CN110644492B - 陡倾角宽大裂隙地层综合灌浆施工方法 - Google Patents

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Abstract

一种陡倾角宽大裂隙地层综合灌浆施工方法，该方法包括以下步骤：步骤1：平整施工场地；步骤2：根测量放样钻孔孔位；步骤3：钻孔；步骤4：钻孔完成后，观察孔内基岩裂隙发育情况，并结合钻孔过程中孔口返水情况，判断是否进行基岩冲洗及压水试验；步骤5：进行综合灌浆：根据钻孔过程中孔口返水情况、孔内成像仪观察的岩石裂隙发育情况以及压水试验得到的透水率综合分析后，定性灌浆段岩石破碎程度，选取合适的灌浆材料进行灌浆处理；灌浆材料采用纯水泥浆液、水泥膏浆及砂浆中的一种或多种。本发明提供的陡倾角宽大裂隙地层综合灌浆施工方法，可以解决陡倾角宽大裂隙地层中灌浆的施工难题，保证在陡倾角宽大裂隙地层中灌浆质量。

Description

陡倾角宽大裂隙地层综合灌浆施工方法
技术领域
本发明涉及灌浆技术领域，尤其是一种陡倾角宽大裂隙地层综合灌浆施工方法。
背景技术
目前，在陡倾角宽大裂隙地层（倾角大于30°，宽度大于2cm的裂隙地层）中灌浆多采用纯水泥浆灌注，因其倾角陡、裂隙宽大，且纯水泥浆液流动性大，灌注时浆液流动范围大、复灌次数多、耗浆量大，导致灌浆成本高、工期长。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种陡倾角宽大裂隙地层综合灌浆施工方法，可以解决陡倾角宽大裂隙地层中灌浆的施工难题，保证在陡倾角宽大裂隙地层中灌浆质量，降低施工成本，缩短施工工期。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种陡倾角宽大裂隙地层综合灌浆施工方法，该方法包括以下步骤：
步骤1：平整陡倾角宽大裂隙地层施工场地及做好开钻前的准备工作；
步骤2：根据施工图纸测量放样钻孔孔位；
步骤3：对陡倾角宽大裂隙地层的非灌浆段及灌浆段进行钻孔；
步骤4：钻孔完成后，观察孔内基岩裂隙发育情况，并结合钻孔过程中孔口返水情况，判断是否进行基岩冲洗及压水试验；
步骤5：进行综合灌浆：根据钻孔过程中孔口返水情况、孔内成像仪观察的岩石裂隙发育情况以及压水试验得到的透水率综合分析后，定性灌浆段岩石破碎程度，选取合适的灌浆材料进行灌浆处理；
灌浆材料采用纯水泥浆液、水泥膏浆及砂浆中的一种或多种。
步骤3中，非灌浆段的钻孔方法为：
非灌浆段钻孔包括粉土层钻孔以及混凝土层钻孔；
粉土层钻孔采用合金钻头配合泥浆护壁造孔，控制泥浆浆液比重，避免对粉土的破坏， 粉土层钻孔需一次性钻完后，埋设保护套管，并向下压入覆盖层20cm以上，灌纯水泥浓浆嵌固，避免水流和浆液串入粉土；
混凝土层钻孔采用金刚石薄壁钻头结合清水循环钻进至基岩顶面，埋设保护套管，灌纯水泥浓浆嵌固。
步骤3中，灌浆段的钻孔方法为：
开孔孔位与设计位置的偏差不得大于10cm；钻机安装平整稳固，慢速低压钻进，钻孔时保证孔向准确，允许偏差按规范控制，钻孔长度依次为2m、3m，以下各段均为5m，终孔段不大于6m，钻孔过程遇失水时，应停止钻孔，每钻一段灌注一段，合格后再进行下一段钻孔。
步骤4中，钻孔完成后，通过孔内成像仪观察孔内基岩裂隙发育情况，并结合钻孔过程中孔口返水情况，判断是否进行基岩冲洗及压水试验：
覆盖层一般不进行裂隙冲洗，钻孔完成后直接进行灌浆；
当基岩段孔口无反水时，简单冲洗后直接灌注；
当基岩段孔口反水较小时，应结合孔内成像仪观察裂隙发育情况，若裂隙发育完整，可不进行简易压水试验。
步骤5中，在所钻孔中先用孔内成像仪初步探明该段裂隙发育状况，然后再进行压水试验，若压水透水率大于100Lu时，采用砂浆灌注，砂浆质量配比按水：水泥：砂=0.5：1：0.1/0.5：1：0.25/0.5：1：0.5/0.5：1：1四个比级进行灌注，变换原则如下：①当灌浆压力保持不变，注入率持续减少时，或注入率不变而压力持续升高时，不得改变水灰比；②当某级浆液注入量已达300L以上，或灌注时间已达30min，而灌浆压力和注入率均无显著改变时，换浓一级水灰比浆液灌注；③当压力逐渐上升至1Mpa时，采用纯水泥浆灌注直至灌浆结束。
步骤5中，在所钻孔中先用孔内成像仪初步探明该段裂隙发育状况，然后再进行压水试验，若压水透水率为50～100Lu时，先用质量比为3:1的纯水泥稀浆开灌，当累计灌注量达到300L时，采用水泥膏浆灌注，水泥膏浆为由水泥浆中掺入水泥重量7～10%的膨润土或高塑性黏土制成的水泥膏浆，当压力逐渐上升至1Mpa时，采用纯水泥浆灌注直至灌浆结束。
步骤5中，在所钻孔中先用孔内成像仪初步探明该段裂隙发育状况，然后再进行压水试验，若压水透水率在50Lu以内时，采用纯水泥浆灌注直至灌浆结束。
纯水泥浆灌注时，纯水泥浆液浓度由稀到浓逐级变换，水灰比采用3:1、2:1、1:1、0.8:1、0.5:1五个比级，变换原则按规范要求进行。
纯水泥浆和水泥膏浆灌注采用自上而下分段灌浆，孔口封闭、孔内循环的灌浆方式。
本发明提供的陡倾角宽大裂隙地层综合灌浆施工方法，有益效果如下：
1、通过首先测得孔内压水透水率，根据渗水量确定采用纯水泥浆液、水泥膏浆及砂浆中的一种或多种进行灌浆，完成陡倾角宽大裂隙地层中的灌浆施工，可以解决陡倾角宽大裂隙地层中灌浆的施工难题，保证在陡倾角宽大裂隙地层中灌浆质量，降低了施工成本，缩短了施工工期。
2、针对不同岩石性质（粉土层、混凝土层），分别采用合金钻头、金刚石钻头钻孔，并在粉土、覆盖层区域采用泥浆护壁外循环施工工艺，解决了快速高效成孔问题，减少了清水对粉土层、覆盖层的破坏。
具体实施方式
一种陡倾角宽大裂隙地层综合灌浆施工方法，该方法包括以下步骤：
步骤1：平整陡倾角宽大裂隙地层施工场地及做好开钻前的准备工作，具体如下：
（1）施工准备：a、施工时应尽量降低地下水位，保持低水位下施工；b、斜坡段采用工字钢、DN50mm的钢管、密目网及安全标识牌等搭建灌浆台车，轨道采用槽钢配合地锚的形式固定钻灌台车，利用葫芦和地锚组成的“三保险”安全保护措施确保钻灌台车施工安全。
（2）钻孔设备配置：斜孔采用履带式高风压潜孔钻造孔，其余孔采用地质钻机造孔。
（3）钻孔器具配置：针对不同岩石性质（粉土、混凝土层），分别采用合金钻头、金刚石钻头钻孔，钻具与钻头配套使用，钻杆根据灌浆孔孔径需要选用φ42mm、φ50mm等不同规格，采用锁丝接头。为加快处理孔内事故，配备常规处理事故工器具，比如吊锤、三脚架、公锥、母锥、反丝钻杆等。
（4）灌浆设备配置：a、针对不同地层，选取砂浆、膏浆、纯水泥浆组合方式的综合灌浆方法。砂浆采用螺杆泵灌注，待灌浆压力起来后，采用改装后的膏浆泵继续灌注膏浆浆液，因膏浆流动性较差，需要较大的压力去推动浆液，电机功率不小于22kW；
b、为保证灌浆连续性，减少堵管，灌浆管道选用高压管。
（5）集中制浆站：膏浆浓度较大，尽量缩短灌浆材料的运输距离，将集中制浆站设置在加强灌浆区域附近。
步骤2：根据施工图纸测量放样钻孔孔位：测量人员根据帷幕灌浆施工图进行孔位放样，并安排钻机就位及固定；
步骤3：对陡倾角宽大裂隙地层的非灌浆段及灌浆段进行钻孔；
步骤4：钻孔完成后，观察孔内基岩裂隙发育情况，并结合钻孔过程中孔口返水情况，判断是否进行基岩冲洗及压水试验；
步骤5：进行综合灌浆：根据钻孔过程中孔口返水情况、孔内成像仪观察的岩石裂隙发育情况以及压水试验得到的透水率综合分析后，定性灌浆段岩石破碎程度，选取合适的灌浆材料进行灌浆处理；
灌浆材料采用纯水泥浆液、水泥膏浆及砂浆中的一种或多种。
步骤3中，非灌浆段的钻孔方法为：
非灌浆段钻孔包括粉土层、混凝土层钻孔；
粉土层钻孔采用合金钻头配合泥浆护壁造孔，孔径Φ91mm，保护套管Φ89mm，控制泥浆浆液比重，避免对粉土的破坏， 粉土层钻孔需一次性钻完后，埋设保护套管，并向下压入覆盖层20cm以上，灌质量比为0.5:1的纯水泥浓浆嵌固，避免水流和浆液串入粉土；
混凝土层钻孔采用金刚石薄壁钻头结合清水循环钻进至基岩顶面，埋设保护套管，灌纯水泥浓浆嵌固。
斜孔采用CM351跟管钻机施工，配置110mm管径的套管跟进，用高压风做动力，将岩粉等从孔内吹出，钻至设计高程后，将Φ89mm的保护套管下至孔底，利用液压设备拔管，最后嵌固保护套管。
步骤3中，灌浆段的钻孔方法为：
开孔孔位与设计位置的偏差不得大于10cm；钻机安装平整稳固，慢速低压钻进，钻孔时保证孔向准确，允许偏差按规范控制，钻孔长度依次为2m、3m，以下各段均为5m，终孔段不大于6m，为了减少清水对粉土、覆盖层的破坏，采用泥浆代替清水。钻孔过程遇失水时，应停止钻孔，每钻一段灌注一段，合格后再进行下一段钻孔。
孔斜控制：每20m测斜一次进行孔斜测量，孔口20m范围内应每10m测斜一次，偏差不得大于规范要求。
步骤4中，钻孔完成后，通过孔内成像仪观察孔内基岩裂隙发育情况，并结合钻孔过程中孔口返水情况，判断是否进行基岩冲洗及压水试验：
覆盖层一般不进行裂隙冲洗，钻孔完成后直接进行灌浆；
当基岩段孔口无反水时，简单冲洗后直接灌注；
当基岩段孔口反水较小时，应结合孔内成像仪观察裂隙发育情况，若裂隙发育完整，可不进行简易压水试验。
步骤5中，在所钻孔中先用孔内成像仪初步探明该段裂隙发育状况，然后再进行压水试验，若压水透水率大于100Lu时，采用砂浆灌注，砂浆质量配比按水：水泥：砂=0.5：1：0.1/0.5：1：0.25/0.5：1：0.5/0.5：1：1四个比级进行灌注，变换原则如下：①当灌浆压力保持不变，注入率持续减少时，或注入率不变而压力持续升高时，不得改变水灰比；②当某级浆液注入量已达300L以上，或灌注时间已达30min，而灌浆压力和注入率均无显著改变时，换浓一级水灰比浆液灌注；③当压力逐渐上升至1Mpa时，采用纯水泥浆灌注直至灌浆结束。
步骤5中，在所钻孔中先用孔内成像仪初步探明该段裂隙发育状况，然后再进行压水试验，若压水透水率为50～100Lu时，先用水：水泥质量比为1: 3的纯水泥稀浆开灌，当累计灌注量达到300L时，采用水泥膏浆灌注，当压力逐渐上升至1Mpa时，采用纯水泥浆灌注直至灌浆结束。水泥膏浆为由水泥浆中掺入水泥重量7～10%的膨润土或高塑性黏土制成的水泥膏浆，水泥浆中的水：水泥的质量比为0.5:1。
步骤5中，在所钻孔中先用孔内成像仪初步探明该段裂隙发育状况，然后再进行压水试验，若压水透水率在50Lu以内时，采用纯水泥浆灌注直至灌浆结束。
纯水泥浆灌注时，纯水泥浆液浓度由稀到浓逐级变换，水灰比采用3:1、2:1、1:1、0.8:1、0.5:1五个比级，变浆原则按规范要求控制。
纯水泥浆和水泥膏浆灌注采用自上而下分段灌浆，孔口封闭、孔内循环的灌浆方式。
灌后质量检查：
在加强帷幕逐个单元完成14天后依次进行灌后质量检查，根据灌浆规范将检测孔布置在帷幕线上，通过压水试验及孔内成像仪综合判断，检测孔压水吕荣值均要满足设计及规范要求。
上述的实施例仅为本发明的优选技术方案，而不应视为对于本发明的限制，本申请中的实施例及实施例中的特征在不冲突的情况下，可以相互任意组合。本发明的保护范围应以权利要求记载的技术方案，包括权利要求记载的技术方案中技术特征的等同替换方案为保护范围。即在此范围内的等同替换改进，也在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种陡倾角宽大裂隙地层综合灌浆施工方法，其特征在于该方法包括以下步骤：
步骤1：平整陡倾角宽大裂隙地层施工场地及做好开钻前的准备工作；
步骤2：根据施工图纸测量放样钻孔孔位；
步骤3：对陡倾角宽大裂隙地层的非灌浆段及灌浆段进行钻孔；
步骤4：钻孔完成后，观察孔内基岩裂隙发育情况，并结合钻孔过程中孔口返水情况，判断是否进行基岩冲洗及压水试验；
步骤5：进行综合灌浆：根据钻孔过程中孔口返水情况、孔内成像仪观察的岩石裂隙发育情况以及压水试验得到的透水率综合分析后，定性灌浆段岩石破碎程度，选取合适的灌浆材料进行灌浆处理；
灌浆材料采用纯水泥浆液、水泥膏浆及砂浆中的一种或多种；
步骤3中，非灌浆段的钻孔方法为：
非灌浆段钻孔包括粉土层钻孔以及混凝土层钻孔；
粉土层钻孔采用合金钻头配合泥浆护壁造孔，控制泥浆浆液比重，避免对粉土的破坏，粉土层钻孔需一次性钻完后，埋设保护套管，并向下压入覆盖层20cm以上，灌纯水泥浓浆嵌固，避免水流和浆液串入粉土；
混凝土层钻孔采用金刚石薄壁钻头结合清水循环钻进至基岩顶面，埋设保护套管，灌纯水泥浓浆嵌固；
步骤4中，钻孔完成后，通过孔内成像仪观察孔内基岩裂隙发育情况，并结合钻孔过程中孔口返水情况，判断是否进行基岩冲洗及压水试验：
覆盖层一般不进行裂隙冲洗，钻孔完成后直接进行灌浆；
当基岩段孔口无反水时，简单冲洗后直接灌注；
当基岩段孔口反水较小时，应结合孔内成像仪观察裂隙发育情况，若裂隙发育完整，可不进行简易压水试验；
步骤5中，在所钻孔中先用孔内成像仪初步探明该段裂隙发育状况，然后再进行压水试验，若压水透水率大于100Lu时，采用砂浆灌注，砂浆质量配比按水：水泥：砂=0.5：1：0.1/0.5：1：0.25/0.5：1：0.5/0.5：1：1四个比级进行灌注，变换原则如下：①当灌浆压力保持不变，注入率持续减少时，或注入率不变而压力持续升高时，不得改变水灰比；②当某级浆液注入量已达300L以上，或灌注时间已达30min，而灌浆压力和注入率均无显著改变时，换浓一级水灰比浆液灌注；③当压力逐渐上升至1Mpa时，采用纯水泥浆灌注直至灌浆结束；
步骤5中，在所钻孔中先用孔内成像仪初步探明该段裂隙发育状况，然后再进行压水试验，若压水透水率为50～100Lu时，先用质量比为3:1的纯水泥稀浆开灌，当累计灌注量达到300L时，采用水泥膏浆灌注，当压力逐渐上升至1Mpa时，采用纯水泥浆灌注直至灌浆结束；
步骤5中，在所钻孔中先用孔内成像仪初步探明该段裂隙发育状况，然后再进行压水试验，若压水透水率在50Lu以内时，采用纯水泥浆灌注直至灌浆结束。
2.根据权利要求1所述的陡倾角宽大裂隙地层综合灌浆施工方法，其特征在于步骤3中，灌浆段的钻孔方法为：
开孔孔位与设计位置的偏差不得大于10cm；钻机安装平整稳固，慢速低压钻进，钻孔时保证孔向准确，允许偏差按规范控制，钻孔长度依次为2m、3m，以下各段均为5m，终孔段不大于6m，钻孔过程遇失水时，应停止钻孔，每钻一段灌注一段，合格后再进行下一段钻孔。
3.根据权利要求1所述的陡倾角宽大裂隙地层综合灌浆施工方法，其特征在于：水泥膏浆为由水泥浆中掺入水泥重量7～10%的膨润土或高塑性黏土制成的水泥膏浆。
4.根据权利要求1所述的陡倾角宽大裂隙地层综合灌浆施工方法，其特征在于：纯水泥浆灌注时，纯水泥浆液浓度由稀到浓逐级变换，水灰比采用3:1、2:1、1:1、0.8:1、0.5:1五个比级。
5.根据权利要求1所述的陡倾角宽大裂隙地层综合灌浆施工方法，其特征在于：纯水泥浆和水泥膏浆灌注采用自上而下分段灌浆，孔口封闭、孔内循环的灌浆方式。
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