专利名称：高压水头下大流量高速射流封堵钻灌孔口安全控制装置的制作方法
技术领域：
本发明属于水利水电工程技术设备领域，具体涉及高压水头下大流量高速射流封堵钻灌孔口安全控制装置。
背景技术：
水利水电工程施工过程中，在各工程关键线路中的洞室开挖爆破、地下水位快速 涌高、水头压力抬升过快等工程工况施工过程中，经常突发渗水、涌水情况，同时伴生有塌 方、塌陷、大面积渗水、大流量高速射流等工况，处理难度极大，属于高危险作业，对施工中 关键线路施工进度和施工人员设备安全造成极大影响，对其进行处理的时间将直接影响到 关键线路节点工期及后续工程节点工期的实现。同时，对其处理的施工质量将直接影响主 要建筑物的运行安全，其处理效果也将直接影响到后续工程的时间安排以及因采取各种措 施进行处理的直接经济费用。在以前发生的突发性出水工况，大多数均为水头压力较小、渗水点面不集中、流量 不大、流速较小，常规处理措施比较成熟，可用处理办法较多，一般采用引排堵结合的原则进 行处理，即对水流进行一定程度的引排后，强浇混凝土，以混凝土为盖重，待达到一定强度后 再对其进行灌浆处理。但对于高压水头、大流量、高速射流工况，由于其成因复杂，同时伴生各 种复杂工况，可能涉及多部位、多工种、多成因，处理方法极为复杂但又相对有限，目前为止， 国际国内尚无极为有效的处理手段。一旦发生此类工况，若处理措施不当，必将导致整个工程 进度严重滞后，处理工期延长，处理费用增大，同时，会对业主造成极大经济损失。光照水电站是北盘江干流的龙头梯级电站。电站装机容量104(MW(4X260MW)， 电站下间蓄水后，出现导流洞永久堵头拱顶突发缝隙大流量高速射流透水，射流高程约 EL. 599m,射流水平挑距24m，计算流速22m/s，泄水量约1. 08m3/s,水流呈雾化状，出水缝面 长度约6m。透水同时，在导流洞上部右岸EL. 612m灌浆隧洞底板有明显冒气现象，情况较为 严重。大部分专家提出了将库水放掉将水位降低后进行封堵处理的方案，从安全上考虑，该 方案是最可靠的处理方案，但由此将造成的直接经济损失会超过2亿元，间接损失也非常 巨大。为了减少这些损失，则必须在130m高水头条件下进行封堵，这是一道世界水电工程 施工中未曾遇到的难题。用透水常规处理，透水处理前期，主要采取模袋灌浆为主、临时平压堵头为辅的处
理方案。前期的常规处理措施最终未能从根本上止漏，水流流量变化不大，仅水流流向及 流速发生一定改变。为此，申请人研发的“光照水电站导流洞130m高水头下大流量高速射流封堵”施 工技术方案，从右岸EL. 612m灌浆廊道钻孔至导流洞顶部空腔进行封堵灌浆取得了成功。
发明内容本发明的目的，通过对以往的多次处理突发涌水、渗水工况处理失败和成功的原因进行分析，依托光照水电站130m高水头下导流洞永久堵头的高速射流透水处理过程展 开技术攻关，提出安全可行的封堵技术方案，指导施工，达到水久堵水的目的，在这此成功 工作的基础上，总结技术方案，形成了对130m高水头以下，完善了一套安全封堵技术方案， 其中采用了高压水头下大流量高速射流封堵钻灌孔口安全控制装置。本发明技术的高压水头下大流量高速射流封堵钻灌孔口安全控制装置，它是由 Φ 42钻杆1，孔口封闭器压盖2，孔口封闭器胶球3，Φ 89孔口封闭器4，Dg75不锈钢球阀5， Φ 50排水支管6，Dg50不锈钢球阀7，压力表8，Dg50不锈钢球阀9，Φ 50排水支管10兼进 菜管，Φ 75L = 3. 6m 孔口管 11，δ = IOmm 边长 0. 2m 加固钢板 12，Φ25mm，L = 1. 5m 注浆 锚杆13，开孔Φ 91mm钻孔入岩14、钻杆内防高压返水安全控制装置15，Φ 47钻孔16，永久 堵头上层脱空17，导流洞衬砌砼18，永久堵头下层脱空19，前期处理投放堆积层20，导流洞 封堵砼21所组成；开孔钻孔14的孔径为Φ 91mm，深入基岩3m，镶铸一根长3. 6m Φ 75的孔 口钢管11，孔口 δ = 10mm，边长0.2m管用钢板12焊接加固，钢板12四周用四根Φ25mm， L=L 5m注浆锚杆13镶注在地板上，确保孔口管稳固、牢靠、不移动；孔口管11以上接两根 Φ 50的排水支管6和排水支管10，排水支管6上接两个Dg50不锈钢球阀7，排水支管10兼 作灌浆进浆管，其上接压力表8和两个Dg50不锈钢球阀9，孔口钢管上部安装一个Dg75不 锈钢球阀5，以上再接Φ89孔口封闭器4 ；钻孔时，Φ42钻杆1穿过孔口封闭器4及不锈钢 球阀5而进入孔内，上紧孔口封闭器压盖2，使孔口封闭器胶球3膨胀达到止水的目的，钻杆 1下端内安装防高压返水安全控制装置15，确保钻穿空腔时，孔内高压返水不从钻杆1的顶 部射出，保证了起下钻拆卸钻杆时的安全；同时，排水支管6与10不锈钢上接的不锈钢球阀 7和9均处于打开状态，一旦钻穿空腔，高压水则通过排水支管排出，排水支管上接Φ 50排 水管将水引至615廊道施工支洞排放；起钻采用2PC型地质钻机，从其卡盘以上拆卸钻杆， 钻杆一旦起出至Φ 75不锈钢球阀5以上时，立即关闭不锈钢球阀5，同时也可关闭排水支管 6上的不锈钢球阀7和排水支管10上的不锈钢球阀9，通过压力表8测孔内返水压力；灌浆 时，把排水支管10作为进浆管，接通至灌浆泵，打开不锈钢球阀9，即可进行灌注，通过压力 表8监测灌浆压力，灌浆结束关闭不锈钢球阀9进行屏浆待凝。本发明的有益效果对承受130m高水头压力下，导流孔透水、渗水，用常规方法无 法处理的情况。采用《水电站高压水头下大流量高速射流封堵灌浆技术》解决了在130m高 水头下导流孔透水、渗水的封堵这样一道世界水电工程施工中未曾报导的难题，本发明是 这个《封堵灌浆技术》中的一个关键设备，为保证在灌浆廊道钻孔至导流洞顶部空腔处的钻 孔安全、钻灌施工的安全，解决了孔内高水头涌水工况下安全钻孔灌浆的施工；在《封堵灌 浆技术》能减少“2亿多元的直接经济损失和巨大间接经济损失”这样的良好的有益效果益 中就有本发明的功劳。
图1是高压水头下大流量高速射流封堵钻灌安全控制装置示意图。在图1中的标志1、Φ42钻杆，2、孔口封闭器压盖，3、孔口封闭器胶球，4、Φ89 ？L 口封闭器，5、Dg75不锈钢球阀，6、Φ 50排水支管，7、Dg50不锈钢球阀，8、压力表，9、Dg50不 锈钢球阀，10、Φ50排水支管及进浆管，11、Φ 75孔口管(L = 3. 6m)，12、加固钢板(δ = 10mm，边长 0. 2m)，13、注浆锚杆(025mm,L = 1. 5m)，14、Φ91 开孔钻孔(入岩 3m)，15、钻杆内防高压返水安全控制装置，16、Φ 47钻孔，17、永久堵头上层脱空，18、导流洞衬砌砼，19、永久堵头下层脱空，20、前期处理投放堆积层，21、导流洞封堵砼。
具体实施方式
实施例通过施工实践叙述，结合图1说明将本发明装置投入实施。开孔钻孔14的孔径为Φ91πιπι，深入基岩3m，镶铸一根长3.6πιΦ75的孔口钢管11， 孔口管用钢板(S = 10mm，边长0.2m) 12焊接加固，钢板12四周用四根注浆锚杆(Φ25πιπι， L= 1.5m) 13镶注在地板上，确保孔口管稳固、牢靠、不移动。孔口管11以上接两根Φ 50的 排水支管6和10，排水支管6上接两个Dg50不锈钢球阀7，排水支管10兼作灌浆进浆管， 其上接压力表8和两个Dg50不锈钢球阀9，孔口钢管上部安装一个Dg75不锈钢球阀5，以 上再接Φ89孔口封闭器4。钻孔时，Φ42钻杆1穿过孔口封闭器4及球阀5而进入孔内， 上紧孔口封闭器压盖2，使孔口封闭器胶球3膨胀达到止水的目的，钻杆1下端内安装防高 压返水安全控制装置15，确保钻穿空腔时，孔内高压返水不从钻杆1的顶部射出，保证了起 下钻拆卸钻杆时的安全。同时，排水支管6与10上接的球阀7和9均处于打开状态，一旦 钻穿空腔，高压水则通过排水支管排出，排水支管上接Φ50排水管将水引至615廊道施工 支洞排放。起钻采用2PC型地质钻机，从其卡盘以上拆卸钻杆，钻杆一旦起出至Φ 75球阀5 以上时，立即关闭球阀5，同时也可关闭排水支管6上的球阀7和排水支管10上的球阀9， 通过压力表8测孔内返水压力。灌浆时，把排水管10作为进浆管，接通至灌浆泵，打开球阀 9，即可进行灌注，通过压力表8监测灌浆压力，灌浆结束关闭球阀9进行屏浆待凝。实施之前，模拟及生产性灌浆试验为验证施工方案设计的可行性以及安全可靠性，在EL. 612m辅助洞外具有IlOm水 头压力的供水钢管上，于2008年7月7日 7月12日进行了模拟试验，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，于2008 年11月24日 12月3日又在EL. 612m廊道内进行了生产性灌浆试验取得成功，验证了高 水头下造孔安全性、灌浆安全性、可灌性、机械设备配置的合理性等参数。2施工工艺流程然后进行钻孔施工钻孔采用XY-2PC型地质钻机，合金钻头钻进，地质钻机布置在高Im钻机平台上。 开孔孔径Φ91πιπι，终孔孔径Φ47πιπι。第一段钻孔进入基岩3m，镶铸孔口管11，进入基岩3m， 高出底板0. 2m,单根长度3. 6m。在打下的钻口孔上安装《高压水头下大流量高速射流封堵钻灌孔口安全控制装置》，使用时，镶铸孔口管11完毕安装Dg75mm球阀5及孔口封闭器4，改用Φ 45mm无芯合金 钻头钻至5m孔深，进行安全性试压水，压水压力1. 4MPa，检查孔口管11、球阀5、球阀7、球 阀9及封闭器4等是否密封、耐压及镶铸牢固，无问题后在钻杆1内安装防高压返水安全控 制装置15，继续钻进至脱空部位。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。2009年2月15日封堵灌浆开始正式施工。最后，取得了成功。
权利要求高压水头下大流量高速射流封堵钻灌孔口安全控制装置，其特征是它是由φ42钻杆(1)，孔口封闭器压盖(2)，孔口封闭器胶球(3)，φ89孔口封闭器(4)，Dg75不锈钢球阀(5)，φ50排水支管(6)，Dg50不锈钢球阀(7)，压力表(8)，Dg50不锈钢球阀(9)，φ50排水支管(10)兼进浆管，φ75L＝3.6m孔口管(11)，δ＝10mm边长0.2m加固钢板(12)，Φ25mm，L＝1.5m注浆锚杆(13)，开孔φ91mm钻孔入岩(14)、钻杆内防高压返水安全控制装置(15)，φ47钻孔(16)，永久堵头上层脱空(17)，导流洞衬砌砼(18)，永久堵头下层脱空(19)，前期处理投放堆积层(20)，导流洞封堵砼(21)所组成；开孔钻孔(14)的孔径为φ91mm，深入基岩3m，镶铸一根长3.6mφ75的孔口钢管(11)，孔口δ＝10mm，边长0.2m管用钢板(12)焊接加固，钢板(12)四周用四根Φ25mm，L＝1.5m注浆锚杆(13)镶注在地板上；孔口管(11)以上接两根φ50的排水支管(6)和排水支管(10)，排水支管(6)上接两个Dg50不锈钢球阀(7)，排水支管(10)兼作灌浆进浆管，其上接压力表(8)和两个Dg50不锈钢球阀(9)，孔口钢管上部安装一个Dg75不锈钢球阀(5)，以上再接φ89孔口封闭器(4)。
专利摘要本实用新型高压水头下大流量高速射流封堵钻灌孔口安全控制装置由φ42钻杆1，孔口封闭器压盖2，孔口封闭器胶球3，φ89孔口封闭器4，Dg75不锈钢球阀5，φ50排水支管6，Dg50不锈钢球阀7，压力表8，Dg50不锈钢球阀9，φ50排水支管10兼进浆管，φ75L＝3.6m孔口管11，δ＝10mm边长0.2m加固钢板12，Φ25mm，L＝1.5m注浆锚杆13，开孔φ913m钻孔入岩14、钻杆内防高压返水安全控制装置15，φ47钻孔16等所组成；对承受130m高水头压力下，水电站导流孔透水、渗水，用常规方法无法处理的情况下，作为封堵灌浆技术中的一个关键设备，帮助解决了在130m高水头下导流孔透水、渗水的封堵这样一道世界水电工程施工中未曾报导过的难题，有良好的经济效益。
文档编号E02D15/00GK201554005SQ200920125700
公开日2010年8月18日 申请日期2009年9月11日 优先权日2009年9月11日
发明者张晓安, 曾凡顺, 李定忠, 李群生, 罗朝文, 顾建 申请人:中国水利水电第九工程局有限公司