一种不良地质体控制性渗润化学灌浆方法
【专利摘要】本发明公开了一种不良地质体控制性渗润化学灌浆方法，主要针对不良地质体采用化学浆液进行防渗与加固处理时，普遍存在小应力面局部劈裂产生浆液扩散失控无效灌注等技术问题，研究发明的一种小段长控制性渗润灌浆方法，其主要技术特征为：①双塞小段长上下封闭分段；②恒稳注入率线性控制；③设定灌入量结束标准。本发明的一种不良地质体控制性渗润灌浆方法，适用于对不良地质体或其他不良结构体采用化学浆液进行防渗与加固处理。
【专利说明】一种不良地质体控制性渗润化学灌浆方法
【技术领域】
[0001]本发明一种不良地质体控制性渗润化学灌浆方法，主要针对不良地质体采用化学浆液进行防渗与加固处理时，普遍存在小应力面局部劈裂产生浆液扩散失控无效灌注等技术问题，研究发明的一种双塞小段长上下封闭、恒稳微小注入率控制性渗润灌注方法，适用于对不良地质体或其他不良结构体采用化学浆液进行防渗与加固处理。
【背景技术】
[0002]左岸坝肩挤压带碎屑状不良地质体作为向家坝水电站主要工程地质问题，工程建设期间先后开展了多排水泥浆材帷幕灌浆、以及水泥浆材与化学浆材复合补强灌浆。然而检查孔钻孔发现，取出的挤压带芯样大部分仍呈散砂状。随着向家坝大坝蓄水运行，高水头作用下左岸挤压带的渗流稳定一直为水电工程专家们所担心。对此，为确保挤压带碎屑状不良地质体高水头运行条件下长期渗流稳定，按照水电工程专家们的意见，有必要结合左岸挤压带不良地质体结构特性，以及前期采用常规化学灌浆处理存在的诸多技术问题，进一步开展挤压带不良地质体新的化学灌浆处理方法，以便取得较常规化学灌浆方法更好的灌浆处理效果。
[0003]类似于向家坝左岸挤压带不良地质体或结构体采用常规的化学灌浆方法，普遍存在灌浆钻孔成孔困难、下塞分段封闭无法实施、灌浆小应力面局部劈裂产生浆液扩散失控无效灌注等诸多技术问题，目前多采用先水泥灌浆，而后进行化学灌浆，即所谓的水泥一化学复合灌浆，其中化学灌浆多采用自上而下钻孔，单塞分段灌浆，每段灌浆均按照在设计的最大灌浆压力下达到一定的注入率来控制结束标准。
【发明内容】
[0004]本发明旨在提供一种不良地质体控制性渗润化学灌浆方法，该灌浆方法是针对不良地质体采用化学浆液进行防渗与加固处理时，普遍存在小应力面局部劈裂产生浆液扩散失控无效灌注等技术问题，研究发明的一种双塞小段长上下封闭、恒稳微小注入率控制性渗润灌注方法，适用于对不良地质体或其他不良结构体采用化学浆液进行防渗与加固处理。
[0005]为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是:
[0006]一种不良地质体控制性渗润化学灌浆方法，包括如下步骤:
[0007]I)灌浆孔钻孔与固孔灌浆，形成密实完整的化学灌浆孔段后，进行钻孔录像与压水试验检查，确认固孔灌浆效果；
[0008]2)灌浆孔内下入液压双栓塞，按照灌浆分段顺序对灌浆孔段进行双塞小段长上下封闭；
[0009]3)根据灌浆孔段灌前透水率q计算恒稳单位注入率W值；调控并保持恒稳单位注入率W值进行化学浆液控制性渗润灌注，恒稳单位注入率W值控制偏差小于10% ;灌注过程中保持稳恒单位注入率W与其调控压力P为线性关系；
[0010]4)灌注过程中根据化学浆液凝胶时间，适时收缩双栓塞的下部栓塞解除封闭以进行化学新浆置换；
[0011]5)当灌入量达到设定单位灌入量G时，结束该灌浆段灌浆；
[0012]6)按照灌浆分段顺序，重复步骤2)-5)，依次对其余灌浆段进行双塞小段长上下封闭，恒稳微小注入率W控制性渗润灌注，直到全孔段灌注结束。
[0013]以下为本发明优选的技术方案:
[0014]步骤I)中，所述进行钻孔录像与压水试验检查，确认固孔灌浆效果是指灌浆孔段孔壁完整、稳定，透水率接近或小于1.0LU。
[0015]步骤2)中，所述双塞小段长上下封闭，是指封闭段长彡0.5m。
[0016]步骤2)中，对于孔内有水的灌浆孔，在双塞封闭分段之前，采用化学浆液对灌浆管路与灌浆段内进行浆水置换。
[0017]步骤2)中，所述灌浆分段顺序采用自上而下或自下而上连续分段进行，或采用自上而下或自下而上间隔分段进行，灌浆孔之间按II序或III序孔分序加密进行灌注。
[0018]步骤3)中,所述恒稳单位注入率W = Kq ；
[0019]式中:W〖亘稳单位注入率,单位(L/min.m)；
[0020]K一灌浆段岩体完整性系数，K取值0.3?0.7 ;
[0021 ] q—灌浆段化学灌浆前透水率，q = Q/ (P.L)，单位Lu ；
[0022]Q一压水试验流量,单位L/min ；
[0023]P—压水试验压力，单位MPa ；
[0024]L一压水试验段长，单位m。
[0025]步骤4)中，所述设定单位灌入量G = 100K n D2Lq
[0026]式中:G—设定单位灌入量，单位L/m ；
[0027]K一化学灌浆段岩体完整性系数，K取值0.3?0.7 ;
[0028]L一灌浆段长，单位m ;
[0029]D—灌浆孔间距，单位m ；
[0030]q—化学灌浆前透水率，单位Lu。
[0031]所述化学灌浆时采用的灌浆泵的泵量彡l.0L/min，泵压彡1MPa0
[0032]所述化学灌浆所用灌浆材料为改性环氧浆液或丙烯酸盐浆液或其他凝胶时间大于2h且可调的化学灌浆所用浆液。
[0033]步骤I)中，所述灌浆孔钻孔与固孔灌浆采用自上而下，钻灌一体，高压冲挤灌浆方法进行，当然也可以采用其他有效固孔灌浆方法进行，灌浆浆液采用水泥浆液，当然还可以采用其他满足灌浆体强度要求的用于灌浆加固的廉价浆液。
[0034]步骤6)全孔段化学灌浆结束后，采用水泥浓浆进行全孔回填灌浆。
[0035]步骤3)中，灌注过程中实时观测并记录与恒稳单位注入率W相匹配的灌浆调控压力P，进行恒稳单位注入率W与调控压力P线性关系判断，一旦出现压力突降等线性关系异常，及时修正恒稳单位注入率W值，确保稳恒单位注入率W与其调控压力P保持线性关系。
[0036]所述液压双栓塞为一种上下栓塞缩胀可独立进行控制的液压双栓塞，该液压双栓塞包括灌浆管，与灌浆管连通的花管，套装在花管上的上栓塞和下栓塞；所述上栓塞和下栓塞均具有液压腔；其特征在于，所述上栓塞的液压腔与上塞液压管连通，下栓塞的液压腔与下栓塞液压管连通，且所述上栓塞的液压腔与下栓塞的液压腔不连通。由此，所述上栓塞和下栓塞的缩胀完全独立操控，可作为采用双塞封闭分段灌浆法进行基础防渗或加固处理水泥或化学浆液灌浆用液压双栓塞。当采用双塞分段封闭灌浆法进行灌浆时，在保持液压双栓塞上栓塞封闭条件下，适时对下栓塞泄压收缩解除封闭进行新浆置换，防止长时间灌注浆液凝固或凝胶造成下栓塞固结。
[0037]进一步地，所述灌浆管与花管之间设有密封接头，所述下塞液压管通过机械密封弓I入所述花管内，并通过机械密封经密封接头弓I出。
[0038]综上所述，本发明的一种不良地质体控制性渗润化学灌浆方法所采用的恒稳单位注入率化学灌浆控制技术，完全不同于现有化学灌浆规范中采用最大设计灌浆压力控制技术，而是按照计算确定的恒稳单位注入率W值进行控制，灌注过程中实时观测并记录与之恒稳单位注入率W相匹配的灌浆压力P，绘制P— W历时曲线，进行恒稳单位注入率与调控压力线性关系判断，一旦出现压力突降等线性关系异常，及时修正恒稳单位注入率W值，确保稳恒单位注入率W与其调控压力P保持一定的线性关系。
[0039]与现有技术相比，本发明的有益效果是:本发明公开的一种不良地质体控制性渗润化学灌浆方法，采用一种双塞小段长上下封闭、恒稳微小注入率控制性渗润灌注方法，较好地解决了常规化学灌浆处理不良地质体存在的诸多技术问题。
[0040]本发明公开的一种不良地质体控制性渗润化学灌浆方法，通过对向家坝左岸挤压带碎屑状不良地质体灌浆处理生产性试验与应用结果表明，检查孔钻孔取出的挤压带芯样完全被化学浆液均匀渗润固结成型，灌浆固结体各项技术指标明显优于常规的化学灌浆方法。
【专利附图】
【附图说明】
[0041]图1是本发明一个实施例的工艺流程图；
[0042]图2是采用本发明进行渗润化学灌浆方法后，检查孔取出的典型芯样图；
[0043]图3是本发明所述双栓塞的结构示意图。
【具体实施方式】
[0044]1.设备、机具与化学灌浆材料
[0045](I) 一种不良地质体控制性渗润化学灌浆方法所用化学灌浆泵可采用市场所销售的微型电动化学灌浆泵,主要技术参数为:①泵量S 1.0L/min ;②泵压:彡1MPa ；
[0046](2) 一种不良地质体控制性渗润化学灌浆方法所用小段长封闭栓塞采用液压双栓塞，并要求上下栓塞缩胀独立进行控制。对于超过50m孔深的深孔化学灌浆，要求栓塞整体抗拉抗压强度高。
[0047](3) 一种不良地质体控制性渗润化学灌浆方法所用化学灌浆材料根据灌浆目的要求可分别选用改性环氧浆液或丙烯酸盐浆液，以及其他凝胶时间大于2h且可调的化学灌浆浆液。
[0048]2.工艺流程
[0049]一种不良地质体控制性渗润化学灌浆方法工艺流程如图1所示。
[0050]3.灌浆孔钻孔与固孔灌浆
[0051](I)灌浆孔钻孔与固孔灌浆应优先采用“自上而下，钻灌一体、高压冲挤”灌浆方法(该工艺已申请专利，专利号为201210348150.2，并已批准为水利水电行业工法，工法编号为SDGF1039-2014)，也可采用其他有效的固孔灌浆方法，主要解决不良地质体或结构体钻孔坍塌、涌水等问题，进一步改善不良地质或结构体密实性与均一性，并塑造出一个完整、光滑、稳定的灌浆孔段，为本发明公开的一种不良地质体控制性渗润化学灌浆方法进行双塞小段封闭以及工艺参数正常实施创造条件。
[0052](2)灌浆孔钻孔与固孔灌浆所用浆液可采用水泥浆液或其他满足灌浆体强度要求的用于灌浆加固的廉价浆液。
[0053](3)钻孔与固孔灌浆完成后，进行钻孔扫孔、孔内录像、涌水观测与压水试验。确认化学灌浆孔经固孔灌浆处理后，孔壁完整、稳定，基本无涌水，压水试验透水率接近或小于1.0Lu,即可认为钻孔固孔灌浆效果满足本发明公开的一种不良地质体控制性渗润化学灌浆方法双塞小段长上下封闭以及工艺参数正常实施要求。
[0054]4.控制性渗润化学灌浆
[0055](I)灌浆孔内下入液压双栓塞，按照灌浆分段顺序对灌浆孔段进行双塞小段长上下封闭，双塞封闭段长一般以不大于0.5m为宜；双塞分段封闭灌浆顺序可采用自上而下或自下而上连续分段进行；也可采用自上而下或自下而上间隔分段进行，灌浆孔之间可按II序或III序孔分序加密进行灌注。对于孔内有水的灌浆孔，在双塞小段长上下封闭分段之前，采用化学浆液对灌浆管路与灌浆段内进行浆水置换。
[0056]如图3所示，所述液压双栓塞为一种上下栓塞缩胀可独立进行控制的液压双栓塞，包括串接相连的灌浆管2、密封接头3和花管6 ;所述花管6上套装有具有液压腔的上栓塞5与下栓塞7，并采用上塞液压管I与下塞液压管4分别连接于上栓塞5与下栓塞7，由此实现上下栓塞囊体液压缩胀完全独立操控。所述液压管内径为3-5mm，壁厚2-3mm，可承受液压1MPa以上。所述下塞液压管4通过机械密封引入灌浆花管6内，再通过机械密封经灌浆管接头3引出。
[0057](2)根据灌浆孔段灌前透水率q计算恒稳单位注入率W值。
[0058]恒稳单位注入率W = Kq
[0059]式中:W—恒稳单位注入率,单位(L/min.m)；
[0060]K一灌浆段岩体完整性系数，K取值0.3?0.7 ;
[0061 ] q—灌浆段化学灌浆前透水率，q = Q/ (P.L)，单位Lu ；
[0062]Q一压水试验流量,单位L/min ；
[0063]P—压水试验压力，单位MPa ；
[0064]L一压水试验段长，单位m。
[0065](3)确认双塞小段长上下封闭完成后，调控并保持恒稳单位注入率W值进行化学浆液控制性渗润灌注，恒稳单位注入率W值控制偏差应小于±10%。灌注过程中实时观测并记录与之恒稳单位注入率W相匹配的灌浆压力P，绘制P— W历时曲线，进行恒稳单位注入率与调控压力线性关系判断，一旦出现压力突降等线性关系异常，及时修正恒稳单位注入率W值，确保稳恒单位注入率W与其调控压力P保持一定的线性关系。
[0066](4)灌注过程中根据化学浆液凝胶时间，适时对液压双栓塞下部栓塞泄压收缩解除封闭进行化学新浆置换，防止长时间灌注化学浆液凝胶造成下部栓塞胶固。
[0067](5)当灌入量达到设定单位灌入量G时，结束该灌浆段灌浆；设定单位灌入量大小主要依据化学灌浆前岩体孔隙率以及化学灌浆孔间距分析计算确定，现场可根据化学灌浆前压水试验透水率与灌浆孔间距按以下公式计算确定:
[0068]设定单位灌入量G = 100 D2Lq
[0069]式中:G—单位灌入量，单位L/m ；
[0070]K一化学灌浆段岩体完整性系数，K取值0.3?0.7 ;
[0071 ] L一灌浆段长，单位m ；
[0072]D—灌浆孔间距，单位m ；
[0073]q—化学灌浆前透水率，单位Lu。
[0074](6)按照灌浆分段顺序，重复步骤2) -5)，依次对其余灌浆段，进行双塞小段上下封闭，恒稳微小注入率控制性渗润灌注，直到全孔段灌注结束。
[0075]5.灌浆结束封孔
[0076]化学灌浆全孔段灌浆结束后，采用0.5:1水泥浓浆进行全孔机械回填灌浆，有承压水灌浆封孔应进行屏浆与闭浆。
[0077]综上所述，本发明公开的一种不良地质体控制性渗润化学灌浆方法，采用一种双塞小段长上下封闭、恒稳微小注入率控制性渗润灌注方法，较好地解决了上述常规化学灌浆处理挤压带不良地质体存在的诸多技术问题。如图2的a)?f)芯样图所示，现场试验与应用结果表明，采用本发明公开的一种不良地质体控制性渗润化学灌浆方法进行向家坝左岸挤压带碎屑状不良地质体灌浆处理，检查孔取出的芯样完全被化学浆液渗润固结成型，其灌浆处理效果明显优于常规的化学灌浆处理效果。
[0078]上述实施例阐明的内容应当理解为这些实施例仅用于更清楚地说明本发明，而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。
【权利要求】
1.一种不良地质体控制性渗润化学灌浆方法，其特征在于，包括如下步骤: 1)灌浆孔钻孔与固孔灌浆，形成密实完整的化学灌浆孔段后，进行钻孔录像与压水试验检查，确认固孔灌浆效果； 2)灌浆孔内下入液压双栓塞，按照灌浆分段顺序对灌浆孔段进行双塞小段长上下封闭； 3)根据灌浆孔段灌前透水率q计算恒稳单位注入率W值；调控并保持恒稳单位注入率W值进行化学浆液控制性渗润灌注，恒稳单位注入率W值控制偏差小于10%;灌注过程中保持稳恒单位注入率W与其调控压力P为线性关系； 4)灌注过程中根据化学浆液凝胶时间，适时收缩双栓塞的下部栓塞解除封闭以进行化学新浆置换； 5)当灌入量达到设定单位灌入量G时，结束该灌浆段灌浆； 6)按照灌浆分段顺序，重复步骤2)-5)，依次对其余灌浆段进行双塞小段长上下封闭，恒稳微小注入率控制性渗润灌注，直到全孔段灌注结束。
2.根据权利要求1所述的不良地质体控制性渗润化学灌浆方法，其特征在于，步骤I)中，所述进行钻孔录像与压水试验检查，确认固孔灌浆效果是指灌浆孔段孔壁完整、稳定，透水率接近或小于1.0Lu。
3.根据权利要求1所述的不良地质体控制性渗润化学灌浆方法，其特征在于，步骤2)中，所述双塞小段长上下封闭，是指封闭段长< 0.5m。
4.根据权利要求1所述的不良地质体控制性渗润化学灌浆方法，其特征在于，步骤2)中，对于孔内有水的灌浆孔，在双塞封闭分段之前，采用化学浆液对灌浆管路与灌浆段内进行衆水置换。
5.根据权利要求1所述的不良地质体控制性渗润化学灌浆方法，其特征在于，步骤2)中，所述灌浆分段顺序采用自上而下或自下而上连续分段进行，或采用自上而下或自下而上间隔分段进行，灌浆孔之间按II序或III序孔分序加密进行灌注。
6.根据权利要求1所述的不良地质体控制性渗润化学灌浆方法，其特征在于，步骤3)中，所述恒稳单位注入率W = Kq ； 式中:W〖亘稳单位注入率,单位(L/min.m)； K一灌浆段岩体完整性系数，K取值0.3?0.7 ; q一灌衆段化学灌衆前透水率，q = Q/ (P.L),单位Lu ； Q一压水试验流量，单位L/min ； P—压水试验压力，单位MPa ； L一压水试验段长，单位m。
7.根据权利要求1所述的不良地质体控制性渗润化学灌浆方法，其特征在于，步骤4)中，所述设定单位灌入量G = 100K π D2Lq 式中:G—设定单位灌入量，单位L/m ； K一灌浆段岩体完整性系数，K取值0.3?0.7 ; L一灌浆段长，单位m; D—灌浆孔间距，单位m; q—化学灌浆前透水率，单位Lu。
8.根据权利要求1所述的不良地质体控制性渗润化学灌浆方法，其特征在于，所述化学灌浆时采用的灌浆泵的泵量彡l.0L/min，泵压彡1MPa0
9.根据权利要求1所述的的一种不良地质体控制性渗润化学灌浆方法，其特征在于，所述化学灌浆所用灌浆材料为改性环氧浆液或丙烯酸盐浆液或其他凝胶时间大于2h且可调的化学灌浆所用浆液。
10.根据权利要求1所述的不良地质体控制性渗润化学灌浆方法，其特征在于，步骤I)中，灌浆孔钻孔与固孔灌浆采用自上而下，钻灌一体，高压冲挤灌浆方法进行，灌浆浆液采用水泥浆液。
11.根据权利要求1所述的不良地质体控制性渗润化学灌浆方法，其特征在于，步骤6)全孔段化学灌浆结束后，采用水泥浓浆进行全孔回填灌浆。
12.根据权利要求1或7所述的不良地质体控制性渗润化学灌浆方法，其特征在于，步骤3)中，灌注过程中实时观测并记录与恒稳单位注入率W相匹配的灌浆调控压力P，进行恒稳单位注入率W与调控压力P线性关系判断，一旦出现压力突降等线性关系异常，及时修正恒稳单位注入率W值，确保稳恒单位注入率W与其调控压力P保持线性关系。
13.根据权利要求1?11之一所述的不良地质体控制性渗润化学灌浆方法，其特征在于，所述液压双栓塞为一种上下栓塞缩胀可独立进行控制的液压双栓塞，该液压双栓塞包括灌浆管(2)，与灌浆管(2)连通的花管(6)，套装在花管(6)上的上栓塞(5)和下栓塞(6)；所述上栓塞(5)和下栓塞(6)均具有液压腔；所述上栓塞(5)的液压腔与上塞液压管(I)连通，下栓塞(6)的液压腔与下栓塞液压管(4)连通，且所述上栓塞(5)的液压腔与下栓塞(6)的液压腔不连通。
【文档编号】E02D3/12GK104328781SQ201410514121
【公开日】2015年2月4日 申请日期:2014年9月29日 优先权日:2014年9月29日
【发明者】陈安重, 黄灿新, 卢贤伟, 王毅, 范明, 刘良平, 舒王强, 刘晓丰 申请人:中国电建集团中南勘测设计研究院有限公司