CN109083639B - 一种在深钻孔中布设垂直光纤并注浆封孔的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种在深钻孔中布设垂直光纤并注浆封孔的方法，属于钻孔检测技术领域，包括S1：注浆前准备、S2：安装光纤挂桶、S3：注浆、S4：拔出注浆管，本发明采用分布式光纤感测原理对钻孔周围各层岩土体变形进行检测，注浆前准备是将注浆管通过绞车深入钻孔内，然后安装光纤挂桶，将光纤挂桶安装在最顶端的悬挂接箍上，通过重锤向钻孔下放光纤，下放完成后进行注浆，注浆采用分节注浆，当最底层注浆管注满时向上拔出一节注浆管并去掉，保持光纤挂桶位置相对不变继续注浆，注浆完成后再拔出顶端注浆管，如此循环至注浆管全部拔出。
Description
技术领域
本发明涉及钻孔检测技术领域，具体是涉及一种在深钻孔中布设垂直光纤并注浆封孔的方法。
背景技术
通过在深钻孔内(一般大于300m)布设光纤，利用分布式光纤感测技术实现监测钻孔周围地层全钻孔深度的各层岩土体变形情况，为地下岩土体变形研究和地面沉降防治提供支持和依据。
分布式光纤感测技术：BOTDR(Brillouin Optical Time DomainReflectometry)，简称布里渊散射光时域反射法，其应变测量原理如下：在光纤的一端注入一定频率的脉冲光，脉冲光与光纤里面的声学声子相互作用，产生了布里渊散射。布里渊散射同时受到温度和应变的影响，即当光纤轴向产生拉伸(压缩)或光纤沿线温度发生变化时，光纤的拉伸(压缩)段或温度变化段的布里渊频谱将产生频率漂移。通过试验测得，频率的漂移量与光纤温度和应变的变化均具有良好的线性关系，因此，通过计算背向布里渊散射光的频移变化量就可以得到整条光纤的温度和应变分布情况。在分布式光纤传感技术中，不需要任何传感探头，价格很低廉的普通通信光纤就可作为传感光纤。光纤既是传感介质，又是传输通道，具有体积小、重量轻灵敏度高等诸多优点。但光纤本身较为脆弱，一般不能过度弯折和拉伸。
地下矿体开采导致的地表沉降形变容易诱发各种地质灾害，如不能对地下矿体开采引起的地表形变产生及演化过程做出正确的分析并准确预报，很可能会导致无法估计的巨大财产损失和坏境影响。地面沉降监测不仅需要能测量出不同深度土层的变形大小，同时也要测量出空间上垂直差异沉降的分布情况。可是常规监测方法只能监测地表变形。因此如何实现在垂直方向对土体变形进行全面监测是地面变形监测需解决的难点。
通过钻孔内布设安装分布式感测光缆，可实现监测钻孔周围地层全钻孔深度土体变形情况，为地下岩土体变形研究和地面沉降防治提供支持和依据。但在研究地下矿体开采导致的地表形变中，往往需要在深钻孔(＞300m)中布设光纤。因此在不损伤光纤前提下，在深钻孔中完成注浆封孔是一个亟待解决的问题。
发明内容
针对以上问题本发明提供了一种在深钻孔中布设垂直光纤并注浆封孔的方法。
本发明的技术方案是：
一种在深钻孔中布设垂直光纤并注浆封孔的方法，包括以下步骤：
S1：注浆前准备：首先进行深钻孔，钻孔完毕后，将第一节注浆管通过注浆管固定器固定在钻孔口，在第一节注浆管上端连接第一节悬挂接箍，再将第二节注浆管连接在悬挂接箍的上方，在第二节注浆管上方连接第二节悬挂接箍，在第二节悬挂接箍上方连接固定头，固定头上方通过钢线与绞车相连，松开注浆管固定器，通过绞车将第一节注浆管下放至钻井内部，再将第二节注浆管通过注浆管固定器进行固定，取下固定头，将第三节注浆管连接在第二节悬挂接箍上方，再将第三节悬挂接箍连接在第三节注浆管上方，将固定头连接在第三节悬挂接箍，通过绞车对第二节注浆管进行下方，如此循环至第一节注浆到达钻井底部；
S2：安装光纤挂桶：在步骤S1最上端的悬挂接箍上方安装光纤挂桶，悬挂接箍上设有四个限位柱，所述光纤挂桶的外壁设有四个滑槽，所述滑槽包括竖槽和斜槽，将光纤挂桶放入悬挂接箍内并转动光纤挂桶，使限位柱从所述斜槽滑动进入竖槽，并使限位柱卡在竖槽最上方，光纤挂桶上方内部交叉设有短杆，所述短杆用于光纤挂桶的转动和固定保护线，将光纤及其保护线下端连接重锤，牵引保护线将光纤下放至钻井底部；
S3：注浆：将注浆接头连接在最顶端的悬挂接箍上方，封闭注浆管进行注浆，注浆工作采用分节注浆，每次注浆完成后，浆液上表面高于最底层注浆管，低于最底层上端的注浆管，注浆工作中保持光纤垂直；
S4：拔出注浆管：将注浆接头从最顶端悬挂接箍取下，转动短杆使光纤挂桶转动，限位柱从竖槽滑动至斜槽，直到滑出光纤挂桶上端，用固定头连接顶端悬挂接箍和绞车，通过绞车拔出最上端的注浆管，使光纤挂桶滑落至下一节悬挂接箍，用注浆管固定器固定最顶端注浆管的下一节注浆管，然后依次卸掉固定头、上端悬挂接箍，上端注浆管，如此方法，重复步骤S3和S4，直到所有注浆管拔出。
进一步地，所述S3中每次注浆用量可根据钻孔截面和每节注浆管的高度进行推算注浆体积，再结合具体地质情况增加渗透余量，每次注浆量太多，导致后续注浆管与浆液摩擦力越大，注浆管拔出难度增加。
进一步地，所述S1中注浆管选用常用标准尺度，悬挂接箍根据所选注浆管尺寸进行加工，悬挂接箍与注浆管尺寸相配合。
进一步地，所述注浆管与悬挂接箍之间为转动接头，转动连接可减少注浆管与悬挂接箍连接处与浆液之间的摩擦力，减少注浆管拔出难度。
进一步地，所述S4中光纤挂桶转动，限位柱滑出斜槽后，需要用绞车进行牵引，保持光纤挂桶相对位置不变，然后在拔出注浆管的同时，使上端第二节悬挂接箍中的限位柱滑入竖槽，避免光纤挂桶移动中对光纤造成损伤。
进一步地，所述注浆管固定器包括底座、固定轴、夹杆、预紧螺杆，所述底座为平板状，底座中部开有孔，所述短杆竖直固定在底座左侧，所述夹杆有两个，两个夹杆的左端套在固定轴上，夹杆中部为半圆弧，所述预紧螺杆用于连接紧固两个夹杆的右端，所述底座为平板能减少对土层的压强，增加注浆固定器的稳固性。
进一步地，所述注浆管的外壁处设有凹槽，所述注浆管固定器卡在凹槽处进行对注浆管的固定，通过夹杆与凹槽的配合使用，增加夹杆固定注浆管的可靠性。
进一步地，所述光纤挂桶中两短杆相交处设有圆环，所述圆环用于保持光纤位于光纤挂桶中心，避免光纤在注浆过程中发生倾斜。
本发明的有益效果是：
本发明设计光纤悬挂装置，在传统灌浆封孔工艺的基础加以改进，保证在深孔的封孔注浆过程中布设光纤的顺利实施，以达到监测钻孔深度范围内各层岩土体变形情况的目的，在传统注浆系统的基础上，设计光纤悬挂装置，解决了在钻孔布设垂直光纤下钻孔深部注浆和拔注浆管的对孔中光纤损伤的问题。
附图说明
图1是本发明注浆示意图；
图2是本发明拔注浆管示意图；
图3是本发明光纤挂桶片平面图；
图4是本发明光纤挂桶的左视图；
图5是本发明图3中A-A的剖面图；
图6是本发明悬挂接箍的平面图；
图7是本发明图6中B-B的剖面图；
图8是本发明注浆管固定器的平面图；
图9是本发明注浆管的局部剖面图。
其中，1-注浆接头、2-光纤挂桶、3-悬挂接箍、4-注浆管、5-土层、6-基岩、7-重锤、8-注浆管固定器、9-光纤、21-滑槽、211-竖槽、212-斜槽、22-短杆、23-圆环、81-底座、82-固定轴、83-夹杆、84-预紧螺杆、41-凹槽、10-固定头。
具体实施方式
为便于对本发明技术方案的理解，下面结合图1-9做进一步的解释说明，实施例并不构成对本发明保护范围的限定。
一种在深钻孔中布设垂直光纤并注浆封孔的方法，包括以下步骤：
S1：注浆前准备：首先进行深钻孔，钻孔完毕后，将第一节注浆管4通过注浆管固定器8固定在钻孔口，如图8所示，注浆管固定器8包括底座81、固定轴82、夹杆83、预紧螺杆84，所述底座81为平板状，底座81中部开有孔，所述短杆22竖直固定在底座81左侧，所述夹杆83有两个，两个夹杆83的左端套在固定轴82上，夹杆83中部为半圆弧，所述预紧螺杆84用于连接紧固两个夹杆83的右端，所述底座为平板能减少对土层的压强，增加注浆固定器的稳固性，注浆管4的外壁处设有凹槽41，如图9所示，所述注浆管固定器8卡在凹槽41处进行对注浆管4的固定，通过夹杆与凹槽的配合使用，增加夹杆固定注浆管的可靠性，在第一节注浆管4上端连接第一节悬挂接箍3，再将第二节注浆管4连接在悬挂接箍3的上方，在第二节注浆管4上方连接第二节悬挂接箍3，在第二节悬挂接箍3上方连接固定头10，固定头10上方通过钢线与绞车相连，松开注浆管固定器8，通过绞车将第一节注浆管4下放至钻井内部，再将第二节注浆管4通过注浆管固定器8进行固定，取下固定头10，将第三节注浆管4连接在第二节悬挂接箍3上方，再将第三节悬挂接箍3连接在第三节注浆管4上方，将固定头10连接在第三节悬挂接箍3，通过绞车对第二节注浆管4进行下方，如此循环至第一节注浆到达钻井底部，注浆管4选用常用标准尺度，悬挂接箍3根据所选注浆管4尺寸进行加工，悬挂接箍与注浆管尺寸相配合，注浆管4与悬挂接箍3之间为转动接头，转动连接可减少注浆管与悬挂接箍连接处与浆液之间的摩擦力，减少注浆管拔出难度；
S2：安装光纤挂桶2：在步骤S1最上端的悬挂接箍3上方安装光纤挂桶2，如图6-7所示，悬挂接箍3上设有四个限位柱，如图4-5所示，所述光纤挂桶2的外壁设有四个滑槽21，所述滑槽21包括竖槽211和斜槽212，将光纤挂桶2放入悬挂接箍3内并转动光纤挂桶2，使限位柱从所述斜槽212滑动进入竖槽211，并使限位柱卡在竖槽211最上方，如图3所示，光纤挂桶2上方内部交叉设有短杆22，光纤挂桶2中两短杆22相交处设有圆环23，所述圆环23用于保持光纤9位于光纤挂桶2中心，避免光纤在注浆过程中发生倾斜所述短杆22用于光纤挂桶2的转动和固定保护线，将光纤9及其保护线下端连接重锤7，牵引保护线将光纤9下放至钻井底部；
S3：注浆：如图1所示，将注浆接头1连接在最顶端的悬挂接箍3上方，封闭注浆管4进行注浆，注浆工作采用分节注浆，每次注浆完成后，浆液上表面高于最底层注浆管4，低于最底层上端的注浆管4，每次注浆用量可根据钻孔截面和每节注浆管4的高度进行推算注浆体积，再结合具体地质情况增加渗透余量，每次注浆量太多，导致后续注浆管与浆液摩擦力越大，注浆管拔出难度增加，注浆工作中保持光纤9垂直；
S4：拔出注浆管：如图2所示，将注浆接头1从最顶端悬挂接箍3取下，转动短杆22使光纤挂桶2转动，限位柱从竖槽211滑动至斜槽212，直到滑出光纤挂桶2上端，光纤挂桶2转动，限位柱滑出斜槽212后，需要用绞车进行牵引，保持光纤挂桶2相对位置不变，然后在拔出注浆管4的同时，使上端第二节悬挂接箍3中的限位柱滑入竖槽211，避免光纤挂桶移动中对光纤造成损伤，用固定头10连接顶端悬挂接箍3和绞车，通过绞车拔出最上端的注浆管4，使光纤挂桶2滑落至下一节悬挂接箍3，用注浆管固定器8固定最顶端注浆管4的下一节注浆管4，然后依次卸掉固定头10、上端悬挂接箍3，上端注浆管4，如此方法，重复步骤S3和S4，直到所有注浆管4拔出。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其他形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。
Claims (8)
1.一种在深钻孔中布设垂直光纤并注浆封孔的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：注浆前准备：首先进行深钻孔，钻孔完毕后，将第一节注浆管(4)通过注浆管固定器(8)固定在钻孔口，在第一节注浆管(4)上端连接第一节悬挂接箍(3)，再将第二节注浆管(4)连接在悬挂接箍(3)的上方，在第二节注浆管(4)上方连接第二节悬挂接箍(3)，在第二节悬挂接箍(3)上方连接固定头(10)，固定头(10)上方通过钢线与绞车相连，松开注浆管固定器(8)，通过绞车将第一节注浆管(4)下放至钻井内部，再将第二节注浆管(4)通过注浆管固定器(8)进行固定，取下固定头(10)，将第三节注浆管(4)连接在第二节悬挂接箍(3)上方，再将第三节悬挂接箍(3)连接在第三节注浆管(4)上方，将固定头(10)连接在第三节悬挂接箍(3)，通过绞车对第二节注浆管(4)进行下放 ，如此循环至第一节注浆到达钻井底部；
S2：安装光纤挂桶(2)：在步骤S1最上端的悬挂接箍(3)上方安装光纤挂桶(2)，悬挂接箍(3)上设有四个限位柱，所述光纤挂桶(2)的外壁设有四个滑槽(21)，所述滑槽(21)包括竖槽(211)和斜槽(212)，将光纤挂桶(2)放入悬挂接箍(3)内并转动光纤挂桶(2)，使限位柱从所述斜槽(212)滑动进入竖槽(211)，并使限位柱卡在竖槽(211)最上方，光纤挂桶(2)上方内部交叉设有短杆(22)，所述短杆(22)用于光纤挂桶(2)的转动和固定保护线，将光纤(9)及其保护线下端连接重锤(7)，牵引保护线将光纤(9)下放至钻井底部；
S3：注浆：将注浆接头(1)连接在最顶端的悬挂接箍(3)上方，封闭注浆管(4)进行注浆，注浆工作采用分节注浆，每次注浆完成后，浆液上表面高于最底层注浆管(4)，低于最底层上端的注浆管(4)，注浆工作中保持光纤(9)垂直；
S4：拔出注浆管：将注浆接头(1)从最顶端悬挂接箍(3)取下，转动短杆(22)使光纤挂桶(2)转动，限位柱从竖槽(211)滑动至斜槽(212)，直到滑出光纤挂桶(2)上端，用固定头(10)连接顶端悬挂接箍(3)和绞车，通过绞车拔出最上端的注浆管(4)，使光纤挂桶(2)滑落至下一节悬挂接箍(3)，用注浆管固定器(8)固定最顶端注浆管(4)的下一节注浆管(4)，然后依次卸掉固定头(10)、上端悬挂接箍(3)，上端注浆管(4)，如此方法，重复步骤S3和S4，直到所有注浆管(4)拔出。
2.如权利要求1所述的一种在深钻孔中布设垂直光纤并注浆封孔的方法，其特征在于，所述S3中每次注浆用量可根据钻孔截面和每节注浆管(4)的高度进行推算注浆体积，再结合具体地质情况增加渗透余量。
3.如权利要求1所述的一种在深钻孔中布设垂直光纤并注浆封孔的方法，其特征在于，所述S1中注浆管(4)选用常用标准尺度，悬挂接箍(3)根据所选注浆管(4)尺寸进行加工。
4.如权利要求1所述的一种在深钻孔中布设垂直光纤并注浆封孔的方法，其特征在于，所述注浆管(4)与悬挂接箍(3)之间为转动接头。
5.如权利要求1所述的一种在深钻孔中布设垂直光纤并注浆封孔的方法，其特征在于，所述S4中光纤挂桶(2)转动，限位柱滑出斜槽(212)后，需要用绞车进行牵引，保持光纤挂桶(2)相对位置不变，然后在拔出注浆管(4)的同时，使上端第二节悬挂接箍(3)中的限位柱滑入竖槽(211)。
6.如权利要求1所述的一种在深钻孔中布设垂直光纤并注浆封孔的方法，其特征在于，所述注浆管固定器(8)包括底座(81)、固定轴(82)、夹杆(83)、预紧螺杆(84)，所述底座(81)为平板状，底座(81)中部开有孔，所述短杆(22)竖直固定在底座(81)左侧，所述夹杆(83)有两个，两个夹杆(83)的左端套在固定轴(82)上，夹杆(83)中部为半圆弧，所述预紧螺杆(84)用于连接紧固两个夹杆(83)的右端。
7.如权利要求1所述的一种在深钻孔中布设垂直光纤并注浆封孔的方法，其特征在于，所述注浆管(4)的外壁处设有凹槽(41)，所述注浆管固定器(8)卡在凹槽(41)处进行对注浆管(4)的固定。
8.如权利要求1所述的一种在深钻孔中布设垂直光纤并注浆封孔的方法，其特征在于，所述光纤挂桶(2)中两短杆(22)相交处设有圆环(23)，所述圆环(23)用于保持光纤(9)位于光纤挂桶(2)中心。
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