一种地下水封洞库洞室超前预注浆方法与流程

本发明涉及石油化工储运工程，具体为一种地下水封洞库洞室超前预注浆方法。

背景技术：

1、地下水封洞库洞室超前预注浆，是对未开挖的掌子面(施工作业面)前方的裂隙围岩内可能存在较大渗水的情况下，采用先行注浆的一种技术方法，其作用是通过向洞室掌子面前方的裂隙围岩内高压注入注浆浆液，封堵围岩内的出水点(裂隙构造)并降低围岩的渗透性，以达到减少和控制裂隙围岩渗水量的目的，同时也能起到控制地下水水位和施工过程更顺畅的作用。

2、地下水封洞库是通过人工在地下岩石中开挖出洞室储存空间，并利用地下水的水头压力大于洞室内的油(气)压的“水封”作用进行油品介质储存。洞室围岩的裂隙构造是地下水向洞室内渗入和油(气)向洞室外逃逸的主要通道，裂隙构造的产状(分布规律、走向、倾向、延伸性)、隙宽、粗糙度和填充物性质等因素是其主要工程特征。在导水性质上通常以水力传导系数(渗透系数)或近似将不透水的岩石和裂隙构造两者等效均化后的岩体的渗透系数来表征(渗透系数的物理意义是指单位水力梯度下的单位流量或流速)，渗透系数越大，渗水量也越大。由于地下水封洞库多是建造在以结晶岩体(主要为花岗岩)为主的岩体中，则洞室围岩的主要渗水来自于这些渗透系数较大的裂隙构造。因此注浆的本质就是对这些导水系数较大的裂隙构造进行堵水降渗处理。

3、目前工程上采用的渗控技术方法主要有两种，一是降低洞室上方的地下水水头高度，如采用较低的设计控制地下水位，但这一方法往往受制于洞室周边各种自然补给和排泄条件的影响，对洞库水封具有较大的不确定性；二就是对裂隙围岩采用注浆的方法进行堵水降渗。注浆又分预注浆和后注浆两种，前者主要是针对未开挖的围岩进行预先注浆后再开挖，后者则是针对已开挖的围岩进行注浆。由于预注浆的堵水降渗效果一般要好于后注浆，因此目前在地下水封洞库中广泛推荐应用。

4、目前国内外地下工程中所广泛使用的帷幕注浆与地下水封洞库的预注浆都是用于对围岩裂隙构造的堵水降渗，其作用和施工工法基本相同，但两者有一个本质上的区别即：前者是由上(一般作业面为地表等外露面)往下(岩体内)进行钻孔注浆，钻孔不会向外带压出水；后者则是由下(在地下洞室的掌子面前)往水平前上方(洞室围岩内)进行钻孔注浆，钻孔内往往是有带压出水。这种注浆形式和施工条件的不同，决定了普通的帷幕注浆不能有效应用于地下水封洞库工程。

5、现有地下水封洞库的预注浆处理技术研究和应用主要集中在渗水节理裂隙的渗透性特征、注浆材料可灌性、注浆工艺参数以及对围岩强度变形的影响等方面，而对注浆孔的布置和注浆参数与掌子面和已开挖段围岩构造特征之间的相关关系未见有相关文献资料报道。目前工程中采用预注浆的技术方案较为单一，即沿掌子面轮廓线的偏内侧一点，沿洞室轴线方向按一定外倾角度和间距，均匀布置向外侧辐射状的注浆钻孔，并根据先前的注浆试验材料和工艺参数进行注浆。工程实践表明，这种布置方式存在一个缺陷，即无论布置多少个注浆孔，都只有个别几个孔能达到注浆要求，多数孔不进浆或进浆很少，导致施工资源的很大浪费。究其原因在于没有很好结合掌子面前方出水的围岩裂隙构造特征，进行有的放矢地布孔注浆。由于花岗岩场地发育的主要节理裂隙构造面大多以陡倾角为主，因此根据其走向可以确定其与洞室轴线的走向交角关系，一般可分为大角度相交或小角度相交，当相交角度较大时，裂隙构造面将横切穿洞室，此时大多数注浆孔将穿越裂隙构造面，反之则没穿越，所以对于没有穿越的区域，即使再打多少个钻孔，都无法使注浆浆液进入导水的裂隙构造内，成为无效或低效注浆孔。显然，要改变现有预注浆孔布置的不合理性所导致的多数孔的无效或低效，就需要充分了解掌子面前方的围岩裂隙构造发育情况，而要摸清这些情况，就需要将掌子面和已开挖洞室围岩的地质素描信息，与地质超前预报信息相综合的方法，进行分析判断，然后有针对性地实施预注浆。

6、基于此，我们提出了一种地下水封洞库洞室超前预注浆方法，希冀解决现有技术中的不足之处。

技术实现思路

1、(一)解决的技术问题

2、为克服现有地下水封洞库预注浆孔布置的不合理性所导致的多数注浆孔无效或低效的缺陷，减少施工资源浪费，本发明旨在创造性地提出一种以综合洞室掌子面地质素描信息、已开挖洞室围岩地质素描信息和地质超前预报信息相结合应用为基础，根据花岗岩导水节理裂隙构造发育特征为导向的地下水封洞库预注浆新方法，以解决现有预注浆方法上的不足。本发明可以有效提高地下洞室围岩堵水降渗的作用和效率，同时起到控制地下水稳定和降低工程建设费用的作用。

3、(二)技术方案

4、为实现上述的目的，本发明提供如下技术方案：

5、一种地下水封洞库洞室超前预注浆方法，包括以下步骤：

6、(1)、当洞室开挖至某一掌子面时，不论掌子面渗水与否，对掌子面进行地质素描；

7、(2)、根据后方已经开挖的洞室围岩地质素描与掌子面素描进行比较分析，初步推断掌子面前方的裂隙构造发育情况；

8、其中，洞室围岩位于掌子面后方；

9、(3)、对掌子面前方进行地质超前预报，采用地质雷达进行扫描，将扫描结果与前述的推断，进行比对分析，进一步推断掌子面前方的裂隙构造发育情况；

10、(4)、在前两次推断的基础上，根据掌子面前方的裂隙构造产状，进行地质超前预报，采用布设一定数量的超前探水孔进行进一步的地质验证，此时，应再次将探水孔揭示的地质信息与前两次的推断结果进行综合判识，确定前方的导水构造，并测定其产状、位置和构造状态；

11、(5)、探孔水的长度不小于2倍洞室跨度，且不小于20m；

12、(6)、根据前两次的推断结果判断探孔水的布置方式和数量；

13、(7)、当只要有一个探水孔孔内出水超标，则该掌子面需要进行预注浆，此时探水孔转为预注浆孔；

14、首先对出水的探水孔进行简易压水试验，然后按工程注浆试验确定的工艺参数进行预注浆，对不出水的探孔直接用注浆液封堵；

15、(8)、探水孔预注浆完成后，在掌子面上布设检查孔进行注浆效果检查，检查孔的深度与探水孔一致；

16、(9)、确定检查孔的布置方式和数量；

17、(10)、当检查孔的出水达到控制标准，即完成本掌子面的预注浆；

18、(11)、当检查孔的出水量不达标，则所有检查孔按上述步骤(7)、步骤(8)、步骤(9)进行循环，此时，检查孔的布置方式和数量采用随机的方法进行，直至达到出水控制标准，完成本掌子面的预注浆。

19、作为进一步的技术方案，步骤(1)所述掌子面为施工作业面。

20、作为进一步的技术方案，步骤(1)所述素描的内容包括：裂隙构造和各种软弱结构面的产状、节理面渗水状态、隙宽和节理面填充性质；

21、所述产状包括走向、倾角和间距。

22、作为进一步的技术方案，步骤(2)所述推断的内容包括：主要节理裂隙构造和各种软弱结构面的产状、规模、导水性质等；

23、其中产状包括走向、倾角。

24、作为进一步的技术方案：步骤(4)布设一定数量的超前探水孔进行进一步的地质验证；

25、所述探水孔的数量≥3；

26、地质验证包括：当只要有一个探水孔孔内有超标准的出水时，则在所有探水孔孔内进行电视成像；

27、其中，产状包括走向、倾角和间距。

28、作为进一步的技术方案：步骤(6)中判断方式为：

29、(a).当推断掌子面前方的导水构造走向与洞室轴线走向小角度相交且其倾向朝向洞室围岩外侧，无论裂隙构造面是否通过掌子面，则在沿裂隙构造面两侧的掌子面上各打1个探水孔，其中外侧的1个孔采用指向构造面的水平斜孔，角度根据构造面的倾角大小确定，另外1个则布置在掌子面相对右边墙中间的位置，直孔；

30、(b).当推断掌子面前方的导水构造走向与洞室轴线走向小角度相交且其倾向朝向洞室围岩内侧，无论裂隙构造面是否通过掌子面，则在沿裂隙构造面内侧的掌子面上打2个探水孔，其中1个孔采用指向构造面的水平斜孔，角度根据构造面的倾角大小确定，位置布置在靠近拱顶的位置；另外1个则布置在掌子面相对右下侧的位置，直孔；

31、(c).当推断掌子面前方的导水构造走向与洞室轴线走向大角度相交时，无论其倾向朝向洞室围岩内侧还是外侧，则在掌子面上靠近拱顶和左右边墙，均匀打三角形布置的3个探水孔，直孔。

32、作为进一步的技术方案，步骤(9)中所述确定检查孔的布置方式和数量的方式为：

33、d.当为上述(a)情况时，在沿裂隙构造面两侧的掌子面上各打1个检查孔，其中外侧的1个孔采用指向构造面的水平斜孔，角度根据构造面的倾角大小确定，另外1个则布置在掌子面靠近拱顶的位置，直孔；

34、e.当为上述(b)情况时，在沿裂隙构造面内侧的掌子面上各打1个探水孔，其中内测的1个孔采用指向构造面的水平斜孔，角度根据构造面的倾角大小确定，位置靠近下部；另外1个则布置在掌子面靠近左边墙中间的位置，直孔；

35、f.当为上述(c)情况时，在探水孔三角形的两条等边线的中间部位，各打1个检查孔。

36、本发明采用一种以综合洞室掌子面地质素描信息、已开挖洞室围岩地质素描信息和地质超前预报信息相结合应用为基础，根据花岗岩导水节理裂隙构造发育特征为导向的地下水封洞库预注浆新方法，以解决现有工程中预注浆过程中无效或低效预注浆孔较多的问题。

37、本发明充分利用超前地质预报中超前探水孔的有利条件和作用，将探水孔直接作为预注浆孔对掌子面前方围岩的导水裂隙构造进行预注浆堵水降渗处理。由于综合了可获得的掌子面前后方的详细地质素描信息，并结合了孔内电视成像，因而对掌子面前方围岩的导水裂隙发育状况了解充分，注浆的针对性强，从而将探水孔直接作为预注浆孔后的注浆效果大大提高。

38、(三)有益效果

39、与现有技术相比，本发明提供了一种地下水封洞库洞室超前预注浆方法，具备以下有益效果：

40、根据本发明所采用的一种地下水封洞库洞室超前预注浆方法，既解决了现有工程中单一采用沿掌子面轮廓线均布预注浆孔所带来的无效或低效多的问题，又克服了预注浆过程中注浆孔的布置缺乏对围岩裂隙构造认识不足的问题，达到提高了预注浆的工效，使得预注浆设计时更为合理、更有针对性。利用本发明，可有效避免无效孔和低效孔的出现，大大减少预注浆孔的数量，充分利用了较少的探水孔直接作为预注浆孔，达到了事半功倍的效果，节约了施工资源，降低了建设成本。

41、应用领域和前景上，地下水封洞库存储原油技术具有经济合理、安全可靠、土地资源节约、库容规模大储存效率高等特点。随着国内外今后对水封洞库储存方式的发展需要，采用本发明所带来的技术和经济效益是十分显著的，应用前景十分广阔。