一种封堵地下水封洞库围岩裂隙的方法与流程

1.本发明涉及地下工程技术领域，尤其是涉及一种封堵地下水封洞库围岩裂隙的方法。


背景技术：

2.地下水封洞库储油因其安全性高、储备量大等优点，近年来得到了长足的发展，已成为国家石油储备的首选方式。地下水封洞库库址的选择对地质条件的要求较高，一般建在花岗岩或凝灰岩等坚硬程度较好且较为完整的侵入岩体中，允许存在节理及微裂隙但不能有大的断裂。为了保证洞库良好的水封效果，除了通过增加人工水幕系统以保证洞库周围的地下水压力大于洞内储存介质的压力以防止原油泄漏外，还要在洞库建设过程中通过围岩注浆对洞室渗水量进行有效控制。目前洞库建设中常用水泥浆液作为注浆材料。由于水泥浆液材料来源广、工艺成熟、配制简单，具有很好的应用价值，因此采用水泥材料进行裂隙围岩渗流控制是应用最广泛的一种方法。对于地下洞库特殊的岩体地质特征来说，尽管利用水泥浆液可以有效地减小洞库渗水量，然而水泥注浆完成后仍然出现反复渗漏的问题，达不到洞室渗水量的设计要求。
3.因此有必要发展一种对围岩中广泛发育的微裂隙以及常规水泥注浆后形成的微孔洞的补充注浆技术，应用在地下洞库注浆工程中，来弥补传统浆液材料的不足，从而对洞库渗水量进行有效控制。


技术实现要素：

4.本发明的目的是提供一种封堵地下水封洞库围岩裂隙的方法，以解决现有技术中通过水泥注浆封堵裂隙的方式存在的注浆效果差、注浆后仍反复渗漏的问题。
5.为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
6.一种封堵地下水封洞库围岩裂隙的方法，包括以下步骤：
7.s1：主洞室开挖后，对渗水区域进行地质调查；
8.s2：采用微生物矿化的方式对渗水区域裂隙进行封堵，基于裂隙的产状特征，确定微生物注浆孔的布设位置以及微生物注浆孔的设计孔深，并测试微生物注浆孔的初始渗透系数；
9.s3：微生物浆液注入之前，在微生物注浆孔内做示踪试验，确定微生物浆液的注入量；
10.s4：将配制好的微生物浆液通过微生物注浆孔进行注浆；微生物注浆过程中对洞室渗水量进行监测，根据洞库渗水量设计要求确定微生物注浆的停止时间。
11.进一步地，对渗水区域的地质进行调查，确定渗水量的大小，并根据根据岩体基本质量的定性特征和岩体基本质量指标两者相结合将围岩等级划分为一至五级；
12.当围岩等级为一级和二级时，采用微生物注浆的方式封堵裂隙；当围岩等级为三级时，在渗水量小于设定值的情况下采用微生物注浆的方式封堵裂隙，在渗水量超过设定
值的情况下采用水泥注浆和微生物注浆组合的方式封堵裂隙；当围岩等级为四级和五级时，采用水泥注浆和微生物矿化注浆组合的方式封堵裂隙。
13.进一步地，水泥注浆在主洞室的渗水区域进行，微生物注浆在主洞室层上方的水幕洞室中进行。
14.进一步地，在步骤s1中，测量裂隙相对于水平面的倾角，并根据裂隙的倾角设计微生物注浆孔的方向，使得微生物注浆孔的方向与渗水区域的裂隙面相交。
15.进一步地，在步骤s2中，通过压水试验测试微生物注浆孔的初始渗透系数。
16.进一步地，在步骤s3中，将示踪剂注入微生物注浆孔中，通过示踪剂的流动路径了解微生物浆液注入后的流动路径；通过在渗水区域监测示踪剂浓度的变化选择注浆过程中微生物浆液的注浆量。
17.进一步地，在步骤s4中，在现场进行菌液培养以及菌液固定剂、胶结液的配制，将配置好的微生物浆液注入微生物注浆孔。
18.进一步地，在步骤s4中，菌液在现场培养24小时，使用前将细菌光密度调制为1.0，菌液固定剂为浓度0.05m的ca(ch3coo)2溶液，胶结液为浓度0.5m的ca(ch3coo)2+urea溶液。
19.进一步地，微生物注浆过程中，先注入菌液，然后注入菌液固定剂，最后注入胶结液，完成一次循环。
20.进一步地，菌液注入量根据步骤s3中的示踪试验来确定，菌液固定剂注入量与菌液注入量相同，胶结液的注入量为菌液注入量的3倍。
21.本发明的有益效果：
22.本发明提供了一种封堵地下水封洞库围岩裂隙的方法，该方法通过微生物矿化注浆的方式对地下水封洞库渗水区域的裂隙进行封堵。微生物通过矿化作用能够诱导生成碳酸盐、硫酸盐等矿物，在岩体裂隙中注入微生物浆液后，大量的细菌会附着在裂隙表面上，然后在持续不断提供钙源的条件下，生成的caco3沉淀将对岩体内部发育的裂隙进行填充，从而降低了裂隙的水力隙宽，不断降低的水力隙宽将有效降低裂隙渗透性。本技术提供的封堵方法采用自然界土壤中天然存在的无害细菌作为反应细菌，具有无污染、出注浆压力低、加固效果好、浆液粘度低、反应易控制等优点，解决了采用常规水泥注浆的方式存在的效果差、注浆后仍反复渗漏的问题。
附图说明
23.为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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的附图。
24.图1为本发明实施例提供的封堵地下水封洞库围岩裂隙的方法的现场设计示意图；
25.图2为本发明实施例提供的封堵地下水封洞库围岩裂隙的方法的技术流程图。
26.图中：
27.1-微生物注浆孔；2-主洞室；3-水幕洞室；4-裂隙面；5-渗水区域。
具体实施方式
28.下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动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。
29.需要说明的是，在本发明的描述中，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
30.需要说明的是，在本发明的描述中，术语“连接”和“安装”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介相连；可以是机械连接，也可以是电连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
31.本发明实施例提供了一种封堵地下水封洞库围岩裂隙的方法，该方法通过微生物矿化注浆的方式对地下水封洞库渗水区域的裂隙进行封堵。微生物通过矿化作用能够诱导生成碳酸盐、硫酸盐等矿物，在岩体裂隙中注入微生物浆液后，大量的脲酶细菌会附着在裂隙表面上，然后在持续不断提供钙源的条件下，生成的caco3沉淀将对岩体内部发育的裂隙进行填充，从而降低了裂隙的水力隙宽，不断降低的水力隙宽将有效降低裂隙渗透性。本技术提供的封堵方法采用自然界土壤中天然存在的无害细菌作为反应细菌，具有无污染、出注浆压力低、加固效果好、浆液粘度低、反应易控制等优点，解决了采用常规水泥注浆的方式存在的效果差、注浆后仍反复渗漏的问题。
32.参照图1，上述方法包括以下步骤：
33.s1：主洞室2开挖后，对渗水区域5进行地质调查；
34.s2：采用微生物矿化的方式对渗水区域5的裂隙进行封堵，基于渗水区域5裂隙的产状特征，确定微生物注浆孔1的布设位置以及微生物注浆孔1的设计孔深，并测试微生物注浆孔1的初始渗透系数；
35.s3：微生物浆液注入之前，在微生物注浆孔1内做示踪试验，确定微生物浆液的注入量；
36.s4：将配制好的微生物浆液通过微生物注浆孔1进行注浆；微生物注浆过程中对洞室渗水量进行监测，根据洞库渗水量设计要求确定微生物注浆的停止时间。
37.在步骤s1中，对渗水区域地质进行调查并确定渗水量的大小，根据岩体基本质量的定性特征和岩体基本质量指标两者相结合将围岩等级划分为一至五级；当围岩等级为一级和二级时，采用微生物矿化注浆的方式封堵裂隙；当围岩等级为三级时，在渗水量小于设定值(本实施例经过实践经验，将渗水量的设定值定为10l/(m2·
d))的情况下采用微生物矿化注浆的方式封堵裂隙，在渗水量超过设定值的情况下采用水泥注浆和微生物矿化注浆组合的方式封堵裂隙；当围岩等级为四级和五级时，采用水泥注浆和微生物矿化注浆组合的方式封堵裂隙。
38.岩体基本质量的定性特征和岩体基本质量指标bq与围岩等级的对应关系参见《工
程岩体分级标准》(gb/t 50218)中的分级规范，在此不再记载。
39.具体地，对于洞库三级围岩有渗水区域5需要注浆时，需要根据渗水量大小选择优先注浆方式；当渗水量超过10l/(m2·
d)时，先采用常规水泥注浆的方式封堵裂隙，将渗水量降至小于10l/(m2·
d)，再选用微生物注浆方式封堵裂隙；当水泥注浆后渗水量小于10l/(m2·
d)时，选用微生物注浆方式封堵裂隙。对于洞库四级和五级围岩有渗水区域5需要注浆时，需先采用常规水泥注浆的方式封堵裂隙，当水泥注浆后渗水量小于10l/(m2·
d)时，选用微生物注浆的方式封堵裂隙。
40.本实施例中，水泥注浆在主洞室2的渗水区域进行，微生物注浆在主洞室层上方的水幕洞室3中进行。
41.在步骤s1中，测量的主洞2的渗水区域5的裂隙相对于水平面的倾角，并根据裂隙的倾角设计微生物注浆孔1的方向，使得微生物注浆孔1的方向与主洞室渗水区域5的裂隙面4相交。裂隙面4上分布有多条不规则的裂隙，微生物注浆孔1与其中一条或几条裂隙相交并连通；注入微生物注浆孔1内的微生物浆液流入裂隙内，通过矿化对裂隙进行填充。
42.可选地，确定好微生物注浆孔1的方向后，依据裂隙面4的倾角计算微生物注浆孔1深度，使得微生物注浆孔1深度在主洞室1上方5m左右的位置。本实施例中，微生物注浆孔1的上端位于水幕洞室3中，其下端在主洞室1上方5m的位置，微生物注浆孔1与裂隙面4上的裂隙相交并连通；将微生物浆液从微生物注浆孔1注入，微生物浆液沿着注浆孔1流入裂隙内，并到达渗水区域5。
43.在步骤s2中，通过压水试验测试注浆孔的初始渗透系数。
44.在步骤s3中，将示踪剂注入微生物注浆孔1中，通过示踪剂的流动路径了解微生物浆液注入后的流动路径；通过在渗水区域5监测示踪剂浓度的变化选择场注浆过程中微生物浆液的注浆量。
45.在步骤s4中，在现场进行菌液培养以及菌液固定剂、胶结液的配制，将配置好的微生物浆液进行微生物注浆。在其他实施例中，也可以将配置好的微生物浆液运输至现场进行微生物注浆。
46.具体地，菌液在现场培养24小时，使用前将细菌光密度调制为1.0，菌液固定剂为浓度0.05m的ca(ch3coo)2溶液，胶结液为浓度0.5m的ca(ch3coo)2+urea溶液。微生物注浆过程中，先注入菌液，然后注入菌液固定剂，最后注入胶结液，完成一次循环。微生物注浆过程中需要每天进行多次循环过程。本实施例中，微生物注浆过程中需要每天进行3～4个循环过程。
47.在步骤s4中，菌液注入量根据步骤s3中的示踪试验来确定，菌液固定剂注入量与菌液注入量相同，胶结液的注入量为菌液注入量的3倍。
48.继续参照图1，在步骤s1中，确定好微生物注浆孔1的方向后，依据裂隙面4的倾角计算微生物注浆孔1的深度，使得微生物注浆孔1的底部在主洞室2的渗水区域5上方5m左右的位置。此外，也可以先根据主洞室2和渗水区域5确定微生物注浆孔1底部的位置，再确定微生物注浆孔1的方向，使得微生物注浆孔1的方向与主洞室渗水区域5的裂隙面4相交。
49.参照图2，本技术提供的封堵方法详细的步骤如下：
50.s1：主洞室1开挖后，对渗水区域5进行地质调查；确定渗水区域裂隙的走向、倾向及倾角，测量渗水区域5的渗水量，并划分围岩等级；
51.根据渗水区域5的渗水量大小与围岩等级，设计常规水泥注浆与微生物矿化注浆的组合关系，作为现场渗水区域后注浆方案；具体地，对于洞库一级和二级围岩有渗水区域5需要注浆时，选择微生物注浆的方式封堵裂隙；对于洞库三级围岩有渗水区域5需要注浆时，当渗水量超过10l/(m2·
d)时，需先采用常规水泥注浆的方式封堵裂隙，当水泥注浆后渗水量小于10l/(m2·
d)时，选用微生物注浆方式封堵裂隙。对于洞库四级和五级围岩有渗水区域5需要注浆时，需先采用常规水泥注浆的方式封堵裂隙，当水泥注浆后渗水量小于10l/(m2·
d)时，选用微生物注浆的方式封堵裂隙。
52.s2：基于渗水区域裂隙的产状特征(走向、倾向及倾角)，确定微生物注浆孔1的布设位置以及微生物注浆孔1的设计孔深，使微生物注浆孔1的方向与主洞室渗水区域裂隙面4相交，并使微生物注浆孔1的底部在主洞室1上方5m左右的位置；
53.通过压水试验测试微生物注浆孔1的初始渗透系数。
54.s3：微生物浆液注入之前，在微生物注浆孔1内做示踪试验，即将示踪剂注入微生物注浆孔1内，分析示踪剂的流动路径和浓度变化，确定微生物浆液合理的注入量；
55.微生物浆液的注入量应在渗水区域5处的微生物浆液浓度大于或等于0.5m。
56.s4：将配制好的微生物浆液通过微生物注浆孔1进行注浆；微生物注浆过程中对洞室渗水量进行监测，根据洞库渗水量设计要求确定微生物注浆的停止时间。
57.本发明具有如下有益效果：
58.1.应用该方法对地下水封洞库围岩中广泛发育的微裂隙以及常规水泥注浆后形成的微孔洞进行补充注浆，可解决水泥注浆后反复渗透的问题；
59.2.在利用微生物注浆对地下洞库围岩微裂隙进行注浆阻渗过程中，所采用的注浆压力小于水泥浆液，可避免由于注浆压力过大对岩体产生损伤作用；
60.3.应用该方法对洞库围岩注浆过程中，可控制微生物浆液的注入过程，即达到能够人为控制洞室渗水量的效果。
61.最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。