帷幕下限动态设计方法及装置与流程

本发明涉及水利水电工程技术领域，具体而言，涉及一种帷幕下限动态设计方法及装置。

背景技术：

岩溶山区的河流一般河谷深切，谷坡陡峻，水流湍急，具备修建水库大坝的良好地形条件。但是，相伴而生的岩溶及岩溶渗漏问题，却是在岩溶地区兴建水利水电工程首先应该解决的问题，采用防渗帷幕是岩溶地区解决该问题的常用方法。其中，对于防渗帷幕的设置深度，通常在前期依据地质勘察资料，结合场区内岩溶发育规律来确定，但是，由于岩溶工程地质与水文地质条件的复杂性、特殊性，勘察期间不可能将防渗帷幕区的地质情况全部查明、掌握清楚，局地侵蚀基准面以下一定深度范围内可能尚存在局部的溶隙流现象，因此规划的防渗帷幕的下限深度存在无法将溶蚀通道全部封闭的情况。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种帷幕下限动态设计方法及装置，根据钻孔灌浆过程中实时监测的数据，动态调整帷幕深度，以解决上述问题。

本发明第一方面提供一种帷幕下限动态设计方法，包括：

获取帷幕灌浆孔在已规划的灌段中最下层的m个灌段灌浆的单位注入量；

若所述最下层的m个灌段中存在灌段的单位注入量大于受灌地层平均单位注入量的x倍，则在所述最下层的m个灌段的下方增加新的灌段，并更新灌段规划。

可选地，m＝3，x＝2。

可选地，所述若所述最下层的m个灌段中存在灌段的单位注入量大于受灌地层平均单位注入量的x倍，则在所述最下层的m个灌段的下方增加新的灌段，包括：

判断所述最下层的m个灌段中倒数第三段灌段的单位注入量是否大于所述平均单位注入量的两倍；

若大于，则在已规划的灌段的下方增加新的灌段，并更新灌段规划。

可选地，在判断所述最下层的m个灌段中倒数第三段灌段的单位注入量是否大于所述平均单位注入量的两倍之后，所述方法还包括：

若所述最下层的m个灌段中倒数第三段灌段的单位注入量不大于所述平均单位注入量的两倍，则判断所述最下层的m个灌段中倒数第二段灌段的单位注入量是否大于所述平均单位注入量的两倍；

若所述最下层的m个灌段中倒数第二段灌段的单位注入量大于所述平均单位注入量的两倍，则在已规划的灌段的下方增加新的灌段，并更新灌段规划。

可选地，在判断所述最下层的m个灌段中倒数第二段灌段的单位注入量是否大于所述平均单位注入量的两倍之后，所述方法还包括：

若所述最下层的m个灌段中倒数第二段灌段的单位注入量不大于所述平均单位注入量的两倍，则判断所述最下层的m个灌段中最后一段灌段的单位注入量是否大于所述平均单位注入量的两倍；

若所述最下层的m个灌段中最后一段灌段的单位注入量大于所述平均单位注入量的两倍，则在已规划的灌段的下方增加新的灌段，并更新灌段规划；

若所述最下层的m个灌段中最后一段灌段的单位注入量不大于所述平均单位注入量的两倍，则将所述已规划的灌段确定为最终的灌段规划，并确定所述最终的灌段规划中最后一段灌段的底线为帷幕下限。

可选地，在所述获取帷幕灌浆孔在已规划的灌段中最下层的m个灌段灌浆的单位注入量之前，所述方法还包括：

选取与受灌地层地质相近的地段进行灌浆试验，获得受灌地层的平均单位注入量。

本发明第二方面提供一种帷幕下限动态设计装置，包括：

监测模块，用于获取帷幕灌浆孔在已规划的灌段中最下层的m个灌段灌浆的单位注入量；

规划模块，用于在所述最下层的m个灌段中存在灌段的单位注入量大于受灌地层平均单位注入量的x倍时，在所述最下层的m个灌段的下方增加新的灌段，并更新灌段规划。

可选地，m＝3，x＝2，所述规划模块具体用于：

判断所述最下层的三个灌段中倒数第三段灌段的单位注入量是否大于所述平均单位注入量的两倍；

在所述最下层的三个灌段中倒数第三段灌段的单位注入量大于所述平均单位注入量的两倍时，在已规划的灌段的下方增加新的灌段，并更新灌段规划。

可选地，所述规划模块还用于：

在所述最下层的三个灌段中倒数第三段灌段的单位注入量不大于所述平均单位注入量的两倍时，判断所述最下层的三个灌段中倒数第二段灌段的单位注入量是否大于所述平均单位注入量的两倍；

在所述最下层的三个灌段中倒数第二段灌段的单位注入量大于所述平均单位注入量的两倍时，在已规划的灌段的下方增加新的灌段，并更新灌段规划。

可选地，所述规划模块还用于：

在所述最下层的三个灌段中倒数第二段灌段的单位注入量不大于所述平均单位注入量的两倍时，判断所述最下层的三个灌段中最后一段灌段的单位注入量是否大于所述平均单位注入量的两倍；

在所述最下层的三个灌段中最后一段灌段的单位注入量大于所述平均单位注入量的两倍时，在已规划的灌段的下方增加新的灌段，并更新灌段规划；以及

在所述最下层的三个灌段中最后一段灌段的单位注入量不大于所述平均单位注入量的两倍时，将所述已规划的灌段确定为最终的灌段规划，并确定所述最终的灌段规划中最后一段灌段的底线为帷幕下限。

相对现有技术，本发明提供的帷幕下限动态设计方法及装置以防渗帷幕灌浆施工过程中钻灌的实时单位注入量为基础，对灌段数量进行动态变化，从而实现对帷幕下限的动态调整，极大地增加了彻底封闭局地侵蚀基准面下渗漏溶隙的机率，能够有效防止水库蓄水后出现大的岩溶渗漏。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举可选实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1示出了本发明所提供的帷幕下限动态设计方法的流程图；

图2示出了本发明所提供的帷幕下限动态设计方法的另一流程图；

图3示出了本发明所提供的帷幕下限动态设计装置的示意图。

图标：

监测模块-101；规划模块-102。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面结合附图，对本发明的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

第一实施例

帷幕灌浆指的是将具有流动性、凝固后具有胶结力的浆液或者溶液，按照规定的配比或浓度，在一定的压力下，注入岩体各种节理裂隙、孔隙、孔洞和岩溶洞穴内，形成连续的防渗帷幕，从而起到固结和粘合裂隙切割岩体、防止库水大量外渗的目的。灌浆孔排距、孔深、防渗与灌浆结束标准的选择，直接影响到帷幕质量及工程成本的控制，其中，防渗帷幕的设置深度，是防渗帷幕设计时较为复杂的问题。

岩溶地区的不透水层一般埋藏较深，当防渗处理区无明显隔水层时，多采用悬挂式帷幕。现阶段，岩溶地区防渗帷幕底界的确定，前期设计阶段一般依据地质勘察资料，结合场区内岩溶发育规律，按深入当地侵蚀基准面以下5～10m进行控制设计。但是，由于岩溶工程地质与水文地质条件的复杂性、特殊性，勘察期间不可能将防渗帷幕区的地质情况全部查明、掌握清楚，本实施例提供一种帷幕下限的动态设计方法，在工程实施阶段开展动态设计，根据钻孔灌浆实时监测的数据，动态调整帷幕深度，将局地侵蚀基准面以下的局部渗漏量较大的溶蚀通道全部封闭，防止水库蓄水后出现大的岩溶渗漏。

本实施例提供的帷幕下限动态设计方法的一种应用场景为利用灌浆泵，通过钻孔方法将水泥浆液或以水泥为主要成分的浆液压送到岩体裂隙内的工程处理措施，请参阅图1，该方法包括：

s11：获取帷幕灌浆孔在已规划的灌段中最下层的m个灌段灌浆的单位注入量。

帷幕灌浆孔规划的灌段数量通常通过在前期通过地质勘察资料来确定帷幕灌浆孔的深度，按照灌浆孔每个灌段的段长为5m来计算，从而可以获得规划的灌浆孔的灌段数量，通常情况下，灌浆孔最后一段灌段的底线为帷幕的下限，每个灌浆孔的帷幕下限是不同的，每个灌浆孔的深度也是不同的。

s12：若最下层的m个灌段中存在灌段的单位注入量大于受灌地层平均单位注入量的x倍，则在最下层的m个灌段的下方增加新的灌段，并更新灌段规划。

在施工过程中，会通过记录仪实时记录灌浆孔的监测数据，在记录仪上连接有传感器，能够获取施工过程中的灌浆压力(单位mpa)、流量(单位l/min)、最大压力(单位mpa)、密度(单位g/cm³)、累计注灰量(kg)等。获取到的每个灌段的累计注灰量通过简单换算能够获得灌浆孔中每个灌段的单位注入量，当施工过程进行到最下层的m个灌段时，则需要根据最下层的m个灌段中任一段的单位注入量与受灌地层的平均单位注入量进行对比，若存在灌段的单位注入量大于平均单位注入量的x倍，则说明在已规划的帷幕下限以下还存在局部渗漏量较大的溶蚀通道，需要继续在已规划的帷幕下限以下增加灌段，防止水库蓄水后出现大的岩溶渗漏，该步骤中对灌浆孔的灌段数进行动态规划也就是动态调整灌浆孔的帷幕下限，其中，m为大于1的整数，x>1。

由于工程实践表明，局地侵蚀基准面以下一定深度范围内尚存在局部的溶隙流现象，局部溶蚀通道可能导致水库蓄水后的渗漏现象，因此上述方案描述的方法，在工程实施阶段开展动态设计，根据对灌浆孔的灌段灌浆的数据进行实时监测，对已规划的灌段进行动态调整，从而改变灌浆孔的帷幕下限，极大地增加了彻底封闭局地侵蚀基准面下渗漏溶隙的机率，较之规划设计阶段采用钻孔地下水位和压水试验获得的岩体透水率表征的防渗下限更加具体和精确。

可选地，m的值为3，x的值为2，也就是说，在对帷幕下限进行动态调整时，判断最下层的最后三段灌段的单位注入量是否大于受灌地层平均单位注入量的两倍，若存在灌段的单位注入量大于平均单位注入量的两倍，则动态更新规划的灌段数。

具体地，步骤s12的其中一种实施方式可以参阅图2，包括：

s121：判断最下层的三个灌段中倒数第三段灌段的单位注入量是否大于平均单位注入量的两倍。

s122：若大于，则在已规划的灌段的下方增加新的灌段，并更新灌段规划。

若最下层的三个灌段中倒数第三段灌段的单位注入量大于平均单位注入量的两倍，则在已规划的灌段的下方增加新的灌段，并更新灌段规划。

s123：若不大于，则判断最下层的三个灌段中倒数第二段灌段的单位注入量是否大于平均单位注入量的两倍。

若最下层的三个灌段中倒数第三段灌段的单位注入量不大于平均单位注入量的两倍，则判断最下层的三个灌段中倒数第二段灌段的单位注入量是否大于平均单位注入量的两倍。

s124：若大于，则在已规划的灌段的下方增加新的灌段，并更新灌段规划。

若最下层的三个灌段中倒数第二段灌段的单位注入量大于平均单位注入量的两倍，则在已规划的灌段的下方增加新的灌段，并更新灌段规划。

s125：若不大于，则判断最下层的三个灌段中最后一段灌段的单位注入量是否大于平均单位注入量的两倍。

若最下层的三个灌段中倒数第二段灌段的单位注入量不大于平均单位注入量的两倍，则判断最下层的三个灌段中最后一段灌段的单位注入量是否大于平均单位注入量的两倍。

s126：若大于，则在已规划的灌段的下方增加新的灌段，并更新灌段规划。

若最下层的三个灌段中最后一段灌段的单位注入量大于平均单位注入量的两倍，则在已规划的灌段的下方增加新的灌段，并更新灌段规划。

s127：若不大于，则将已规划的灌段确定为最终的灌段规划。

若最下层的三个灌段中最后一段灌段的单位注入量不大于平均单位注入量的两倍，则将已规划的灌段确定为最终的灌段规划，并确定最终的灌段规划中最后一段灌段的底线为帷幕下限。

在最后一段灌段的单位注入量不大于平均单位注入量的两倍时，则说明局地侵蚀基准面以下的局部渗漏量较大的溶蚀通道基本已被封闭，不需要在当前的帷幕下限以下再增加灌段，将最终已规划的灌段数作为最终该灌浆孔的灌段数，将最终已规划帷幕下限作为最终帷幕下限。

在整个方案中，根据最下层的三个灌段在灌浆施工过程中监测到的单位注入量，在灌段灌浆单位注入量大于受灌地层平均单位注入量两倍时，在最后一个灌段下动态增加新的灌段，并重新更新灌段数以及帷幕下限，彻底封闭局地侵蚀基准面以下的溶隙。

需要说明的是，在步骤122之后，对步骤121中的倒数第三个灌段的下一个灌段进行灌注，此时下一个灌段更新为新的最下层的三个灌段中的倒数第三个灌段，针对更新后的倒数第三个灌段，继续执行步骤121。

可选地，在施工过程之前，需要确定受灌地层的平均单位注入量，其中一种实施方式为选取与受灌地层地质相同或相近的代表地段进行试验，获取该代表地段的平均单位注入量，由于其与受灌地层地质相近，则将代表地段的平均单位注入量作为受灌地层的单位注入量，选取的代表地段位于受灌地层附近。

在完成一个灌浆孔的灌浆施工过程后，对灌浆完成的灌浆孔进行封孔处理，开始同序次下一灌浆孔的施工，重复上述步骤s11-s12。

下面以一个例子对上述的步骤进行详细说明。

首先，在对受灌地层进行灌浆前，通过前期的勘探资料，尽可能准确掌握灌区地质情况，来确定各钻孔的帷幕深度，通常情况下，钻孔各灌段的段长为5m，从而根据钻孔的帷幕深度确定该钻孔的灌段数n。并且，在正式灌浆施工前，选择部分ⅰ序孔作为先导孔先行实施，先导孔间距通常设置为24m～40m。布设先导孔的目的是为了核对或补充勘探资料，并对前期确定的帷幕下限进行验证与确认，以便有针对性地灌浆。先导孔的深度深入帷幕下限以下1～2个灌段。由于岩溶发育空间上的不均匀性和差异性，前期勘察及后期正式灌浆前实施的先导孔，均不可能将防渗帷幕区的地质情况全部查明、掌握清楚。

然后，选取与受灌地层地质相近的代表地段进行现场灌浆试验，获得该代表地段的平均单位注入量，将其作为受灌地层的平均单位注入量bm。根据分序加密原则，在进行灌浆施工时，各灌浆孔的排孔分为三序，首先对i序孔进行施工，在施工过程中有记录仪，实时监测灌浆压力、流量、最大压力、密度、累计注灰量等。

在当前已规划的灌段数为n时，在钻灌至第n-2段，此时第n-2段为已规划的帷幕下限的倒数第三个灌段，实时获取该灌段的累计注灰量，将累计注灰量除以该灌段的段长，可以获得该灌段的单位注入量bn-2。例如，平均单位注入量bm＝220kg/m，若第n-2段的单位注入量为bn-2＝506.42kg/m，大于受灌地层的平均单位注入量bm＝220kg/m的2倍，则将该灌浆孔增加1个灌段，编号为n+1段，并重新更新灌段的数目。

继续钻灌第n-1段，此时第n-1段为已规划的灌段中的倒数第三段，该段的单位注入量为bn-1＝1369.92kg/m，大于受灌地层单位注入量平均值bm＝220kg/m的2倍，则将该灌浆孔在最后一个灌段下再增加1个灌段，编号为n+2段，并重新更新灌段的数目。

继续钻灌第n段，此时第n段为已规划的灌段中的倒数第三段，该段的单位注入量为bn＝51.04kg/m，小于受灌地层单位注入量平均值bm＝220kg/m，因此不在最后一个灌段下再增加灌段。

继续钻灌第n+1段，此时第n+1段为已规划的灌段中的倒数第二段，该段的单位注入量为bn+1＝33.22kg/m，小于受灌地层单位注入量平均值bm＝220kg/m，因此不在最后一个灌段下再增加灌段。

继续钻灌第n+2段，此时第n+2段为已规划的灌段中的最后一段，该段的单位注入量为bn+2＝39.54kg/m，小于受灌地层单位注入量平均值bm＝220kg/m，因此不在最后一个灌段下再增加灌段。

最后，将最终确定的已规划的灌段数的最后一段的底线确定为最终该帷幕灌浆孔的帷幕下限，即在上述例子中，帷幕下限会根据灌段的实时监测数据，也就是灌段的单位注入量，实现动态调整，最终该灌浆孔的灌段数不是最初根据勘察的地质资料规划的灌段数n，而是动态调整后确定的灌段数n+2，最终确定的帷幕下限为第n+2段灌段的底线所在的帷幕下限。

在结束该灌段孔的灌浆施工过程后，对该灌浆孔进行封孔处理，并按照上述步骤开始同序次下一孔的施工。

本发明所提供的帷幕下限动态设计方法，以防渗帷幕灌浆施工过程中钻灌的实时单位注入量为基础，对帷幕下限进行动态调整，极大地增加了彻底封闭局地侵蚀基准面下渗漏溶隙的机率，能够有效防止水库蓄水后出现大的岩溶渗漏。

第二实施例

本实施例提供一种帷幕下限动态设计装置，请参阅图3，包括：

监测模块101，用于获取帷幕灌浆孔在已规划的灌段中最下层的m个灌段灌浆的单位注入量；

规划模块102，用于在所述最下层的m个灌段中存在灌段的单位注入量大于受灌地层平均单位注入量的x倍时，在所述最下层的m个灌段的下方增加新的灌段，并更新灌段规划。

可选地，m＝3，x＝2，所述规划模块102具体用于：

判断所述最下层的三个灌段中倒数第三段灌段的单位注入量是否大于所述平均单位注入量的两倍；

在所述最下层的三个灌段中倒数第三段灌段的单位注入量大于所述平均单位注入量的两倍时，在已规划的灌段的下方增加新的灌段，并更新灌段规划。

可选地，所述规划模块102还用于：在所述最下层的三个灌段中倒数第三段灌段的单位注入量不大于所述平均单位注入量的两倍时，判断所述最下层的三个灌段中倒数第二段灌段的单位注入量是否大于所述平均单位注入量的两倍；在所述最下层的三个灌段中倒数第二段灌段的单位注入量大于所述平均单位注入量的两倍时，在已规划的灌段的下方增加新的灌段，并更新灌段规划。

可选地，所述规划模块102还用于：在所述最下层的三个灌段中倒数第二段灌段的单位注入量不大于所述平均单位注入量的两倍时，判断所述最下层的三个灌段中最后一段灌段的单位注入量是否大于所述平均单位注入量的两倍；在所述最下层的三个灌段中最后一段灌段的单位注入量大于所述平均单位注入量的两倍时，在已规划的灌段的下方增加新的灌段，并更新灌段规划；以及在所述最下层的三个灌段中最后一段灌段的单位注入量不大于所述平均单位注入量的两倍时，将所述已规划的灌段确定为最终的灌段规划，并确定所述最终的灌段规划中最后一段灌段的底线为帷幕下限。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的装置的具体工作过程，可以参考前述方法中的对应过程，在此不再过多赘述。

以上所述仅为本发明的可选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。