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近年来,随着我国东部煤炭资源的枯竭和西部大开发战略的实施,在西部新建了一大批大直径立井井筒。由于在冻结法施工期间,外壁受到冻结压力、温度应力、自重应力等因素多重作用,受力比较复杂,井壁极易出现裂缝,影响正常的生产运营。 针对此问题,文章依托于国家“十二五”科技支撑课题—蒙陕矿区亿吨级煤炭基地建设关键技术研究。通过对大海则煤矿主立井外壁砌筑后的井壁温度、应力和应变开展监测分析,获得其在冻结施工期间的发展变化规律,分析外壁应力发展影响因素,从而找到施工期间外壁受力的薄弱环节。 通过对影响外壁应力应变的因素进行分析,得知约束温度应力是引起外壁竖向钢筋应力、竖向混凝土应变的主要因素,冻结压力和约束温度应力是引起外壁环向钢筋应力的主要因素。并对此进行一元及多元线性回归分析,结果表明:约束温度应力可以解释竖向钢筋应力、竖向混凝土应变变差的76.95%以上。冻结压力和约束温度应力可以解释环向钢筋应力变差的87.31%。 为了进一步验证上述结论,对380m层位外壁进行了有限元数值仿真计算。结果显示:在外壁浇筑完成20d时,温度应力占外壁竖向混凝土应力的86.15%;110d时,温度应力占外壁竖向混凝土应力的比例降至58.54%,但仍为主要因素。考虑到冻结压力和温度应力的耦合作用,110d时,温度应力和冻结压力引起的应力占环向总应力的79.93%,其中冻结压力为主要影响因素。 本文通过实测研究、回归分析和数值耦合模拟三个手段对井壁受力进行了详细的研究,得出约束温度应力是影响外壁竖向钢筋应力、竖向混凝土应变的主要因素;冻结压力是影响外壁环向应力的主要因素。该结论可以为西部地区类似冻结井筒设计和施工期间井壁安全提供参考。