CN108412431B - 一种承压水地层自动封水后注浆封堵的装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种承压水地层自动封水后注浆封堵的装置及方法，所述的装置包括钻杆(7)，所述的钻杆(7)内部为中空通道，其特征在于，所述的中空通道的上部设有用于自动开启或密封中空通道的活动密封结构，所述的钻杆(7)中部侧壁上设有一圈用于承压水涌出的钻杆孔(3)，钻杆孔(3)位置外侧的钻杆(7)上设有用于在钻杆孔(3)涌出承压水后向外侧膨胀的橡胶环(1)，所述的橡胶环(1)将所有钻杆孔(3)密封其中。与现有技术相比，本发明能够自动化迅速密封，有效止水，避免了承压水突涌的发生，可行性强，成功率高。

Description

一种承压水地层自动封水后注浆封堵的装置及方法
技术领域
本发明涉及建筑技术领域，尤其是涉及一种承压水地层自动封水后注浆封堵的装置及方法。
背景技术
目前在修建公路、地铁等隧道时，面对含承压水地层，常采用超前注浆密封的方法进行处理，先进行钻进成孔，再放置注浆管注浆。由于地下水的承压性，以及在钻进成孔时需要人工密封注浆孔，当钻至承压水层时不能及时堵漏，导致突涌现象发生，造成安全事故，影响施工质量。在密封方面，国内外学者研究了化学自动化密封装置来密封，但是反应时间过长，效果不稳定，不明显。因此，在承压水环境下，进行注浆止水还缺少一种及时、便捷、有效的自动封水后注浆方法。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种承压水地层自动封水后注浆封堵的装置及方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种承压水地层自动封水后注浆封堵的装置，包括钻杆，所述的钻杆内部为中空通道，所述的中空通道的上部设有用于自动开启或密封中空通道的活动密封结构，所述的钻杆中部侧壁上设有一圈用于承压水涌出的钻杆孔，钻杆孔位置外侧的钻杆上设有用于在钻杆孔涌出承压水后向外侧膨胀的橡胶环，所述的橡胶环将所有钻杆孔密封其中。
所述的活动密封结构包括挡板、圆台橡皮塞和辅助密封环，所述的挡板水平设置并固定在钻杆内壁上，所述的挡板上设有用于承压水上涌或注浆下移的孔隙，所述的辅助密封环设置在挡板上方并固定在钻杆内壁上，所述的圆台橡皮塞活动设置在挡板和辅助密封环之间，所述的辅助密封环内环面与圆台橡皮塞外壁相契合，当圆台橡皮塞上移贴合辅助密封环内环面后，钻杆的中空通道上部完成密封。
设置钻杆孔位置的钻杆侧壁向内凹陷，所述的钻杆侧部与橡胶环形成环形凹槽。
所述的钻杆孔直径大小为1.0-1.5cm。
所述的挡板为环形，挡板外环与钻杆内部中空通道内径相匹配，挡板内环均匀分布多个挡条，所述的挡条向挡板中心点方向延伸。
一种承压水地层自动封水后注浆封堵的方法，采用上述的装置辅助完成，该方法包括如下步骤：
S1：在钻杆底部安装钻头并钻孔，当钻进至承压水层时停止钻进；
S2：承压水从钻杆底部向上涌出，抵达活动密封结构处，活动密封结构密封钻杆的中空通道；
S3：钻杆的中空通道密封后，钻杆内承压水从钻杆孔涌出并填充橡胶环，橡胶环膨胀封闭钻杆与钻孔间隙；
S4：当承压水停止向上涌出后从钻杆中空通道上部注浆，注浆压力超过承压水压力时，活动密封结构打开，注浆向下移动封堵承压水。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
(1)本发明承压水地层自动封水后注浆封堵的装置是在常规钻杆的基础上进行的改进，集成封装，并单独生产，可与任意规格钻杆搭接使用，适用性广泛，是一种可以推广的密封装置；
(2)本发明钻杆内部通过活动密封结构进行密封，钻杆外部与钻孔之间采用橡胶环进行密封，在承压水填充之后，橡胶环膨胀，与钻孔孔壁无缝接触，能够自动化迅速密封，有效止水，避免了承压水突涌的发生，封堵可行性强，成功率高；
(3)本发明活动密封结构采用相互契合的圆台橡皮塞和辅助密封环实现密封和开启，挡板一方面承载圆台橡皮塞，限制圆台橡皮塞上下活动范围，另一方面能够通过注浆，结构简单，制作方便；
(4)本发明承压水地层封堵的方便简单可靠，利用钻杆便可实现对承压水的自动封水和注浆，实现及时、便捷、有效的封堵。
附图说明
图1为本发明承压水地层自动封水后注浆封堵的装置未遇承压水时的状态示意图；
图2为本发明承压水上涌时承压水地层自动封水后注浆封堵的装置的状态示意图；
图3为本发明注浆时承压水地层自动封水后注浆封堵的装置的状态示意图；
图4为本发明挡板的结构示意图；
图5为本发明承压水地层自动封水后注浆封堵方法的流程框图。
图中，1为橡胶环，2为环形凹槽，3为钻杆孔，4为圆台橡皮塞，5为辅助密封环，6为挡板，7为钻杆，8为钻杆与钻孔间隙。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。注意，以下的实施方式的说明只是实质上的例示，本发明并不意在对其适用物或其用途进行限定，且本发明并不限定于以下的实施方式。
实施例
如图1～4所示，一种承压水地层自动封水后注浆封堵的装置，包括钻杆7，钻杆7内部为中空通道，中空通道的上部设有用于自动开启或密封中空通道的活动密封结构，钻杆7中部侧壁上设有一圈用于承压水涌出的钻杆孔3，钻杆孔3位置外侧的钻杆7上设有用于在钻杆孔3涌出承压水后向外侧膨胀的橡胶环1，橡胶环1将所有钻杆孔3密封其中。
活动密封结构包括挡板6、圆台橡皮塞4和辅助密封环5，挡板6水平设置并固定在钻杆7内壁上，挡板6上设有用于承压水上涌或注浆下移的孔隙，辅助密封环5设置在挡板6上方并固定在钻杆7内壁上，圆台橡皮塞4活动设置在挡板6和辅助密封环5之间，辅助密封环5内环面与圆台橡皮塞4外壁相契合，当圆台橡皮塞4上移贴合辅助密封环5内环面后，钻杆7的中空通道上部完成密封。本实施例设置三对共计六个钻杆孔3，每对按照180°分布，三对钻杆孔3沿高度方向依次分布，每对之间间隔6-7cm，钻杆孔3直径大小为1.0-1.5cm，本实施例钻杆孔3直径设置为1cm，每对钻杆孔3之间间隔7cm。圆台橡皮塞4尺寸为：角度60°，下底直径30-35mm，上底20-25mm，圆台橡皮塞4距离下方挡板6高度为5-10cm。本实施例圆台橡皮塞4下底直径为30mm，上底为20mm，挡板6为环形，挡板6外环与钻杆7内部中空通道内径相匹配，挡板6内环均匀分布多个挡条，挡条向挡板6中心点方向延伸，如图4所示，本实施例挡板6内外径相差约1-1.5cm，挡板6设置4个均匀分布的挡条。
设置钻杆孔3位置的钻杆7侧壁向内凹陷，钻杆7侧部与橡胶环1形成环形凹槽2，橡胶环1未膨胀时厚度10mm，高度在25-30cm之间，内径在70-80mm之间，环形凹槽2深度5mm，高度在24-29cm之间，本实施例橡胶环1高度设置为28cm，内径设置为75mm，环形凹槽2高度设置为25cm。
如图5所示，一种承压水地层自动封水后注浆封堵的方法，采用上述的装置辅助完成，该方法包括如下步骤：
S1：在钻杆7底部安装钻头并钻孔，当钻进至承压水层时停止钻进；
S2：承压水从钻杆7底部向上涌出，抵达活动密封结构处，活动密封结构密封钻杆7的中空通道，具体地：承压水通过中空通道向上涌出，圆台橡皮塞4在承压水的压力下向上运动，圆台橡皮塞4贴合辅助密封环5内环面后将中空通道密封；
S3：钻杆7的中空通道密封后，钻杆7内承压水从钻杆孔3涌出并填充橡胶环1，橡胶环1膨胀封闭钻杆与钻孔间隙8；
S4：当承压水停止向上涌出后从钻杆7中空通道上部注浆，注浆压力超过承压水压力时，活动密封结构打开，注浆向下移动封堵承压水，具体地：当注浆压力超过承压水压力时，浆液顶开圆台橡皮塞4，圆台橡皮塞4向下移动，浆液进入中空通道，封堵承压水。
上述实施方式仅为例举，不表示对本发明范围的限定。这些实施方式还能以其它各种方式来实施，且能在不脱离本发明技术思想的范围内作各种省略、置换、变更。

Claims (5)

1.一种承压水地层自动封水后注浆封堵的方法，其特征在于，采用一种承压水地层自动封水后注浆封堵的装置辅助完成，该装置包括钻杆(7)，所述的钻杆(7)内部为中空通道，所述的中空通道的上部设有用于自动开启或密封中空通道的活动密封结构，所述的钻杆(7)中部侧壁上设有一圈用于承压水涌出的钻杆孔(3)，钻杆孔(3)位置外侧的钻杆(7)上设有用于在钻杆孔(3)涌出承压水后向外侧膨胀的橡胶环(1)，所述的橡胶环(1)将所有钻杆孔(3)密封其中；
所述的方法包括如下步骤：
S1：在钻杆(7)底部安装钻头并钻孔，当钻进至承压水层时停止钻进；
S2：承压水从钻杆(7)底部向上涌出，抵达活动密封结构处，活动密封结构密封钻杆(7)的中空通道；
S3：钻杆(7)的中空通道密封后，钻杆(7)内承压水从钻杆孔(3)涌出并填充橡胶环(1)，橡胶环(1)膨胀封闭钻杆与钻孔间隙(8)；
S4：当承压水停止向上涌出后从钻杆(7)中空通道上部注浆，注浆压力超过承压水压力时，活动密封结构打开，注浆向下移动封堵承压水。
2.根据权利要求1所述的一种承压水地层自动封水后注浆封堵的方法，其特征在于，所述的活动密封结构包括挡板(6)、圆台橡皮塞(4)和辅助密封环(5)，所述的挡板(6)水平设置并固定在钻杆(7)内壁上，所述的挡板(6)上设有用于承压水上涌或注浆下移的孔隙，所述的辅助密封环(5)设置在挡板(6)上方并固定在钻杆(7)内壁上，所述的圆台橡皮塞(4)活动设置在挡板(6)和辅助密封环(5)之间，所述的辅助密封环(5)内环面与圆台橡皮塞(4)外壁相契合，当圆台橡皮塞(4)上移贴合辅助密封环(5)内环面后，钻杆(7)的中空通道上部完成密封。
3.根据权利要求1所述的一种承压水地层自动封水后注浆封堵的方法，其特征在于，设置钻杆孔(3)位置的钻杆(7)侧壁向内凹陷，所述的钻杆(7)侧部与橡胶环(1)形成环形凹槽(2)。
4.根据权利要求1所述的一种承压水地层自动封水后注浆封堵的方法，其特征在于，所述的钻杆孔(3)直径大小为1.0-1.5cm。
5.根据权利要求2所述的一种承压水地层自动封水后注浆封堵的方法，其特征在于，所述的挡板(6)为环形，挡板(6)外环与钻杆(7)内部中空通道内径相匹配，挡板(6)内环均匀分布多个挡条，所述的挡条向挡板(6)中心点方向延伸。
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