一种上仰孔帷幕灌浆施工方法与流程

本发明涉及水利水电工程技术领域，尤其涉及水利水电帷幕灌浆技术领域，具体涉及一种上仰孔帷幕灌浆施工方法。

背景技术：

灌浆作为水利水电工程地基处理的基本方法，尤其是帷幕灌浆能够有效减少渗流量和降低扬压力更是应运广泛。在帷幕灌浆施工中，受坝体高度、防渗范围、钻机性能、灌浆技术水平影响，帷幕灌浆采用分层、自上而下方式进行施工，也就是根据坝体高度，在两岸岩体中，在不同高程布置灌浆隧洞，再利用灌浆隧洞进行帷幕灌浆施工。在帷幕灌浆隧洞中施工，会遇到坝肩三角体帷幕灌浆区域以及长洞身、小断面、山体段开挖、支护施工难度大，灌浆隧洞山体段灌浆段等特殊洞段，这些特殊洞段受地形条件限制，在施工中存在施工干扰大、无效工程量大等不利因素，尤其三角体区域帷幕灌浆在施工时不仅要占用主要交通，影响坝体正常施工，且在施工时段上必须等坝体浇筑完成、坝体接缝灌浆完成、坝体冷却水管回填完成后方能进行施工，直接影响下闸蓄水关键节点目标的实现。不便采用自上而下的府孔帷幕进行施工，需采用上仰孔帷幕进行施工，方能更好、更快的完成帷幕灌浆工程。

上仰孔帷幕灌浆孔钻孔机具需使用回转型地质钻机施工，回转型地质钻机在钻孔时孔内回水、岩粉、岩体渗水及特殊部位地下透水将全部从孔口流出，严重影响钻进效率及钻机操作人员的安全；此外，上仰孔在进行钻孔时会受钻杆扰度影响，导致孔斜出现较大偏差，影响工程精度。

技术实现要素：

本发明旨在提供一种上仰孔帷幕灌浆施工方法，以解决传统帷幕灌浆上仰孔钻孔施工时所存在的钻进效率低、安全隐患大、孔斜偏差大的问题。

本发明是通过如下技术方案予以实现的：

一种上仰孔帷幕灌浆施工方法，该方法包括以下步骤：

(a)清理施工现场并确定钻孔位置后进行标记，施工现场准备钻机、侧向排水装置、钻杆；

(b)在钻孔位置采用钻机和钻杆开孔并钻至基岩2m，镶铸φ75mm的孔口管并灌注混凝土砂浆至孔口，灌浆压力为0.5MPa，开孔孔径φ91mm；

(c)在孔口管上安装侧向排水装置并继续钻孔，钻进至基岩5m时拆除侧向排水装置，钻孔孔径φ75mm；

(d)向孔内灌注混凝土砂浆至基岩5m深处，灌浆压力为、1.5MPa，待凝结束后再在孔口管上安装侧向排水装置；

(e)钻杆钻进至基岩10m深处时拆除侧向排水装置，向孔内灌注混凝土砂浆至基岩10m深处，灌浆压力为3.0MPa；

(f)再次安装侧向排水装置后再向基岩钻进5m，钻至预定深度后拆除侧向排水装置并向孔内灌注混凝土砂浆，灌浆压力为3.0MPa；

(g)重复步骤(f)直至钻灌结束。

混凝土砂浆采用P.O42.5硅酸盐水泥，粉煤灰为Ⅱ级，灌浆水灰比为0.8:1、0.7:1、0.6:1、0.5:1。

灌浆压力为1～2MPa时注入率为30L/min，灌浆压力为2～3MPa时注入率为20L/min，灌浆压力为3～4MPa时注入率为10L/min。

所述侧向排水装置包括中空的壳体，壳体顶端设有丝牙接头，壳体内底部固接有限位板，壳体底端盖有端盖，限位板与端盖之间装有耐磨胶球，壳体侧壁设有侧向排水管，该侧向排水管与壳体内腔相连通。

所述壳体外壁设有若干均匀分布的固定座，所述端盖边缘开有若干与固定座逐一对应的固定孔，固定座底端中部固接有竖直布置的螺杆，螺杆末端穿过端盖边缘的固定孔后采用螺母锁紧。

所述端盖中心开有限位孔，该限位孔与钻杆相匹配。

所述限位板中心开有通孔，该通孔孔径大于钻杆外径。

所述端盖与壳体内壁之间嵌装有密封圈。

所述侧向排水管端部设有丝牙。

所述限位板为3-5mm厚的钢板。

本发明的有益效果是：

与现有技术相比，本发明提供的上仰孔帷幕灌浆施工方法，通过在钻孔和灌浆过程中交叉使用侧向排水装置实现钻孔后孔内回水引排，并通过侧向进行回水的排除，能避免钻孔产生的回水和灰渣从孔口流出，进而加快了钻孔速率而提高了施工效率；且不会由于孔内回水、岩粉、岩体渗水及特殊部位地下透水将全部从孔口流出，影响钻机操作人员的安全；此外还能减少钻杆扰度，减少孔斜偏差，各钻孔孔斜偏差均满足设计规范要求。

附图说明

图1是本发明中侧向排水装置的结构示意图；

图2是本发明中侧向排水装置端盖的剖视图；

图3是本发明中侧向排水装置限位板的俯视图；

图中：1-钻杆，2-丝牙接头，3-钻孔进水，4-钻孔回水，5-侧向排水口，6-限位板，7-耐磨胶球，8-螺杆，9-密封圈，10-端盖，11-壳体，12-固定座，13-螺母，14-固定孔，15-限位孔，16-通孔。

具体实施方式

以下结合附图及实施例对本发明的技术方案作进一步说明，但所要求的保护范围并不局限于所述；

实施例1：

1、模拟及生产性灌浆试验

为验证本发明的可行性以及安全可靠性，在善泥坡水电站左岸EL785m灌浆廊道进行了模拟试验，取得了灌浆工艺、灌浆设备及灌浆材料适应性的初步资料，效果明显。在进一步细化了施工方案后，又在左岸EL830m廊道内进行了生产性灌浆试验取得成功，验证了施工工艺的安全性、灌浆安全性、可灌性、机械设备配置的合理性等参数。通过试验一共对原施工方案实施细节上进行了改进和完善。

2、施工工艺流程

清理施工现场并确定钻孔位置后进行标记，施工现场准备钻机、侧向排水装置、钻杆1，钻孔采用XY-2PC型地质钻机，合金钻头钻进，地质钻机布置在高1m钻机平台上。第一段钻灌进入基岩2m并达到结束标准后，镶铸孔口管，孔口管长度＝2m+实测混凝土厚度+0.2m，并在孔口外侧预留0.2m，预留部分带有和侧向排水装置相配套的丝牙。

如图1-3所示，侧向排水装置包括中空的壳体11，壳体11顶端设有丝牙接头2，壳体11内底部固接有限位板6，壳体11底端盖有端盖10，限位板6与端盖10之间装有耐磨胶球7，壳体11侧壁设有侧向排水管5，该侧向排水管5与壳体11内腔相连通。

所述壳体11外壁设有若干均匀分布的固定座12，所述端盖10边缘开有若干与固定座12逐一对应的固定孔14，固定座12底端中部固接有竖直布置的螺杆8，螺杆8末端穿过端盖10边缘的固定孔14后采用螺母13锁紧。

所述端盖10中心开有限位孔15，该限位孔15与钻杆1相匹配。

所述限位板6中心开有通孔16，该通孔16孔径大于钻杆1外径。

所述端盖10与壳体11内壁之间嵌装有密封圈9。

所述侧向排水管5端部设有丝牙。

所述限位板6为3-5mm厚的钢板。

首先在钻孔位置采用钻机和钻杆1开孔并钻至基岩2m，镶铸φ75mm的孔口管并灌注混凝土砂浆至孔口，灌浆压力为0.5MPa，开孔孔径φ91mm；在孔口管上安装侧向排水装置并继续钻孔，钻进至基岩5m时拆除侧向排水装置，钻孔孔径φ75mm；向孔内灌注混凝土砂浆至基岩5m深处，灌浆压力为、1.5MPa，待凝结束后再在孔口管上安装侧向排水装置；钻杆1钻进至基岩10m深处时拆除侧向排水装置，向孔内灌注混凝土砂浆至基岩10m深处，灌浆压力为3.0MPa；再次安装侧向排水装置后再向基岩钻进5m，钻至预定深度后拆除侧向排水装置并向孔内灌注混凝土砂浆，灌浆压力为3.0MPa；重复上述步骤直至钻灌结束。混凝土砂浆采用P.O42.5硅酸盐水泥，粉煤灰为Ⅱ级，灌浆水灰比为0.8:1、0.7:1、0.6:1、0.5:1。灌浆压力为1～2MPa时注入率为30L/min，灌浆压力为2～3MPa时注入率为20L/min，灌浆压力为3～4MPa时注入率为10L/min。

鉴于孔斜控制对帷幕灌浆成果尤其重要，且是帷幕管将成果的关键控制指标，经现场对加装加装侧向排水装置的钻孔孔斜检测，加装该装置后，不仅没有影响孔斜，反而能够减少钻杆扰度，减少孔斜偏差，各钻孔孔斜偏差均满足设计规范要求。

表1加装上侧向排水装置后孔斜测量成果表

3、灌浆施工及效果检查

灌浆采用“自孔口至孔底、小口径钻进、孔口封闭、不待凝、孔内循环高压灌浆”工艺。

灌浆水泥采用P.O42.5普通硅酸盐水泥，粉煤灰为Ⅱ级。灌浆孔按单排形式布置，孔位位于廊道顶供中心线，孔距2.5m。分三序进行施工。灌浆水灰比为0.8:1、0.7:1、0.6:1、0.5:1四个比级执行，灌浆压力按表2执行，灌浆压力和注入率的相应关系按表3进行控制。

灌浆时，当灌浆压力保持不变，吸浆量均匀减小时，或当吸浆量保持不变，压力均匀上升时，灌浆应持续进行，不得改变水灰比；当某一级水灰比的吸浆量超过300L，灌浆压力及注入率均无明显改变时，浆液可加浓一级。变浆后如压力突增或注入率突减时，应立即查明原因，进行处理，并报告监理工程师；当注入率大于30L/min时，可根据具体情况越级变浓。

表2灌浆分段及压力对应表

表3灌浆压力与注入率控制表

通过本次灌浆实施，Ⅰ序孔平均单耗1587.0kg，Ⅱ序孔平均单耗536.2kg，Ⅲ序孔平均单耗38.0kg，平均单耗549.8kg，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ序孔递减率66％、93％，符合灌浆规律，灌后检查孔最大吕荣值1.97Lu，最小吕荣值0.34Lu，平均吕荣值1.02Lu，满足设计透水率小于3Lu要求。

表4上仰孔帷幕灌浆成果分析表

通过实施例1对上仰孔钻孔侧向排水安全装置的应用，确保帷幕上仰孔施工工艺的实施，充分验证了该装置各项性能能够满足帷幕上仰孔工艺实施的需求，使帷幕上仰孔钻灌工艺取得成功，攻克了上仰孔钻灌施工难题，该装置安全、可靠、经济、实用，在同类工程中可推广应用。