井壁允許采用變徑井壁，其厚度上部薄下部厚，一般變化范圍按進(jìn)級(jí)（如壁后上部為400mm，下部為600mm）。變徑井壁有利于節(jié)省材料。彌補(bǔ)井壁偏斜，擴(kuò)大有效斷面的利用率，但井筒裝備材料略有增加。 三、荷載計(jì)算 （一）永久地壓 鉆井井壁受到的永久地壓，主要是指井筒使用期間表土地層作用在井壁上的壓力。永久地壓計(jì)算可參考第三章第二節(jié)所述的原則計(jì)算。根據(jù)目前鉆井技術(shù)，鉆井法鑿井表土段井壁設(shè)計(jì)荷載一般可按重液公式計(jì)算，即?；鶐r風(fēng)化帶井壁設(shè)計(jì)荷載，按表土段最大壓

12、力控制。完整基巖段按計(jì)算。式中為井筒計(jì)算深度。（二）不均勻地壓由于巖層的特性、井筒圍巖的破碎或施工方法不同及壁后充填密實(shí)程度等都將導(dǎo)致井筒四周的壓力呈不均勻分布狀態(tài)。不均勻壓力計(jì)算如下：1. 按單角正弦公式計(jì)算（見圖454） (457)式中 不均勻地壓，； 均勻地壓，； 不均勻壓力系數(shù)，??； 角度，取或。2.按倍角余弦公式計(jì)算（見圖454） (458) 式中 不均勻地壓系數(shù)，取；其他符號(hào)同前。 （三）施工荷載鉆井法鑿井在井壁漂浮下沉及井壁壁后充填固井施工過程中，均對(duì)井壁產(chǎn)生臨時(shí)荷載。根據(jù)施工荷載產(chǎn)生的方式不同，可分為提調(diào)荷載、泥漿及平衡水綜合壓力和壁后充填注漿壓力。井壁設(shè)計(jì)時(shí)，其井壁必須滿足施

13、工荷載作用的要求。1.提吊荷載鉆井井壁漂浮下沉?xí)r，預(yù)制好的井壁需采用提吊設(shè)備運(yùn)至井口，逐節(jié)依次對(duì)接，因此井壁在提吊過程中，其自重對(duì)井壁產(chǎn)生豎向向下拉力。根據(jù)漂浮下沉的工藝，該豎向拉力有以下幾種荷載組合：1）井壁單獨(dú)吊運(yùn)時(shí)，豎向拉力僅為一節(jié)井壁自重；2）井壁底（鍋底）下沉后，第一節(jié)井壁與井壁底對(duì)接好后，需將井壁底與第一節(jié)井壁一起提吊時(shí)，則豎向拉力應(yīng)為第一節(jié)井壁自重與井壁底自重和井壁底浮力之差的和，即： (459)式中：提吊荷載，; 第一節(jié)井壁自重，；井壁底自重，； 泥漿對(duì)井壁底的浮力，。3) 因糾偏或補(bǔ)漏等原因需要將已下沉的井壁全部提起進(jìn)行處理時(shí)，一面排除平衡水以加大浮力，一面利用提吊設(shè)備來(lái)提吊

14、井壁，這時(shí)井壁最上一節(jié)承受的提吊荷載最大。通常按提吊設(shè)備的提吊能力考慮。2.泥漿及平衡水綜合壓力井壁漂浮下沉于泥漿中，井壁四周的泥漿液柱將對(duì)井壁產(chǎn)生側(cè)向壓力，井壁下沉深度越深，泥漿對(duì)井壁產(chǎn)生的側(cè)壓力也越大。同時(shí)，井壁下沉?xí)r，為了平衡泥漿對(duì)井壁的浮力而向井筒內(nèi)注入一定數(shù)量的清水，則井筒內(nèi)的水柱同樣對(duì)井壁產(chǎn)生側(cè)向壓力，并且隨注水深度的增加而增大。井壁外的泥漿側(cè)壓力和井筒內(nèi)的水的側(cè)壓力同時(shí)作用在井壁上，由于方向相反，所以部分相互抵消，因此作用于井壁上的水平側(cè)壓力，決定于泥漿漿面和井筒內(nèi)水面的高度，以及泥漿和水的密度（見圖455）。最大水平側(cè)壓力可按下式計(jì)算： (4510) 式中 泥漿及平衡水綜合作用

15、最大壓力，； 井壁在泥漿液柱中的高度，m； 泥漿的密度，； 泥漿與平衡水的深度之差，； 平衡水的密度，。井筒外泥漿與井筒內(nèi)平衡水的高差，可根據(jù)阿基米德原理求得，即井壁排開的泥漿重量等于井壁總重量（包括井壁底）加井筒內(nèi)的平衡水重量，按下式計(jì)算： (4511)式中 井壁總重量，； 井筒的外斷面積，； 井筒的內(nèi)斷面積，。其他的符號(hào)同前。上式計(jì)算為一近似值，是把井壁看成平底的理想正圓筒體，井壁底的形狀及厚度省略不計(jì)。圖455 泥漿側(cè)壓力示意圖3.壁后充填壓力井壁下沉到底后，應(yīng)把壁后的泥漿置換出來(lái)，自地面向壁后灌注充填材料固定井壁。在向壁后壓注水泥漿的過程中，由于水泥漿比泥漿密度大，隨著注漿高度的增加，

16、對(duì)井壁所產(chǎn)生的浮力也將隨之增加。當(dāng)水泥漿充填至一定高度時(shí)，對(duì)井壁所產(chǎn)生的浮力可能使井壁開始上浮。因此，在井壁下沉到底之后，除向井內(nèi)注一定量的清水外，還應(yīng)嚴(yán)格控制第一段高的注漿高度。第一段高的注漿高度（見圖456），可根據(jù)井壁懸浮平衡條件求得，即： (4512)將式(4511)代入上式得： (4513)式中 第一段注漿高度，； 井筒內(nèi)平衡水總重，； 注入水泥漿的密度，；一般要比泥漿密度高0.4； 其他符號(hào)同前。注漿充填對(duì)井壁產(chǎn)生的側(cè)壓力計(jì)算，即： (4514)將式(4513)代入上式得： (4515)式中 注漿充填對(duì)井壁產(chǎn)生的壓力，；其他符號(hào)同前。圖456 第一次注漿段高度示意圖 第三節(jié) 預(yù)制鋼

17、筋混凝土井壁的設(shè)計(jì)計(jì)算一、井壁內(nèi)力及配筋計(jì)算（一）均勻側(cè)壓力作用下的內(nèi)力及配筋計(jì)算根據(jù)井筒檢查孔柱狀圖，找出井壁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)控制層位，計(jì)算地層壓力，再選擇混凝土強(qiáng)度等級(jí)，由公式（454）或式（455）初選井壁厚度，然后進(jìn)行內(nèi)力、強(qiáng)度校核及穩(wěn)定性計(jì)算。必要時(shí)可調(diào)整混凝土強(qiáng)度等級(jí)、配筋量及井壁支護(hù)分段位置。1. 內(nèi)力計(jì)算可任選以下兩種方法1） 拉麥公式（見圖457）。井壁環(huán)向應(yīng)力： （4516）井壁徑向應(yīng)力： （4517）則井壁內(nèi)外緣環(huán)向應(yīng)力： （4518） （4519）式中 井壁內(nèi)外緣環(huán)向應(yīng)力, ； 井筒地層壓力，； 井壁內(nèi)、外半徑， 。圖457 均勻壓力作用下內(nèi)應(yīng)力圖2） 哈·林克（聯(lián)邦

18、德國(guó)）公式：該方法內(nèi)力計(jì)算見本篇第四章第五節(jié)（4459）公式。2. 井壁強(qiáng)度校核計(jì)算按最大正應(yīng)力理論進(jìn)行強(qiáng)度校核： （4520） 1） 當(dāng) 時(shí)，井壁按構(gòu)造要求配筋。2） 當(dāng)時(shí)，井壁每米高度的環(huán)向配筋按下式計(jì)算： （4521） （4522）式中 環(huán)向鋼筋截面面積，； 鋼筋抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，； 井壁配筋率，%；井壁計(jì)算厚度，。 當(dāng)時(shí)，應(yīng)按要求配置鋼筋，同時(shí)應(yīng)滿足構(gòu)造要求。（二）不均勻側(cè)壓力作用下內(nèi)力及配筋計(jì)算1. 內(nèi)力計(jì)算1） 按單角正弦公式計(jì)算：井壁圓環(huán)受不均勻側(cè)壓力時(shí)內(nèi)力計(jì)算見圖458，則A、B兩截面上的內(nèi)力按下式計(jì)算： A 截面內(nèi)力 （4523） B 截面內(nèi)力 (4524)式中 A、B截面的軸

19、力，； A、B截面的彎矩，； 不均勻側(cè)壓力系數(shù)，取0.10.2； 井壁厚度平均半徑，； 最小及最大不均勻地壓，。圖458 受不均勻側(cè)壓力時(shí)圓環(huán)內(nèi)力計(jì)算圖2） 按倍角余弦公式計(jì)算：A、 B截面內(nèi)力計(jì)算如下：A 截面內(nèi)力： （4525） B 截面內(nèi)力： （4526）式中 地壓不均勻系數(shù)，??； 其它符號(hào)同前。2. 井壁配筋計(jì)算井壁截面作用有軸力和彎矩，按偏心受壓計(jì)算。井壁設(shè)計(jì)中一般配置對(duì)稱的環(huán)向鋼筋。1） 按小偏心受壓計(jì)算：當(dāng)時(shí)，可按下式計(jì)算井壁環(huán)向鋼筋截面面積： （4527） 式中 井壁配置的受拉、受壓鋼筋截面面積，； 井壁厚度，； 考慮撓度影響的縱向力偏心距增大系數(shù)； 與偏心距有關(guān)的系數(shù)； 井壁

20、厚度平均半徑，； 混凝土彎曲抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，； 井壁混凝土彈性模量、截面慣性矩； 受拉、受壓鋼筋的保護(hù)層厚度，。2） 按大偏心受壓計(jì)算： 當(dāng)時(shí)，可按下式計(jì)算，井壁環(huán)向鋼筋截面面積： （4528） 當(dāng)時(shí)， 式中符號(hào)同前。 以上計(jì)算也應(yīng)滿足最小配筋率和構(gòu)造上的要求，同時(shí)應(yīng)滿足施工荷載作用下配筋要求。二、井壁穩(wěn)定性驗(yàn)算 （一）環(huán)向穩(wěn)定性驗(yàn)算井壁環(huán)向穩(wěn)定性驗(yàn)算時(shí)，截取井筒單位高度的圓環(huán)按平面問題考慮。當(dāng)圓環(huán)失穩(wěn)時(shí)，均勻徑向臨界壓力為： （4529）式中 圓環(huán)失穩(wěn)時(shí)臨界壓力，； 混凝土泊松比； 其他符號(hào)同前。 為了保證圓環(huán)穩(wěn)定性，井壁壓力必須符合下式要求。 （4530）式中 穩(wěn)定性計(jì)算安全系數(shù)； 計(jì)算深

21、度處的井壁側(cè)壓力，。 目前國(guó)內(nèi)鉆井法采用的鋼筋混凝土井壁均屬厚壁筒。一般情況下，當(dāng)井壁滿足強(qiáng)度要求時(shí)，環(huán)向穩(wěn)定性的要求均可滿足。 （二）豎向穩(wěn)定性驗(yàn)算井壁豎向穩(wěn)定性可分為以下三個(gè)階段進(jìn)行分析。1. 井壁吊裝漂浮下沉階段井壁從漂浮下沉開始至接觸孔底之前，其受力特點(diǎn)有穩(wěn)定平衡、隨機(jī)平衡和不穩(wěn)定平衡三種情況，見圖459。經(jīng)過實(shí)測(cè)，證明在下沉井壁過程中這三種狀態(tài)都有可能出現(xiàn)，在下沉井壁底和前幾節(jié)井壁時(shí)，由于配重水少、井壁的重心點(diǎn)E在上，浮力重心點(diǎn)F在下的情況，將會(huì)出現(xiàn)不穩(wěn)定平衡。此時(shí)為防傾翻，在鎖口與井壁之間加木楔扶正調(diào)平。約下沉三、四節(jié)井壁即可出現(xiàn)隨機(jī)平衡狀況，以后隨著井壁的接長(zhǎng)和配重水的添加，井壁

22、即處于穩(wěn)定平衡狀態(tài)。 圖 459 漂浮下沉井壁穩(wěn)定狀況圖 穩(wěn)定平衡；隨遇平衡；不穩(wěn)定平衡；井壁浮力；井壁自重；平衡水重；分別為和的作用點(diǎn)2. 井壁下沉至孔底但尚未進(jìn)行壁后充填階段 井壁豎向穩(wěn)定性的計(jì)算一般按井筒上下兩端鉸接，承受自重、配重水和泥漿測(cè)壓作用下，可取以下兩種方法中的一種。1） 根據(jù)壓桿臨界長(zhǎng)度的能量法近似計(jì)算公式。各種斷面井壁豎向穩(wěn)定臨界深度計(jì)算公式見表455。此公式對(duì)計(jì)算變斷面井壁有很好的適應(yīng)能力。也適用于計(jì)算等厚井壁的井筒。2） 等厚井壁的計(jì)算公式 （4531） 式中 井壁臨界深度 ，； 延米井壁重量，； 延米井筒內(nèi)平衡水重量，； 系數(shù)值，由表456查出； 井筒的外斷面積，；

23、其他符號(hào)同前。3. 井壁壁后充填階段井壁下沉到底后，要求用水泥漿及石碴等分段進(jìn)行壁后充填。由于水泥漿密度比洗井液大，所以對(duì)井壁的浮力也將增大，但由于井壁內(nèi)灌入足夠的配重水，不允許使其上浮，因此表455 井壁豎向穩(wěn)定臨界深度計(jì)算公式表表456系數(shù) A值一般不會(huì)產(chǎn)生縱向失穩(wěn)，但必須注意的是，第一段水泥漿的充填高度要嚴(yán)格控制，不宜過長(zhǎng)。同時(shí)配重水最大高度不得超過下式計(jì)算值。 (4532)當(dāng)時(shí)，即為不變斷面井壁 （4533）式中 配重水臨界高度，； 變斷面?zhèn)€數(shù)，； 泥漿密度，； 井筒深度，； 井筒的外斷面積，； 變斷面井筒各段高度，； 第種規(guī)格井壁每米重量，； 第種規(guī)格井筒內(nèi)每米水重量，； 其他符號(hào)同

24、前。三、施工過程井壁強(qiáng)度驗(yàn)算 （一）按井壁提吊計(jì)算豎向鋼筋 井壁任何位置，縱向配筋率不小于0.4%，同時(shí)，還應(yīng)當(dāng)滿足以下要求。1. 按正截面強(qiáng)度計(jì)算預(yù)制井壁下沉提吊時(shí)，井壁豎向鋼筋面積計(jì)算如下： （4534）式中 動(dòng)力系數(shù)，一般?。?運(yùn)輸及吊裝階段的強(qiáng)度設(shè)計(jì)安全系數(shù)，一般取； 起吊時(shí)井壁受到的豎向拉力，N；見第五章第二節(jié)； 井壁豎向鋼筋面積，。2. 起吊抗裂驗(yàn)算 井壁起吊過程中不允許出現(xiàn)裂縫即： （4535）式中 混凝土抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，； 混凝土井壁截面積，； 動(dòng)力系數(shù)，一般?。?抗裂安全系數(shù)，一般??； 鋼筋和混凝土彈性模量的比值，； 鋼筋的彈性模量，； 混凝土的彈性模量，。3. 按豎向不均勻

25、地壓計(jì)算豎向配筋表土與基巖交界處，井壁在土層中受側(cè)向地壓，達(dá)到最大值，但井筒進(jìn)入基巖，圍巖壓力突然減小，并趨于零。由于這種圍巖壓力在豎向分布的突然變化，而引起內(nèi)應(yīng)力的變化，出現(xiàn)豎向彎矩，如圖4510。圖4510 基巖與表土交界處井壁內(nèi)豎向彎矩 假設(shè)井筒在截面處斷開，表土段井筒在作用下，產(chǎn)生的井筒徑向自由變形。計(jì)算公式如下： 井壁在端面剪力荷載作用下產(chǎn)生的徑向變形： 由于井壁厚度不變，剪力使截面上下二段井壁產(chǎn)生相同方向的繞轉(zhuǎn)，且，剪力即可化簡(jiǎn)為： （4536） 因此： （4537）當(dāng)時(shí)，達(dá)到最大值0.3224。 （4538）式中 截面的變矩，； 截面產(chǎn)生的剪力，； 殼體抗彎剛度； 殼體常數(shù)，；

26、混凝土泊松比。 驗(yàn)算配筋時(shí)不考慮豎向荷載作用，按純彎計(jì)算配筋，配筋長(zhǎng)度取界面上下各一個(gè)波長(zhǎng)，內(nèi)外緣配筋相同。 為配筋長(zhǎng)度。 （二）泥漿對(duì)井壁作用的強(qiáng)度驗(yàn)算 隨著井壁接長(zhǎng)，自重逐漸增加，當(dāng)井壁下沉到底而尚未充填時(shí)，由于井壁自重和泥漿及井筒內(nèi)平衡水共同作用對(duì)井壁產(chǎn)生的應(yīng)力，在井壁最下部鍋底段的井壁內(nèi)應(yīng)力為最大，井壁中的應(yīng)力，又以井壁中內(nèi)緣應(yīng)力為最大?，F(xiàn)在井壁內(nèi)緣取一單元體見圖4511。 （4539） 式中 混凝土密度，； 懸浮下沉的井壁頂面至井孔內(nèi)泥漿液面差，m；見圖455。采用能量強(qiáng)度理論驗(yàn)算： （4540） 圖4511 單元體應(yīng)力圖（三） 壁后充填時(shí)井壁強(qiáng)度校核 將壁后注漿充填壓力計(jì)算公式（4

27、515）與泥漿壓力計(jì)算公式（4510）比較，由于壁后填充時(shí)，井筒內(nèi)注入的水量制約了井壁上浮，所以壁后注漿充填時(shí)作用在井壁的壓力小于泥漿壓力。即在正常的壁后充填條件下，只要在井壁內(nèi)注入一定量的清水，嚴(yán)格按井壁不致上浮條件控制第一段充填高度，即可確保安全。所以在符合上述條件的情況下，可不必按壁后充填注漿壓力對(duì)井壁進(jìn)行強(qiáng)度驗(yàn)算。四、壁后補(bǔ)注漿井壁強(qiáng)度校核壁后充填結(jié)束后，應(yīng)進(jìn)行質(zhì)量檢查，并符合下列要求，方可開鑿馬頭門或破井壁底掘進(jìn)。1) 實(shí)際的充填量不應(yīng)少于設(shè)計(jì)規(guī)定的85%。2) 自馬頭門或在井壁底向上30m范圍內(nèi)，每隔5m，沿井筒圓周等距鉆檢查孔4個(gè)，上下層的孔位應(yīng)錯(cuò)開，孔深應(yīng)穿過壁后不小于100m

28、m。3) 經(jīng)檢查孔檢查，無(wú)噴漿、噴水現(xiàn)象或檢查孔有少量泥漿短暫外噴，單孔出漿量小于0.1，或清水量小于0.5，經(jīng)24h水量不繼續(xù)增加。4) 如檢查孔的單孔出水量大于0.5，或鉆孔持續(xù)噴漿，應(yīng)重新補(bǔ)注。如果壁后充填質(zhì)量不符合上述要求，則必須進(jìn)行壁后補(bǔ)注漿。注漿終壓應(yīng)滿足下式要求： （4541）式中 注漿終壓，； 井壁厚度，mm； 井筒凈半徑，mm； 井壁材料極限抗壓強(qiáng)度，； 荷載系數(shù)，取。五、井壁接頭設(shè)計(jì) （一）接頭型式為了保證鋼筋混凝土井壁節(jié)與節(jié)之間能對(duì)接成整體，通常是在井壁的端頭用設(shè)置法蘭盤的辦法來(lái)實(shí)現(xiàn)的。即在每節(jié)預(yù)制上、下端分別設(shè)置上、下法蘭盤。井壁對(duì)接時(shí)，上、下法蘭盤內(nèi)緣一般采用螺栓固定

29、，外緣采用焊接，并涂環(huán)氧瀝青等防水層。鋼筋混凝土井壁接頭形式如圖4512。圖4512 井壁法蘭盤聯(lián)接圖槽鋼形法蘭；單板形法蘭；組合型鋼法蘭；梁板式法蘭1焊筋板；2鋼筋；3連接圈板；4鋼板；5加肋板；6螺栓；7焊縫；8砂漿；9吊鉤；10環(huán)氧瀝青防水層；11工字鋼；12內(nèi)圈焊筋板；13、14內(nèi)、外圓環(huán)鋼板 （二）法蘭設(shè)計(jì)及計(jì)算1. 法蘭結(jié)構(gòu)形式我國(guó)鉆井井壁使用的法蘭形式有：槽鋼形法蘭、型鋼法蘭、單板式法蘭和梁板式法蘭，見圖4513圖4516。在最早鉆井井壁中，曾采用過由鋼板焊接而成的槽鋼形法蘭。實(shí)踐證明，這種形式法蘭不單是鋼材用量大，加工工藝難，豎向強(qiáng)度也難保證，目前已很少采用。型鋼法蘭，大屯礦區(qū)

30、多采用，它具有節(jié)省鋼材的優(yōu)點(diǎn)，其缺點(diǎn)是剛度小，加工和吊運(yùn)時(shí)易變形。同時(shí)，加工型鋼成弧形，精度不易保證。單板式法蘭結(jié)構(gòu)牢固，剛度大，施工不易變形，但消耗材料量多，特別是當(dāng)井壁較厚時(shí)，材料用量很可觀，而且上法蘭鋼板要按施工要求預(yù)留孔口，以便澆灌混凝土。梁板式法蘭不僅剛度大，而且省鋼材，與混凝土粘結(jié)牢靠，同時(shí)加工精度能得到保證。圖4513 槽鋼形法蘭圖 圖4514 型鋼法蘭圖1焊筋板；2加肋板；3圓環(huán)鋼板 1外圈角鋼圈；2起吊螺栓；3內(nèi)圈槽鋼圈；4加強(qiáng)肋板；5連接板圖4515 單板式法蘭圖 圖4516 梁板式法蘭圖1圓環(huán)鋼板；2外圈加固圈； 1外圈圓環(huán)鋼板；2外圈加固圈； 3焊筋板；4螺栓 3工字鋼

31、；4內(nèi)圈圓環(huán)鋼板；5焊筋板；6螺栓 目前，在井壁厚度較薄的情況下，通常習(xí)慣選用單板式法蘭，在井壁較厚的情況下，采用梁板式法蘭。單板式和梁板式法蘭平面圖分別見圖4517和圖4518。2. 法蘭盤結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計(jì)單板式法蘭由圓環(huán)鋼板，外圈加固圈（擋水圈）和內(nèi)站板（焊筋板）焊接而成，見圖4515。加固圈一般由鋼板加工成凸凹形狀，高度為160mm，見圖4519。內(nèi)站板選用厚的鋼板，寬度70mm（單筋），高度為160mm。若遇有安裝井筒裝備梁的情況，內(nèi)站板應(yīng)根據(jù)梁的大小加大其尺寸。圓環(huán)鋼板選用厚的鋼板。 圖4517 單板式法蘭平面圖1 圓環(huán)鋼板；2外圈加固圈；3焊筋板；4螺栓孔圖4518 梁板式法蘭平面圖1

32、內(nèi)圈圓環(huán)鋼板；2外圈圓環(huán)鋼板；3工字鋼；4焊筋板；5外圈加固圈；6螺栓孔 梁板式法蘭由內(nèi)、外圈圓環(huán)鋼板分別焊上內(nèi)站板（焊筋板），外圈加固圈（擋水圈），中間用工字鋼焊接而成，見圖4516。圓環(huán)鋼板通常選用厚的鋼板，寬度為150mm，外圈加固圈同單板式法蘭。內(nèi)站板（焊筋板）選用厚的鋼板，高度為160mm。工字鋼選用，呈放射狀均勻布置，間距為500mm左右。 型鋼法蘭盤由槽鋼圈和角鋼圈組成，中間用連接板焊接在一起（見圖4514）。槽鋼一般采用1620型號(hào)，槽鋼加勁肋板的厚度一般不少于6mm，間距為200300mm。角鋼一般采用肢長(zhǎng)為80100mm的等肢角鋼或不等肢角鋼。角鋼與槽鋼間的加勁肋板厚度一般

33、不小于10mm，間距為200300mm，和槽鋼加勁肋板取相同的間距。 法蘭盤各連接件之間應(yīng)采用貼角焊縫焊接，焊縫高度不宜小于8mm。3. 法蘭盤厚度的驗(yàn)算 圖4519 外圈加固圈圖 在法蘭設(shè)計(jì)時(shí)，要滿足兩個(gè)方面的要求，即井壁制作和懸浮下沉過程中的運(yùn)輸、移位以及沿井筒豎向不均勻分布的地壓引起的彎曲應(yīng)力。井壁的這兩種工作狀態(tài)，都表現(xiàn)為豎向受力。法蘭盤厚度的驗(yàn)算如下：1) 井壁運(yùn)移提吊受力時(shí)法蘭板厚度驗(yàn)算 (4542) 式中 法蘭板厚度，mm； 計(jì)算彎矩，； 法蘭材料強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，； 彎矩計(jì)算系數(shù)，見表457； 法蘭上計(jì)算荷載集度，； 法蘭加勁肋間距，mm； 法蘭盤計(jì)算寬度，mm； 法蘭提吊螺栓個(gè)數(shù)，

34、個(gè)。2) 井壁豎向受力時(shí)法蘭盤板厚度驗(yàn)算 以截面驗(yàn)算，見圖4520。表457 系 數(shù) 表注：本表摘自冶金工業(yè)出版社出版的井巷掘進(jìn)第二分冊(cè)，“豎井掘進(jìn)”一書。 （4543） 式中 井壁內(nèi)力矩，； 井壁厚度，mm； 截面的內(nèi)力矩，。圖4520 法蘭盤板豎向彎矩作用簡(jiǎn)圖 （三） 連接螺栓及焊縫的計(jì)算1. 連接螺栓計(jì)算目前鉆井井壁吊運(yùn)，通常采用專門設(shè)置的起吊環(huán)提吊，法蘭盤內(nèi)緣設(shè)置的螺栓不直接承受起吊荷載。在井壁下沉過程中，常常需要用井架大鉤提吊已經(jīng)沉入泥漿中的井壁，以便校正井壁的垂直度。在法蘭盤外周連接焊縫焊滿之后，通常能夠滿足校正井壁時(shí)受力要求，內(nèi)緣螺栓僅為構(gòu)造設(shè)置，直徑，螺栓的孔距為500mm左右

35、。當(dāng)井壁采用吊帽吊運(yùn)時(shí)，可根據(jù)安裝需要，在上法蘭盤預(yù)留螺栓孔，連接螺栓直徑可按下式計(jì)算： （4544） 式中 連接螺栓直徑，mm；受力不均勻系數(shù)，??；提吊井壁自重，N；螺栓個(gè)數(shù)，個(gè)；螺栓抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，。2. 焊縫計(jì)算對(duì)于深井鉆井井壁，在表土與基巖交界面處，地壓突變地段。在法蘭盤外緣滿焊的情況下，為了減少井壁內(nèi)緣變形，采用節(jié)間注漿。同時(shí)，法蘭盤內(nèi)緣應(yīng)盡可能滿焊，焊縫高度不小于10mm。1) 井壁上、下法蘭盤對(duì)接焊縫的強(qiáng)度驗(yàn)算如下：正應(yīng)力驗(yàn)算： （4545） 剪應(yīng)力驗(yàn)算： （4546）式中 和驗(yàn)算部位井壁內(nèi)產(chǎn)生的軸力，彎矩，和剪力，； 焊縫截面面積，； 焊縫截面的抵抗矩，； 焊縫截面中和軸以上部

36、分（或以下部分）對(duì)中和軸的面積矩，； 焊縫截面對(duì)中和軸的慣性矩，； 焊縫計(jì)算長(zhǎng)度，mm； 對(duì)接焊縫的抗拉，抗壓和抗剪容許強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，。2) 法蘭盤各連接件之間焊縫計(jì)算：法蘭盤各連接件之間應(yīng)采用貼角焊縫，焊縫高度計(jì)算如下： (4547)式中 角焊縫計(jì)算高度，mm； 計(jì)算部位作用在焊縫上的外力值，N； 角焊縫抗剪強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，； 角焊縫計(jì)算長(zhǎng)度之和，mm。（四） 起吊環(huán)的計(jì)算起吊環(huán)必須采用熱軋?zhí)妓貓A鋼制作，嚴(yán)禁冷彎加工。吊環(huán)埋入井壁深度不小于30d（d為吊環(huán)鋼筋直徑），且不小于1m。吊點(diǎn)不少于8個(gè)，同時(shí)工作系數(shù)取0.8。每個(gè)起吊環(huán)按兩個(gè)截面計(jì)算： （4548）式中 起吊環(huán)直徑，mm； 吊裝安全系數(shù)（

37、包括動(dòng)荷系數(shù)），； 起吊環(huán)的個(gè)數(shù)，個(gè)； 起吊環(huán)鋼筋強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，； 起吊井壁重量，N。第四節(jié) 鋼板混凝土復(fù)合井壁的設(shè)計(jì)計(jì)算鋼筋混凝土井壁是常用的鉆井井壁永久支護(hù)形式之一。隨著井筒穿過的表土層深度的增加，井筒承受的表土層壓力越來(lái)越大，鋼筋混凝土井壁的強(qiáng)度已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能適應(yīng)，必須借助于鋼板等高強(qiáng)材料。因此，近年來(lái)鋼板混凝土復(fù)合井壁在深井鉆井井壁中得到了廣泛的應(yīng)用。鋼板混凝土復(fù)合井壁結(jié)構(gòu)形式有：雙層鋼板和單層鋼板混凝土復(fù)合井壁。其中，單層鋼板混凝土復(fù)合井壁又分為外層鋼板混凝土復(fù)合井壁和內(nèi)層鋼板混凝土復(fù)合井壁。井壁結(jié)構(gòu)形式見圖4521。圖4521 鋼板復(fù)合井壁結(jié)構(gòu)圖單層鋼板復(fù)合井壁；雙層鋼板復(fù)合井壁1外層鋼

38、板筒；2內(nèi)層鋼板筒；3上下法蘭盤或連接件4起吊環(huán)；5內(nèi)外鋼筋；6節(jié)間注漿管；7錨卡一、 鋼板混凝土復(fù)合井壁設(shè)計(jì)一般要求1) 鋼板材料宜采用或16鋼，鋼板厚度應(yīng)不小于81010mm，鋼不宜大于40mm，16鋼不宜大于30mm。內(nèi)層鋼板厚度不宜小于外層鋼板厚度。2) 鋼板厚度除滿足計(jì)算要求外，還應(yīng)預(yù)留2mm的腐蝕層。3) 內(nèi)層鋼板必須焊有錨卡，錨卡長(zhǎng)度不宜小于井壁厚度的一半，每平方米鋼板上布置錨卡不小于3個(gè)。錨卡與內(nèi)層鋼板的焊縫必須保證質(zhì)量。4) 內(nèi)層鋼板必須預(yù)留泄水孔，泄水孔直徑1020mm，間距24m，布置在井壁下部。5) 每節(jié)井壁下端應(yīng)留有節(jié)間注漿孔，以備井壁對(duì)接好后注漿密封，上端應(yīng)留有吊鉤

39、。6) 在目前施工條件下，為保證井壁混凝土振搗質(zhì)量，每節(jié)井壁高度不宜大于4m。7) 為防止節(jié)間漏水，在井壁下沉過程中，內(nèi)外層鋼板對(duì)接時(shí)均必須焊接。為加強(qiáng)井壁節(jié)間的強(qiáng)度及防水性能，可沿外層鋼板節(jié)間四周采用68mm厚的鋼板補(bǔ)焊寬150mm左右的鋼帶來(lái)封閉接頭。見圖4530。8) 鋼材加工和焊接標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)符合鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范（GBJ1788）、鋼結(jié)構(gòu)工程施工及驗(yàn)收規(guī)范（GBJ20583）、礦山井巷工程施工及驗(yàn)收規(guī)范（GBJ21390）以及焊接和超聲波探傷標(biāo)準(zhǔn)（JB115281）。二、 井壁內(nèi)力計(jì)算(1) 哈·林克（聯(lián)邦德國(guó)）計(jì)算方法1. 均勻水平壓力作用下應(yīng)力計(jì)算井壁產(chǎn)生的環(huán)向應(yīng)力和徑向正應(yīng)力計(jì)

40、算見本篇第四章第五節(jié)（4459）公式，有關(guān)參數(shù)見圖4522。2. 不均勻水平壓力作用下應(yīng)力計(jì)算見本篇第四章第五節(jié)（4466）、（4467）和（4468）公式。這里需要說(shuō)明的是，鋼板和混凝土是兩種不同的材料。在井壁斷面有關(guān)參數(shù)計(jì)算時(shí)，需將井壁換算成同一種材料斷面。鋼板與混凝土的彈性模數(shù)比通常?。ǜ鶕?jù)國(guó)外計(jì)算經(jīng)驗(yàn)），則換算后的混凝土井壁高度為1/n，斷面見圖4523。 圖4522 井壁斷面圖 圖4523 換算后井壁斷面圖 1混凝土井壁；2、3內(nèi)、外層鋼板厚3. 井壁強(qiáng)度驗(yàn)算鋼板混凝土復(fù)合井壁強(qiáng)度的驗(yàn)算，需驗(yàn)算下列三種情況下井壁的應(yīng)力：1) 均勻水平壓力作用下井壁產(chǎn)生的應(yīng)力。2) 均勻水平壓力和不均

41、勻水平壓力分別作用下，井壁產(chǎn)生的應(yīng)力疊加。3) 均勻水平壓力作用下產(chǎn)生的75%應(yīng)力與不均勻水平壓力作用下產(chǎn)生的應(yīng)力疊加。上述三種情況下，井壁的最大應(yīng)力與荷載系數(shù)的積小于井壁材料的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，則說(shuō)明井壁強(qiáng)度滿足要求。否則，對(duì)于單層鋼板混凝土復(fù)合井壁可調(diào)整鋼板厚度、井壁厚度、混凝土強(qiáng)度等級(jí)或配筋量等，其配筋量的計(jì)算同混凝土井壁。對(duì)于雙層鋼板混凝土復(fù)合井壁可調(diào)整鋼板的厚度、井壁厚度或提高材質(zhì)等。(2) 井壁承載能力極限狀態(tài)設(shè)計(jì)方法近年來(lái)，淮南礦院和煤炭部合肥設(shè)計(jì)合作對(duì)鋼板井壁設(shè)計(jì)作了大量的科學(xué)研究。根據(jù)試驗(yàn)研究成果和理論分析，提出了雙層鋼板混凝土復(fù)合井壁承載能力計(jì)算公式如下：1. 井壁承載能力計(jì)算當(dāng)

42、內(nèi)、外層鋼板同型號(hào)時(shí)： （4549）當(dāng)內(nèi)、外層鋼板不同型號(hào)時(shí)： （4550）式中 井壁承載能力，； 鋼板強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，； 內(nèi)、外層鋼板強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，； 內(nèi)、外層鋼板總厚度，； 內(nèi)、外層鋼板厚度，； 混凝土層厚度，； 混凝土強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，； 井壁外半徑，； 混凝土強(qiáng)度提高系數(shù)。2. 混凝土強(qiáng)度提高系數(shù)計(jì)算混凝土強(qiáng)度提高系數(shù)，取決于厚徑比、鋼板與混凝土強(qiáng)度比以及含鋼率等，其值按下式計(jì)算： （4551）式中 井壁厚度，； 井壁內(nèi)半徑，；邊長(zhǎng)為200立方體試塊抗壓強(qiáng)度，； 其他符號(hào)同前。3. 井壁承載能力極限狀態(tài)設(shè)計(jì)表達(dá)式雙層鋼板混凝土復(fù)合井壁承載能力極限狀態(tài)設(shè)計(jì)，可按現(xiàn)行的混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范（GBJ108

43、9）多系數(shù)分析，用單一安全系數(shù)法表達(dá)式進(jìn)行，可以寫成：即： （4552）式中 井壁設(shè)計(jì)荷載系數(shù)。三、 井壁內(nèi)層鋼板錨卡設(shè)計(jì)雙層鋼板混凝土復(fù)合井壁是在兩個(gè)同心的鋼板圓筒之間澆灌混凝土，使它們形成一個(gè)整體，組成一個(gè)復(fù)合結(jié)構(gòu)，共同承受地壓。為了增強(qiáng)內(nèi)圈鋼板與混凝土的整體性與抗剪切力，在井壁的內(nèi)層鋼板外緣上焊有一定數(shù)量的“U”型錨卡。錨卡通常采用20mm厚的扁鋼制作而成。錨卡的形狀見圖4524。圖4524 錨卡形狀圖(1) 錨卡斷面積的計(jì)算 當(dāng)和時(shí)， (4553)當(dāng)和或時(shí)： （4554）式中 內(nèi)層鋼板外緣方向徑向應(yīng)力，； 內(nèi)層鋼板外緣方向剪切應(yīng)力，； 錨卡鋼材抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，； 錨桿與井壁之間的角度，

44、??；作用于井壁的應(yīng)力的角度， ；一根錨卡的斷面積，；摩擦系數(shù)，；井壁上一根錨卡所占的面積，。(2) 錨卡強(qiáng)度校核1. 錨卡的錨固力在錨卡截面上產(chǎn)生的拉應(yīng)力 (4555)式中 錨卡的拉應(yīng)力，； 錨卡截面的長(zhǎng)度和寬度，。2. 錨卡焊縫的拉應(yīng)力 (4556)式中 焊縫的抗應(yīng)力，； 角焊縫抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，； 焊縫高度，mm。3. 錨卡半圓弓形和混凝土之間所產(chǎn)生的壓應(yīng)力 (4557)式中 錨卡弓形對(duì)混凝土產(chǎn)生的壓應(yīng)力，； 錨卡半圓弓形半徑，mm； 混凝土抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，。4. 錨卡在混凝土中產(chǎn)生的剪應(yīng)力 （4558)式中 錨卡對(duì)混凝土產(chǎn)生的剪應(yīng)力，； 錨卡直線段長(zhǎng)度，mm； 混凝土抗剪強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，。 （

45、4559) 混凝土抗剪強(qiáng)度設(shè)計(jì)值也按哈·林克計(jì)算方法中剪應(yīng)力公式計(jì)算： （4560)式中 混凝土內(nèi)剪應(yīng)力，按表458選??； 在剪切面中被檢驗(yàn)的壓應(yīng)力，拉應(yīng)力中； 摩擦系數(shù)，在混凝土中內(nèi)部；混凝土和鋼的分界處取。表458 混凝土內(nèi)剪應(yīng)力取值表四、 井壁接頭設(shè)計(jì)(1) 鋼板混凝土復(fù)合井壁端部設(shè)計(jì)單層鋼板混凝土復(fù)合井壁端頭通常是將法蘭盤直接焊在鋼板圓筒上，見圖4525。法蘭盤結(jié)構(gòu)形式同混凝土井壁。雙層鋼板混凝土復(fù)合井壁端頭是通過放射狀均布的工字鋼與內(nèi)外鋼板圓筒焊接。工字鋼型號(hào)一般為，間距為500mm左右。為了保證井壁接頭焊縫質(zhì)量，在內(nèi)外鋼板圓筒上分別焊有內(nèi)襯板和外襯板。見圖4526。 圖4525 單層鋼板井壁端頭圖 圖4526 雙層鋼板井壁端頭圖1鋼板；2內(nèi)圓環(huán)鋼板；3外圓環(huán)鋼板；4工字鋼； 1內(nèi)層鋼板；2外層鋼板；3注漿管；4外5焊筋板；6外圈加固圈；7注漿管 襯鋼板；5內(nèi)襯鋼板；6工字鋼；7錨卡(2) 鋼板混凝土復(fù)合井壁的連接外層鋼板混凝土復(fù)合井壁的連接，是在內(nèi)緣采用螺栓定位的同時(shí)，內(nèi)緣對(duì)焊井壁上下法蘭。井壁外緣鋼板圓筒直接對(duì)焊。如圖