热水钻被认为是开展极地冰下湖探测最高效、最安全和最清洁的钻探装备。利用热水钻开展冰下湖钻探时需要建造回水腔，但目前回水腔的结构及热特性尚不清楚。为此，本文首先梳理了深层热水钻回水腔的主要结构形式。然后，以上覆冰层对冰下湖水的压力为基础，建立了回水腔建造深度计算方法，并确定了回水腔的初始形状及主要尺寸的计算方法。接着，通过建立回水腔周围冰层温度场的物理模型和数学模型，提出了回水腔临界回水温度和临界注热流量的计算方法，并系统分析了各因素对这两个参数的影响规律。研究结果表明：当深层热水钻用于冰下湖钻探时，回水腔应优先选用双层主/副孔结构，主孔和副孔之间的距离应该小于1 m，主/副孔直径应在0.3～0.6 m之间且回水腔的高度应比潜水泵大2～3 m；回水腔的建造深度主要由冰盖厚度决定，在实际工程中，回水腔的建造深度应比理论计算值大15～30 m；回水腔的临界回水温度和临界注热流量随时间的增大而减小；正常工况下，回水腔的临界回水温度不超过2～3℃，而临界注热流量不超过12 L/min。

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