CN110644439B - 快速形成堰塞体防渗墙的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种快速形成堰塞体防渗墙的方法，包括：以堰塞体防渗墙轴线为基准，通过钻孔和清孔施工形成槽孔，然后将多个浇注导管下放在所述槽孔中；将所述多个浇注导管的每个浇注导管与相应的一个混凝土浇注设备对接；根据多个浇注导管浇注的混凝土浇筑面的平整度，分别对每个混凝土浇注设备混凝土浇筑量进行控制，使每个混凝土浇注设备对接的浇注导管浇注的混凝土浇筑面同步上升，并保持一致性或平整性。

Description

快速形成堰塞体防渗墙的方法

技术领域

本发明涉及水利水电工程领域，尤其涉及一种快速形成堰塞体防渗墙的方法。

背景技术

堰塞体为地震崩塌滑坡形成，由于堰塞湖整治迫在眉睫，因此堰塞体整治需秉承边研究、边设计、边治理的工作思路，需尽快开展堰塞体整治等除险防洪工程实施。堰塞体整治是对堰塞体、堰基及两岸岸坡进行防渗处理及部分坡面整治，堰塞体防渗处理采用防渗墙及帷幕灌浆相结合。

对于堰塞体来说，以往处理工程经验主要以拆除和疏导水流为主，但对于由特大型崩塌形成的方量巨大的堰塞体来说，拆除费用造价非常高，并且工程地址附近难以找到合适的场地堆存如此多的堆积体，因此，若能把堰塞体充分利用起来，直接利用堰塞体形成坝体，将会除害兴利，变废为宝。但是，对于防渗墙最大深度超过130m、墙体厚度超过1.0m，且孤石含量超过50％、孤石最大粒径超过15米、架空现象严重、地层未经沉积和胶结的堰塞体地质条件来说，这些不利条件给防渗墙施工造成极大困难，对现有施工技术提出了极大挑战，如何使上述堰塞体地质条件能够形成可供防渗墙施工的地质条件，纵观国内外均无施工先例。

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问题，提供一种快速形成堰塞体防渗墙的方法，可改善孤石多、粒径大、架空现象严重、地层未经沉积和胶结的堰塞体的地质条件，并且能够加快混凝土浇注速度，快速建成堰塞体防渗墙。

本发明的一种快速形成堰塞体防渗墙的方法包括：

以堰塞体防渗墙轴线为基准，通过钻孔和清孔施工形成槽孔，然后将多个浇注导管下放在所述槽孔中；

将所述多个浇注导管的每个浇注导管与相应的一个混凝土浇注设备对接；

根据多个浇注导管浇注的混凝土浇筑面的平整度，分别对每个混凝土浇注设备混凝土浇筑量进行控制，使每个混凝土浇注设备对接的浇注导管浇注的混凝土浇筑面同步上升，并保持一致性。

优选地，本发明的根据多个浇注导管浇注的混凝土浇筑面的平整度，分别对每个混凝土浇注设备混凝土浇筑量进行控制包括：

混凝土浇注控制器利用设置在地表面之上的对应于每个浇注导管的混凝土面探测器，测量每个浇注导管所浇注的混凝土面的上升高度；

混凝土浇注控制器根据每个浇注导管所浇注的混凝土面的上升高度，计算所述槽孔中混凝土面的平整度；

混凝土浇注控制器根据所计算的槽孔中混凝土面的平整度，调整相应的混凝土浇注设备的混凝土浇注量，以便使所述槽孔中混凝土面一致性地上升。

优选地，所述混凝土浇注控制器包括：

其输入端分别连接多个混凝土面探测器的混凝土面平整度计算模块，用于根据每个混凝土面探测器各自探测的混凝土面高度，得到各个浇注导管浇注区域的混凝土高度，计算每个浇注区域的混凝土高度与所有浇注区域的混凝土高度的平均值或中间值的差值；

多个控制模块，每个控制模块接收相应的一个浇注区域的混凝土高度与其平均值或中间值的差值，并根据该差值生成一个混凝土浇注量调整指令，以控制相应的混凝土浇注设备调整其混凝土浇注量或浇注速度。

优选地，每个控制模块将所接收的差值与预设阈值进行比较，若小于阈值，则不生成所述混凝土浇注量调整指令；反之，则生成所述混凝土浇注量调整指令。

优选地，所述混凝土面探测器是声波探测器。

优选地，本发明的方法还包括，在对槽孔进行混凝土浇注之前，使混凝土缓慢充满每根浇注导管的步骤，具体为：根据浇注导管中球体下滑速率控制混凝土浇注设备的混凝土浇注量，使混凝土跟随球体缓慢地下落。

优选地，本发明的根据浇注导管中球体下滑速率控制混凝土浇注设备的混凝土浇注量包括：

通过浇注导管中布置的多个球体位置传感器，检测所述球体下滑速率；

混凝土充满控制器根据预先设置的球体下滑速率与混凝土浇注量的映射关系，得到与所检测的球体下滑速率对应的混凝土浇注量；

混凝土充满控制器对所述混凝土浇注设备进行控制，使其按照所得到的混凝土浇注量浇注混凝土。

优选地，所述混凝土充满控制器包括：其输入端连接多个球体位置传感器的球体下滑速度计算模块，用于根据两个相邻球体位置传感器检测到的球体位置变化以及所用时间，计算球体在浇注导管中的下滑速率；混凝土浇注量控制模块，用于根据所计算的球体在浇注导管中的下滑速率，生成控制指令，以便控制混凝土浇注设备调整混凝土浇注量。

优选地，本发明的方法还包括在钻孔和清孔施工形成槽孔之前进行的如下步骤：

在堰塞体的防渗墙轴线上进行预爆处理，将体量大的孤石破碎成小块石；

在完成预爆处理后，在堰塞体防渗墙轴线的上游和下游进行预灌浆处理，将堰塞体防渗墙轴线上游和下游的渗漏通道封堵住。

优选地，在堰塞体的防渗墙轴线上进行预爆处理包括：在堰塞体的防渗墙轴线上，间隔钻设一排爆破孔；爆破孔钻设完成后，对爆破孔内遇到的孤石进行爆破处理，以便孤石被破碎成块石。

优选地，在堰塞体防渗墙轴线的上游和下游进行预灌浆处理包括：孤石被破碎成块石后，在堰塞体防渗墙轴线的上游和下游，分别间隔钻设深度大于70米的一排上游灌浆孔和一排下游灌浆孔；上游灌浆孔和下游灌浆孔钻设完成后，采用拔管灌浆法或花管灌浆法对深度超过70米的灌浆孔进行灌浆处理，将堰塞体防渗墙轴线上游和下游的渗漏通道封堵住，以便在地层完整、稳定的条件下进行堰塞体防渗墙的成槽施工。

优选地，钻设灌浆孔采用风动潜孔钻跟管钻进的方法，或者地质钻机泥浆护壁回转钻进的方法。

优选地，采用拔管灌浆法对深度超过70米的灌浆孔进行灌浆处理包括：

在灌浆孔钻设至预设深度时，取出套管内偏心钻；

偏心钻取出后，提升套管，以形成其长度与套管提升深度相对应的灌浆段；

采用自流灌注的方法，向灌浆段灌注至少包括水泥粘土浆的灌浆液；

在灌浆段的底部达到结束标准后，提升套管以继续灌浆，直至整个灌浆孔灌注完毕。

优选地，采用花管灌浆法对深度超过70米的灌浆孔进行灌浆处理包括：

在灌浆孔钻设至预设深度时，取出套管内偏心钻；

偏心钻取出后，在套管内下设带有出浆孔的花管；

花管下设完华后，将套管起出，采用水压塞向花管内灌注包括水泥粘土浆的灌浆液；

灌注灌浆液时，灌浆液通过花管的出浆孔流向灌浆孔及其附近的松散地层，实现对灌浆孔自下而上的逐段灌浆。

优选地，采用包括水泥粘土浆的灌浆液灌注包括根据灌浆孔内灌浆液的灌注量，随时调整灌浆液中水泥粘土浆的水固比的步骤。

优选地，根据灌浆孔内灌浆液的灌注量，随时调整灌浆液中水泥粘土浆的水固比包括：

当灌浆孔内灌浆液的灌注量小于300kg/m时，采用仅包括水泥粘土浆的灌浆液进行灌注；

当灌浆孔内灌浆液的灌注量大于300kg/m、小于2000kg/m时，采用包括水泥粘土浆和水玻璃的灌浆液进行灌注。

优选地，对爆破孔内遇到的孤石进行爆破处理包括：

在钻设爆破孔的过程中，获取钻孔时遇到的孤石的位置及尺寸信息；

根据获取的孤石的位置及尺寸信息，对孤石进行爆破处理。

优选地，根据获取的孤石的位置及尺寸信息，对孤石进行爆破处理包括：

根据每个爆破孔内多个孤石的位置及尺寸信息，计算出多个孤石中心在该爆破孔内的深度，并标注出与深度相对应的孤石尺寸；

根据孤石尺寸，在爆破孔对应深度处安置炸药，以便通过炸药对孤石进行爆破处理。

优选地，根据孤石尺寸，在爆破孔对应深度处安置炸药，以便通过炸药对孤石进行爆破处理包括：

根据同一爆破孔内多个孤石的尺寸，确定破碎每个孤石所需的炸药量；

根据破碎每个孤石所需的炸药量，对破碎多个孤石所需的炸药进行绑扎；

将绑扎后的多个炸药下设至相应孤石位置处，并进行爆破处理。

优选地，根据破碎每个孤石所需的炸药量，对破碎多个孤石所需的炸药进行绑扎包括：

根据破碎每个孤石所需的炸药量，确定每个孤石所需炸药的节数；

根据每个孤石所需炸药的节数，按照每四节用透明胶带捆扎的方法，捆扎炸药的一端；

使用尼龙绳绑扎炸药，以尼龙绳底部作为爆破孔底第一个孤石中心绑扎炸药；

根据孤石尺寸将炸药绑扎位置向中心两端扩散；

确定炸药的绑扎位置后，在捆扎好的炸药中安放雷管，将雷管线在尼龙绳上缠绕固定，并且用透明胶带将炸药二次固定；

以绑扎第一个孤石中心位置为基准，量取出同一爆破孔内上一个孤石中心位置并进行绑扎，依此类推，直到量取到爆破孔的孔口位置处并标注。

优选地，将绑扎后的多个炸药下设至相应孤石位置处，并进行爆破处理包括：

在完成同一爆破孔内与所有孤石相匹配的炸药绑扎后，利用悬吊线将炸药从安放在爆破孔的套管内依次下设，并在标注的孔口位置进行孔口固定；

炸药下设完成后，将爆破孔内各雷管的导爆线连接，并经由套管引出至引爆器，以便进行爆破处理。

优选地，在堰塞体防渗墙的轴线上，间隔钻设一排爆破孔包括：

采用风动潜孔钻跟管钻进或者地质钻机泥浆护壁回转钻进的方法，在堰塞体防渗墙的轴线上钻设一排爆破孔；

优选地，在钻设爆破孔的过程中，遇到断层或裂隙发育或岩脉穿插的地层时，应随时根据地层调整钻孔轨迹、钻进技术参数和钻进方法，以防止钻孔发生弯曲。

优选地，在钻设爆破孔的过程中，如遇到卵石时，要放慢钻进速度，反复钻进、修整孔壁，以确保跟管顺利穿越卵石，避免卡管，导致套管断裂。

与现有技术相比，本发明的有益效果体现在以下方面：

1、本发明的方法，可将防渗墙最大深度超过130m、墙体厚度超过1.0m、孤石含量超过50％、孤石最大粒径超过15米、架空现象严重、地层未经沉积和胶结的堰塞体地质条件改造成地层均一、完整、稳定的地层，利于在该地层上进行后续防渗墙施工，极大降低防渗墙成槽施工出现严重漏浆导致的塌槽风险以及遇到大孤石使成槽效率低下的情况，使施工质量好，施工效率高，可使堰塞湖尽快除害兴利、变废为宝，另外，本发明的方法，打破了国内外在上述恶劣地质条件下的施工先例，可为其他堰塞湖整治提供新的思路和方案。

2、本发明的方法，能够利用多个混凝土浇注设备同步浇注混凝土，在槽孔中快速形成防渗墙。

3、本发明的方法，能够避免混凝土快速坠落导致的混凝土离析现象。

4、本发明的方法，在防渗墙施工前，对沿防渗墙槽孔轴线范围内孤石进行爆破处理，可以将孤石破碎成块石，将原孤石含量高、架空现象严重的地层改善成无大块孤石、均一的地层，有效防止后续防渗墙成槽造孔时孔斜超标情况的发生，保证防渗墙施工的进度与质量。

5、本发明的方法，在防渗墙施工前，对防渗墙槽孔轴线两侧进行灌浆处理，将大的渗漏通道进行堵塞，对松散地层进行初步填充，可以极大减少防渗墙施工时的漏浆情况，同时提高松散地层的完整性、稳定性，以保证防渗墙施工的安全和顺利实施。

以下，结合各附图对本发明实施例进行描述。

附图说明

图1是本发明中爆破孔与上、下游灌浆孔的位置示意图；

图2是本发明爆破孔钻进与爆破过程的示意图；

图3是本发明灌浆孔灌浆工艺流程图；

图4是本发明采用拔管法对灌浆孔灌浆的示意图；

图5是本发明花管的示意图；

图6是本发明灌浆时采用灌浆液的配比图；

图7是本发明的快速防渗墙施工的示意图；

图8是本发明的用于在快速防渗墙施工中控制每个混凝土浇注设备的浇注量或浇注速度的控制原理图；

图9是显示了本发明的每个浇注导管结构的示意图；

图10是本发明控制混凝土缓慢充满每个浇注导管的控制原理图。

具体实施方式

堰塞体整治工程防渗体系是堰塞湖整治工程水库的核心，防渗体系由堰塞体防渗墙、左岸古滑坡体帷幕灌浆和右岸基岩帷幕灌浆组成。对于防渗墙深度超过100m且最大深度甚至超过130m，墙体厚度超过1.0m，孤石含量超过50％，孤石最大粒径超过15米，架空现象严重，地层未经沉积和胶结的地质条件极其复杂的堰塞体来说，为确保防渗墙成槽施工成功，本发明在防渗墙成槽施工前对上述地层进行预处理，提前改善堰塞体地质条件，防止防渗墙成槽施工时出现漏浆以及遇到大孤石的情况。

本发明的一种快速形成堰塞体防渗墙的方法包括：

以堰塞体防渗墙轴线为基准，通过钻孔和清孔施工形成槽孔(属于现有技术，故省略详细说明)，然后将多个浇注导管下放在所述槽孔中，如图7所述，将浇注导管1、浇注导管2和浇注导管3放置到槽孔中，上述的各浇注导管即为图7中所述的混凝土浇注管；

将所述多个浇注导管的每个浇注导管与相应的一个混凝土浇注设备对接，比如将混凝土浇注设备1与浇注导管1对接，将混凝土浇注设备2与浇注导管2对接，将混凝土浇注设备3与浇注导管3对接；

根据多个浇注导管浇注的混凝土浇筑面的平整度，分别对每个混凝土浇注设备混凝土浇筑量或浇注速度进行控制，使每个混凝土浇注设备对接的浇注导管浇注的混凝土浇筑面同步上升，并保持一致性或平整性。

本发明的根据多个浇注导管浇注的混凝土浇筑面的平整度，分别对每个混凝土浇注设备混凝土浇筑量进行控制包括：

混凝土浇注控制器利用设置在地表面之上的对应于每个浇注导管的混凝土面探测器，测量每个浇注导管所浇注的混凝土面的上升高度，如图8所示，利用混凝土面探测器1测量浇注导管1浇注区域的混凝土面，利用混凝土面探测器2测量浇注导管2浇注区域的混凝土面；利用混凝土面探测器3测量浇注导管3浇注区域的混凝土面；混凝土浇注控制器根据每个浇注导管所浇注的混凝土面的上升高度，计算所述槽孔中混凝土面的平整度；混凝土浇注控制器根据所计算的槽孔中混凝土面的平整度，调整相应的混凝土浇注设备的混凝土浇注量，以便使所述槽孔中混凝土面一致性地上升。

如图8所示，所述混凝土浇注控制器包括：其输入端分别连接多个混凝土面探测器的混凝土面平整度计算模块，用于根据每个混凝土面探测器各自探测的混凝土面高度，得到各个浇注导管浇注区域的混凝土高度，计算每个浇注区域的混凝土高度与其平均值或中间值的差值，也就是说，取所有浇注区域的混凝土高度的平均值，或者取所有浇注区域的混凝土高度值的中间值；

多个控制模块，每个控制模块接收相应的一个浇注区域的混凝土高度与其平均值或中间值的差值，并根据该差值生成一个混凝土浇注量调整指令，以控制相应的混凝土浇注设备调整其混凝土浇注量或浇注速度，从而使槽孔中形成的混凝土面一致性的升高。

此外，每个控制模块可以将所接收的差值与预设阈值进行比较，若小于阈值，则不生成所述混凝土浇注量调整指令；反之，则生成所述混凝土浇注量调整指令，这样可以在保证一致性的情况下，减少调整的频度。

本发明的混凝土面探测器可以是声波探测器。

此外，本发明还包括在对槽孔进行混凝土浇注之前，使混凝土缓慢充满每根浇注导管的步骤，具体为：根据浇注导管中球体下滑速率控制混凝土浇注设备的混凝土浇注量，使混凝土跟随球体缓慢地下落。实施该技术措施的目的是，防止浇注的混凝土在100m的浇注导管中垂直坠落，避免混凝土离析，因为混凝土离析后将会降低所形成的堰塞体防渗墙的强度。

参见图9，本发明的根据浇注导管中的球体下滑速率控制混凝土浇注设备(属于现有技术，故省略对其说明)的混凝土浇注量包括：通过浇注导管中布置的多个球体位置传感器，检测所述球体下滑速率；混凝土充满控制器根据预先设置的球体下滑速率与混凝土浇注量的映射关系(该映射关系可根据试验获得)，得到与所检测的球体下滑速率对应的混凝土浇注量；混凝土充满控制器对所述混凝土浇注设备进行控制(比如控制混凝土浇注设备泵入的混凝土量)，使其按照所得到的混凝土浇注量浇注混凝土。

参见图10，本发明的混凝土充满控制器包括：其输入端连接多个球体位置传感器的球体下滑速度计算模块，用于根据两个相邻球体位置传感器检测到的球体位置变化(即两个相邻位置传感器的预设距离)以及所用时间，计算球体在浇注导管中的下滑速率；混凝土浇注量控制模块，用于根据所计算的球体在浇注导管中的下滑速率，生成控制指令，以便控制混凝土浇注设备调整混凝土浇注量。

需要指出的是，本发明图8所示的混凝土浇注控制器和图10所示的混凝土充满控制器可以合二为一，电气工程师能够容易完成项工作，不需要进行创造性工作。

参见图9，本发明的浇注导管包括多个管体段和设置在每个管体段内的弹性内层；每个弹性内层至少设置一个球体位置传感器，从而在浇注导管按照预定距离布置多个位置传感器，多个位置传感器可以采用接触传感器、压力传感器等，通过与球体接触确定球体到达的位置。在实际操作时，控制器可以赋予每个球体位置传感器不同的ID，以便根据球体位置传感器的ID确定球体在浇注导管中的位置。本发明的弹性内层可以由任何一种具有弹性的耐摩擦材料，如耐摩擦橡胶制作。

参见图9，每个管体段内的弹性内层具有向管心凸出的用于增加球体摩擦力的圆弧面。并且，多个管体段的弹性内层的圆弧面的凸出高度按照从上到下的顺序逐渐增加，以便逐渐增加下层的管体段的弹性内层与球体的摩擦力，因为在浇注混凝土期间，球体距离槽孔底层越近，所承载的重力就越大，因此逐渐增加球体与弹性内层的摩擦力，可以使球体在浇注混凝土期间匀速下滑。

当球体从浇注导管中滑出时，浇注导管中已经充满混凝土，从而可以平稳地在槽孔中浇注混凝土。

本发明的方法还包括在钻孔和清孔施工形成槽孔之前进行的如下步骤：在堰塞体的防渗墙轴线上进行预爆处理，将体量大的孤石破碎成小块石；在完成预爆处理后，在堰塞体防渗墙轴线的上游和下游进行预灌浆处理，将堰塞体防渗墙轴线上游和下游的渗漏通道封堵住。

本发明的在堰塞体的防渗墙轴线上进行预爆处理包括：在堰塞体的防渗墙轴线上，间隔钻设一排爆破孔；爆破孔钻设完成后，对爆破孔内遇到的孤石进行爆破处理，以便孤石被破碎成块石；本发明的在堰塞体防渗墙轴线的上游和下游进行预灌浆处理包括：孤石被破碎成块石后，在堰塞体防渗墙轴线的上游和下游，分别间隔钻设深度大于70米的一排上游灌浆孔和一排下游灌浆孔；上游灌浆孔和下游灌浆孔钻设完成后，采用拔管灌浆法或花管灌浆法对深度超过70米的灌浆孔进行灌浆处理，将堰塞体防渗墙轴线上游和下游的渗漏通道封堵住，以便在地层完整、稳定的条件下进行堰塞体防渗墙的成槽施工。

具体的，本发明的预处理方法包括如下步骤：

S01、将孤石含量超过50％的地层改造成无孤石的均一地层

对于孤石含量超过50％且防渗墙深度超过100米的堰塞体，本发明采用爆破处理的方法对大量孤石进行破碎处理：首先，钻设用于安置炸药的爆破孔，然后，通过炸药破碎爆破孔内的孤石。

S11、钻设爆破孔

本发明在堰塞体防渗墙轴线上以等间距钻设一排爆破孔(如图1所示，图中带有YB标记的即为爆破孔)，相邻爆破孔之间的间距可为1.2-1.6m，本实施例优选为1.5m。

钻设时，根据现场施工地质情况，以及现场设备允许的情况下，钻设到最大深度，以尽可能的保证防渗墙的造孔质量及槽孔安全。

钻设爆破孔时，钻进方法主要采用风动潜孔钻跟管钻进的方法，也可采用地质钻机泥浆护壁回转钻进的方法，这两种方法的钻进原理均可参考现有技术方法，在此不对其详细描述。

其中，采用风动潜孔钻跟管钻进的方法时，所用的偏心跟管钻头应与所用套管相适应(如图2中a所示)，套管可以采用Φ114mm或Φ146mm的优质地质钢管。所用的空压机应与潜孔锤的工作风压相适应，一般应采用中、高风压的空压机(图中未示出)。

所有钻设的爆破孔均为垂直孔，钻机对准孔位后，应调正钻机桅杆或立轴，使钻杆和套管保持在铅垂直方向上。钻进过程中，应随时检查套管或钻杆的垂直度，发现问题及时更正。爆破孔应特别注意控制钻孔偏斜，尤其是上部20m的孔斜，爆破孔偏斜率要求不大于1％。

所有钻孔钻进时均应按照严格执行操作要求，避免孔内事故，确保钻孔成孔率，不得将套管、钻具等金属物遗弃在孔内。

钻设爆破孔时的工艺流程如下：对孔位→调正钻机→开孔→跟管钻进→压缩空气冲孔→加钻杆、跟管→中间测斜检查→下一循环→终孔→验孔。

在钻设爆破孔时，需要严格控制孔斜，否则在防渗墙外爆破起不到效果。为防止钻孔孔斜，保证钻孔的垂直度，本发明采取如下孔斜保证措施：

(1)地基坚实、平稳，基台牢固、周正，钻机安装周正、水平、稳固，立轴方向和倾角符合设计要求。

(2)在断层、裂隙发育、岩脉穿插的地层，钻孔容易发生弯曲，钻进时应调整钻速，不宜过快。

(3)根据钻孔情况，现场施工技术人员应及时跟进孔斜测量，了解钻孔轨迹；

(4)根据地层特点，合理确定钻进技术参数，选择钻进方法。

(5)为保证钻孔垂直度，开孔阶段选用偏心锤缓慢钻进，跟管钻进阶段，可使用STL-1GW型(防磁无线有储式数字陀螺测斜仪)高精度测斜仪进行孔斜测量控制，由专职人员进行测斜，由于此测斜仪精度高，故能准确掌握钻孔的实际轨迹，减少人为因素和仪器自身误差的影响。孔底偏斜率应不大于1％。跟管钻进时应严格控制20m以内孔斜，0～20m孔深范围内，每5m测一次，如发现钻孔偏斜超过规定时，应及时纠偏。

此外，在钻进过程应随时注意地层变化，遇卵石钻进时，应放慢钻进速度，反复钻进、修整孔壁，确保跟管顺利穿越卵石，避免卡管，导致套管断裂。同时对跟管丝扣应加强检查，损坏的要及时更换，重新加工，以避免孔内丝扣断裂，发生孔内事故。

由于钻孔设备属于大型设备，在设备使用中需加强维修保养，本发明要求每30天施工机组暂停施工，对设备进行强制检查保养，以使设备始终保持良好的状态，并建立健全大型设备的维修、保养记录，如有条件，可以对每台大型设备建立维修，保养电子台帐以便于以后施工时有针对性进行设备检查。

需要说明的是，由于爆破孔对孔斜要求极高，如果钻孔孔斜偏出防渗墙范围，预爆破将变得没有意义，而目前潜孔钻机施工到70m基本能保证钻孔不偏出防渗墙，而超过70m则很难保证孔斜不偏出防渗墙，因此爆破孔施工可以最深施工至70m左右，70m以下部分的孤石可以在后续防渗墙施工过程中进行孔内爆破处理。

S12、对爆破孔内的孤石进行破碎处理

其中，采用全液压钻机配置高频冲击器进行跟管钻进钻设爆破孔时，一次钻进到底，并且，在钻孔过程中，要密切观察出渣及钻进情况，根据潜孔钻钻进过程中钻进难度及孔内返风情况详细记录爆破孔内孤石个数、孤石所处位置和孤石尺寸，并在完成钻孔后将整孔孤石位置进行整理标注。然后，以整个爆破孔为基准，计算出每个孤石中心在该爆破孔内的深度，并标注与深度相对应的孤石尺寸。最后，对爆破孔内的各孤石进行破碎处理。

在爆破孔钻设完成并确定出相应孤石的位置与大小信息后、对孤石正式爆破施工前，本发明还需进行现场模拟全孔爆破试验，以确定爆破时药量控制参数。

试验时，本发明根据该地层内的直径大致相当且含量最多的孤石适当确定试验用孤石直径，并可根据实际情况确定试验的次数。

其中，本发明通过三次现场模拟全孔爆破试验，试验数据分别如下：

第一次试验：钻孔深度为3m，最大孤石直径为1.0m，总装药量为5.4Kg，平均装药量为1.8Kg/m；

第二次试验：钻孔深度为5m，最大孤石直径为2.0m，总装药量为12.5Kg，平均装药量为2.5Kg/m；

第三次试验：钻孔深度为10m，最大孤石直径为3.0m，总装药量为33Kg，平均装药量为3.3Kg/m。

在每次现场爆破结束后，立即进行开挖，直观检查爆破效果，发现前两次爆破后，孤石虽破碎成块石及部分粉末，但仍然存在大块块石，而第三次爆破后，孤石破碎成大小比较均一的块石(块石直径在5cm-50cm之间，且直径均一化较好，即直径差不多的块石多)，因此，结合具体地质情况及现场模拟试验结果，最终确定本发明可采用装药量控制在2～3kg/m之间，优选的，本实施例选用装药量为3kg/m。

通过上述试验方法确定出破碎含量较多孤石所需的装药量之后，将各炸药按照每四节(共计1.2kg)用透明胶带捆扎(只捆扎固定一端)，然后，使用伸缩性较差的绑带如尼龙绳绑扎炸药，以绳索底部作为孔底第一个孤石中心绑扎炸药，根据第一个孤石尺寸将相应炸药绑扎位置向中心两端扩散。确定好绑扎位置后在捆扎好的炸药中安放雷管，将雷管线在尼龙绳上缠绕固定，并且用透明胶带将炸药二次固定。从以绑扎第一个孤石中心位置量取出同一爆破孔内上一个孤石中心位置并进行绑扎，依次类推，按照原来获取的各孤石位置、尺寸信息及相应炸药量，绑扎相应炸药，直到量取到爆破孔的孔口位置处，做好标注。

在完成整个爆破孔内所有炸药的绑扎后，通过悬吊线依次从提前安放的PVC管内下设炸药，并在标注的孔口位置对悬吊线进行孔口绑扎固定，下设完成后，将爆破孔的导爆线连接引出至引爆器，待安全警戒完毕后进行爆破施工。

需要说明的是，对于个别的最大粒径超过10米的孤石，需适当加大装药量，另外，可在进行防渗墙成槽时采用单独装药爆破的方法进行破碎。当然，若遇直径小于1米的孤石，也可适当减少装药量。

所有爆破孔内孤石的处理都可按上述方法进行，在此不再赘述。

本发明在防渗墙施工前，沿防渗墙槽孔轴线钻设一排爆破孔，并对爆破孔内的所有孤石进行爆破处理，使孤石被破碎成小块块石，从而将原来的孤石含量高的地层改善成孤石含量低甚至无孤石、只有均一的小块块石的地层，有效防止大孤石使后续防渗墙成槽造孔时孔斜超标、成槽效率低下情况的发生，保证防渗墙施工的进度与质量。

S02、将松散、有架空现象的地层改造成稳定、完整的地层

本发明采用爆破处理的方法对孤石进行破碎处理后，使地层不再存在大量孤石的情况，但由于原地层较松散，爆破处理后的地层将会更加松散，因此，为了提高松散地层的完整性、稳定性，本发明还采用了如图3所示的钻设灌浆孔并通过灌浆孔对松散地层灌浆的方法来平整地层。

S21、钻设灌浆孔

在孤石被破碎成均一块石后，在堰塞体防渗墙轴线的上游和下游，即在堰塞体防渗墙轴线的两侧，分别间隔钻设深度大于70米的一排上游灌浆孔(如图1中标记为YGS的各孔)和一排下游灌浆孔(如图1中标记为YGX的各孔)。灌浆孔距防渗墙轴线0.9m，上、下游灌浆孔之间的排距为1.8m、孔距为2.0m。其中，排距是指沿水流方向的间距，孔距是指与水流方向垂直方向的间距。

钻设时，根据现场施工地质情况，以及现场设备允许的情况下，钻设到最大深度(至少超过70米)，以尽可能的保证防渗墙的造孔质量及槽孔安全。而灌浆孔的钻设方法可以采用爆破孔的上述风动潜孔钻跟管钻进的方法，也可采用地质钻机泥浆护壁回转钻进的方法，在此不再赘述。

需要说明的是，在钻设灌浆孔的过程中，应使上游灌浆孔和下游灌浆孔呈三角形布置，即，如图1所示，从爆破孔与灌浆孔的孔位布置图来看，一个下游灌浆孔位于两个上游灌浆孔之间，一个上游灌浆孔位于两个下游灌浆孔之间。上游灌浆孔和下游灌浆孔呈三角形布置，在灌浆时，可以使灌浆液充分流入防渗墙两侧的松散地层内。

S22、向灌浆孔内灌浆

在上游灌浆孔和下游灌浆孔钻设完成后，采用拔管灌浆法对上、下游灌浆孔进行灌浆处理。

其中，采用拔管灌浆法对各灌浆孔进行灌浆处理的过程可如图4(a-e)所示，包括如下步骤；

在灌浆孔钻设至预设深度时(如图4中的a所示)，取出套管内偏心钻(如图4中的b所示)；

偏心钻取出后，提升套管，以形成其长度与套管提升深度相对应的灌浆段(如图4中的c所示，提升1米高度以作为灌浆段长)；

采用自流灌注的方法，向灌浆段灌注至少包括水泥粘土浆的灌浆液(如图4中的d所示)；

在灌浆段的底部达到结束标准后，提升套管(如图4中的e所示，提升1米高度以作为灌浆段长)，并按上述方式继续灌浆，直至整个灌浆孔灌注完毕。

或者，在上游灌浆孔和下游灌浆孔钻设完成后，还可采用花管灌浆法对对上、下游灌浆孔进行灌浆处理，其包括如下步骤：

在灌浆孔钻设至预设深度时，取出套管内偏心钻；

偏心钻取出后，在套管内下设带有出浆孔的花管；

花管下设完华后，将套管起出，采用水压塞向花管内灌注包括水泥粘土浆的灌浆液；

灌注灌浆液时，灌浆液通过花管的出浆孔流向灌浆孔及其附近的松散地层，实现对灌浆孔自下而上的逐段灌浆。

采用花管灌浆时，花管结构图如图5所示，采用PVC花管，花管直径为Φ89mm，花管外壁上每0.5m钻一圈出浆孔，每圈出浆孔包括3个出浆孔(即沿花管周向相隔120度)，出浆孔的孔径可为1.5cm，且出浆孔处采用胶带封闭。每节花管的长度可为3.0～6.0m，相邻花管之间进行连接，连接可采用现有技术连接方式，根据施工情况进行调整，但要确保下设花管时不会松脱。花管下设完毕后，将套管使用拔管机起出，PVC花管留在钻设出来的灌浆孔内，以采用水压塞自下而上逐段灌浆。

不论采用何种灌浆方法，在灌浆时，可采用多个灌浆孔同时灌浆的方法，也可采用单个灌浆孔灌浆的方法。

其中，本发明采用的至少包括水泥粘土浆的灌浆液，为水泥粘土浆，水固比为0.7:1、0.4:1两级，必要时在水固比0.4:1级浆液中掺加5％或10％的水玻璃进行灌注，以加大浆液稠度、加快浆液凝结时间、控制浆液凝结时间、控制浆液扩散范围，使灌浆具有可控性，不仅可节约灌浆材料，且能够对渗漏通道进行有效封堵。

浆液制备采用ZJ-400型搅拌机，具体制浆按如下程序执行：制浆程序：先加水，后加水泥，搅拌后加泥浆，继续搅拌2min；水泥粘土浆在具备条件时可先膨化4～6小时后使用，不具备条件也可直接使用；水泥粘土浆制出后应过筛除去大颗粒后入泥浆池，池内安设花管，用泵输浆或用高压风搅动池内泥浆，使之不沉淀，呈均匀状态。

在灌浆时，要根据灌浆孔内灌浆液的灌注量及可灌性系数Q/P(Q为灌注流量，P为灌注压力)，随时调整灌浆液中水泥粘土浆的水固比：

当灌浆孔内灌浆液的灌注量小于200kg/m时，灌浆液采用水固比为0.7:1的水泥粘土浆，其包括：水泥、粘土、水，且水泥、粘土、水的重量份比为1：1：1.4；

当采用水固比0.7:1的水泥粘土浆灌浆且可灌性系数Q/P基本不变时，加大灌浆液的灌注量，使灌浆液的灌注量大于或等于200kg/m、小于300kg/m，且此时灌浆液采用水固比为0.4:1的水泥粘土浆，其包括：水泥、粘土、水，且水泥、粘土、水的重量份比为1：1：0.8；

当采用水固比0.4:1的水泥粘土浆灌浆且可灌性系数Q/P基本不变时，加大灌浆液的灌注量，使灌浆液的灌注量大于或等于300kg/m、小于1000kg/m，且此时灌浆液采用在水固比为0.4:1的水泥粘土浆中掺加5％的水玻璃，水泥粘土浆包括：水泥、粘土、水，且水泥、粘土、水的重量份比为1：1：0.8，而水泥粘土浆与水玻璃的重量份比为1：0.05；

当采用水固比0.4:1的水泥粘土浆且掺加5％水玻璃的灌浆液进行灌浆且可灌性系数Q/P基本不变时，加大灌浆液的灌注量，使灌浆液的灌注量大于或等于1000kg/m、小于2000kg/m，且此时灌浆液采用在水固比为0.4:1的水泥粘土浆中掺加10％的水玻璃，水泥粘土浆包括：水泥、粘土、水，且水泥、粘土、水的重量份比为1：1：0.8，而水泥粘土浆与水玻璃的重量份比为1：0.1；

当灌浆孔内灌浆液的灌注量大于或等于2000kg/m时，可结束本段灌浆；或者，当灌浆压力达到0.5Mpa以上、而灌浆注入率仍然较低时(小于10L/min)，可以结束本段灌浆。

此外，在灌注浆液时，还要根据灌浆孔内的吃浆量情况，随时调整灌浆压力，一般情况下，灌浆压力采用0.2～0.5Mpa，当吃浆量大时，采用小压力，当吃浆量小时，采用较高的压力。

需要说明的是，经过对地质资料及勘探孔分析，发现对于孤石含量更多、粒径更大，地层架空情况更严重的地层来说，必须按照上述结束标准进行灌浆，并且，对靠近基岩的各灌浆孔，要将上游一排灌浆孔中的相邻孔距加密，如由原来孔距2m加密至孔距为1m～1.5m，同时对灌注单耗进行调整，一般单耗为1500～2000Kg/m。

此外，在实际施工过程中，还可根据地层的实际情况对灌浆及结束标准等进行调整：

如对于靠近古滑坡体的灌浆孔来说，当孔内浆液灌注量小于200kg/m时，可采用水固比为0.7:1的水泥粘土浆灌浆，当灌注量大于或等于200kg/m时，可以采用更浓的浆液如水固比0.4:1的水泥粘土浆进行灌注，当灌注量大于或等于300kg/m，即可结束本段灌浆。

通过提前对防渗墙成槽施工前的地层进行灌浆处理，可将堰塞体防渗墙轴线上游和下游的渗漏通道进行封堵，从而在地层完整、稳定的条件下进行堰塞体防渗墙的成槽施工。

当然，在具体施工时，根据工作面的影响，上述灌浆过程和爆破过程还可以穿插施工。

一旦堰塞体防渗墙施工中出现严重漏浆、塌孔，有可能要对槽段进行回填处理，不但延误工期，经济损失也巨大，但采用本发明的方法，提前对成槽施工前的地层进行爆破处理(即预爆)，可将地层中大的孤石完全爆破，形成小的块石，而提前对地层进行灌浆处理(即预灌)，可将渗漏通道进行提前封堵，地层胶结性也得到很好改善，槽孔周边破损松散堆积体的稳定性得到极大提高，极大减少后续防渗墙成槽施工中漏浆、塌孔情况的发生，既缩短了工期，使防渗墙成槽施工的进度与质量得到确切保证，也节约了处理事故的直接经济成本，经济效益明显。

尽管上述对本发明做了详细说明，但本发明不限于此，本技术领域的技术人员可以根据本发明的原理进行修改，因此，凡按照本发明的原理进行的各种修改都应当理解为落入本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种快速形成堰塞体防渗墙的方法，其特征在于，包括：

以堰塞体防渗墙轴线为基准，通过钻孔和清孔施工形成槽孔，然后将多个浇注导管下放在所述槽孔中；

将所述多个浇注导管的每个浇注导管与相应的一个混凝土浇注设备对接浇注后，混凝土浇注控制器利用设置在地表面之上的对应于每个浇注导管的混凝土面探测器，测量每个浇注导管所浇注的混凝土面的上升高度；

混凝土浇注控制器根据每个浇注导管所浇注的混凝土面的上升高度，计算所述槽孔中混凝土面的平整度；

混凝土浇注控制器根据所计算的槽孔中混凝土面的平整度，调整相应的混凝土浇注设备的混凝土浇注量，以便使所述槽孔中混凝土面一致性地上升；

其中，所述混凝土浇注控制器包括：

其输入端分别连接多个混凝土面探测器的混凝土面平整度计算模块，用于根据每个混凝土面探测器各自探测的混凝土面高度，得到各个浇注导管浇注区域的混凝土高度，计算每个浇注区域的混凝土高度与所有浇注区域的混凝土高度的平均值或中间值的差值；

多个控制模块，每个控制模块接收相应的一个浇注区域的混凝土高度与所述平均值或中间值的差值，并根据该差值生成一个混凝土浇注量调整指令，以控制相应的混凝土浇注设备调整其混凝土浇注量或浇注速度。

2.根据权利要求1所述的快速形成堰塞体防渗墙的方法，其特征在于，每个控制模块将所接收的差值与预设阈值进行比较，若小于阈值，则不生成所述混凝土浇注量调整指令；反之，则生成所述混凝土浇注量调整指令。

3.根据权利要求2所述的快速形成堰塞体防渗墙的方法，其特征在于，所述混凝土面探测器是声波探测器。

4.根据上述权利要求1-3任一项所述的快速形成堰塞体防渗墙的方法，其特征在于，还包括，在对槽孔进行混凝土浇注之前，使混凝土缓慢充满每根浇注导管的步骤，其包括：

根据浇注导管中球体下滑速率控制混凝土浇注设备的混凝土浇注量，使混凝土跟随球体缓慢地下落。

5.根据上述权利要求4所述的快速形成堰塞体防渗墙的方法，其特征在于，根据浇注导管中球体下滑速率控制混凝土浇注设备的混凝土浇注量包括：

通过浇注导管中布置的多个球体位置传感器，检测所述球体下滑速率；

混凝土充满控制器根据预先设置的球体下滑速率与混凝土浇注量的映射关系，得到与所检测的球体下滑速率对应的混凝土浇注量；

混凝土充满控制器对所述混凝土浇注设备进行控制，使其按照所得到的混凝土浇注量浇注混凝土。

6.根据权利要求5所述的快速形成堰塞体防渗墙的方法，其特征在于，所述混凝土充满控制器包括：

其输入端连接多个球体位置传感器的球体下滑速度计算模块，用于根据两个相邻球体位置传感器检测到的球体位置变化以及所用时间，计算球体在浇注导管中的下滑速率；

混凝土浇注量控制模块，用于根据所计算的球体在浇注导管中的下滑速率，生成控制指令，以便控制混凝土浇注设备调整混凝土浇注量。

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