一种深厚覆盖层套壳浆料的灌注方法
一种深厚覆盖层套壳浆料的灌注方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及水利水电工程领域，尤其涉及一种深厚覆盖层套壳浆料的灌注方法。
【背景技术】
[0002]在水利水电的灌浆防渗工程中，套壳浆料作为一种特定性能的材料在套阀管与孔壁之间的环状间隙中注入，待套壳浆料凝结后，即可进行横向灌浆，起到防止浆液沿孔壁在垂直方向上流动的作用，迫使浆液注入地层。
[0003]套壳浆料注入的好坏直接关系后续灌浆质量及套阀管法灌浆工艺的实施。受强度限制，套壳浆料过多注入地层，降低了后续浆液的灌入量，影响后续灌浆质量，势必对防渗体的耐久性带来一定影响，因此需要结合施工地理条件选择好的注入方式，来保证套壳浆料合理的灌入量，从而提高套壳浆料灌注质量，确保后续灌浆顺利进行。
【发明内容】
[0004]本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的问题，提供一种深厚覆盖层套壳浆料的灌注方法，采用双塞分段灌注方法，并与起拔跟管紧密配合，提高套壳浆料灌注质量，从而有利于后续灌浆质量，减少灌浆过程中孔故率的发生，保证施工顺利完成。
[0005]为了实现本发明的上述目的，提供以下技术方案:
[0006]一种深厚覆盖层套壳浆料的灌注方法，包括以下步骤:安装好钻孔设备，实现跟管钻进一次成钻孔，利用同步下放到钻孔内的跟管形成作业孔；在所述作业孔内安装套阀管组件；向套阀管组件与跟管之间的环状间隙中灌注套壳浆料，直到套壳浆料从孔口溢出，以便将套阀管组件固定在作业孔中间；在灌注套壳浆料之后，从钻孔中取出所述跟管，使所述套壳浆料与地层接触。
[0007]优选的，所述的从钻孔中取出所述跟管，使所述套壳浆料与地层接触的步骤包括:从钻孔中取出所述跟管期间，不断向钻孔内注入套壳浆料，使套壳浆料填充到取出所述跟管后形成的孔隙中。
[0008]优选的，向套阀管组件与跟管之间的环状间隙灌注套壳浆料采用灌料双塞进行分段灌注。
[0009]优选的，所述向套阀管组件与跟管之间的环状间隙灌注套壳浆料采用灌料双塞进行分段灌注的步骤包括:将灌料双塞卡至套阀管组件底部，使套阀管组件底部的一个出浆环位于灌料双塞的两个膨胀塞之间，从位于两个膨胀塞之间的注料口注入套壳浆料，套壳浆料在高压作用下迫使所述套阀管组件底部的一个出浆环开环，并从所述出浆环的出浆孔射入到跟管和套阀管组件之间的环状间隙内；当套壳浆料从所述套阀管组件底部的一个出浆环射出并在跟管和套阀管组件之间的环状间隙上升到一定高度，将灌料双塞卡至套阀管组件中部，使套阀管组件中部的一个出浆环位于灌料双塞的两个膨胀塞之间，从位于两个膨胀塞之间的注料口注入套壳浆料，套壳浆料在高压作用下迫使所述套阀管组件中部的一个出浆环开环，并从所述出浆环的出浆孔射入到跟管和套阀管组件之间的环状间隙内；当套壳浆料从所述套阀管组件中部的一个出浆环射出并在跟管和套阀管组件之间的环状间隙上升到一定高度，将灌料双塞卡至套阀管组件上部，使套阀管组件上部的一个出浆环位于灌料双塞的两个膨胀塞之间，从位于两个膨胀塞之间的注料口注入套壳浆料，套壳浆料在高压作用下迫使所述套阀管组件上部的一个出浆环开环，并从所述出浆环的出浆孔射入到跟管和套阀管组件之间的环状间隙内，直到钻孔孔口溢出符合浓度要求的套壳浆料原浆液为止。
[0010]优选的，所述从钻孔中取出所述跟管期间，不断向钻孔内注入套壳浆料的步骤包括:如果深厚覆盖层为渗透性好、漏失量较大的地层，起拔跟管时，每拔I?2根及时填补套壳浆料I次，所述填补的套壳浆料的浓度要与灌注的套壳浆料的浓度一致。
[0011]优选的，所述从钻孔中取出所述跟管期间，不断向钻孔内注入套壳浆料的步骤包括:如果深厚覆盖层为渗透性差、紧实地层，起拔跟管时，每拔3?4根及时填补套壳浆料I次，所述填补的套壳浆料的浓度要与灌注的套壳浆料的浓度一致。
[0012]优选的，所述套壳浆料的实际灌注量为理论灌注量的I?3倍。
[0013]优选的，所述理论灌注量的体积等于跟管和钻孔孔壁之间的环状间隙的体积。
[0014]优选的，所述套壳浆料是水泥黏土浆液或水泥膨润土浆液。
[0015]本发明的有益效果体现在以下方面:
[0016]1、本发明采用双塞分段灌注方式，可降低套壳浆料的灌入量，提高套壳浆料灌注质量，既有利于后续灌浆质量，又有利于减少灌浆过程中孔故率的发生；
[0017]2、本发明根据地层情况，合理确定跟管起拔与补料时间，既能保证补料质量，又能保证跟管顺利起拔。
【附图说明】
[0018]图1是本发明的用于深厚覆盖层的套阀管组件的结构示意图；
[0019]图2a是连接插口的制作过程图:
[0020]图2b是套阀基管之间的连接关系图；
[0021]图3是出浆环的细节结构图；
[0022]图4是位于孔底的底部套阀管的形成结构图；
[0023]图5是本发明的双层胶囊式灌浆塞的结构示意图；
[0024]图6是本发明双液灌浆塞的结构示意图；
[0025]图7是本发明的跟管起吊提引装置的结构示意图；
[0026]图8是跟管的结构示意图。
[0027]附图标记说明:10_套阀基管；11-底部套阀管；12-普通套阀管；2-出浆环；21-出浆孔；22_弹性箍圈；23_固定带；3_连接插口 ；31_切缝；4_进浆管；41_进浆口 ；42-出浆口 ；51_膨胀胶囊；52-保护胶囊；53-紧固圈；61_进水口 ；62_卡套接头；7-水泥浆液灌浆管；71_膨胀卡塞；8_水玻璃灌浆管；81-PVC管；91_跟管；911_外螺纹；92_提引套管；921-内螺纹；93_提手。
【具体实施方式】
[0028]本发明提供一种深厚覆盖层套阀管法可控灌浆方法，包括以下步骤:安装好钻孔设备，实现跟管钻进一次成钻孔，利用同步下放到钻孔内的跟管形成作业孔；在作业孔内安装套阀管组件；向套阀管组件与跟管之间的环状间隙中灌注套壳浆料，直到套壳浆料从孔口溢出，以便将套阀管组件固定在作业孔中间；在灌注套壳浆料之后，从钻孔中取出所述跟管，使套壳浆料与地层接触；在套壳浆料未完全凝结之前，通过将灌浆塞自下而上分段卡塞至套阀管组件内，将灌浆浆料从套阀管组件的出浆孔经由套壳浆料横向灌入地层内；其中，在将灌浆浆料灌入地层内期间，通过灌注不同浓度灌浆浆料，实施可控复合灌浆。
[0029]其中，本发明深厚覆盖层套阀管法可控灌浆方法通过对钻孔孔深多55m，孔径^ 127mm的深厚覆盖层钻孔为例说明，但不限于此，可以根据施工具体情况选用本发明的可控灌浆方法。下面通过具体实施例对本发明进行详细说明。
[0030]具体的，实现跟管钻进一次成钻孔，利用同步下放到钻孔内的跟管形成作业孔的步骤包括:通过采用至少两种钻具交替进行跟管钻进一次成钻孔作业，形成由下放的跟管围成的作业孔，其中，在所述的采用至少两种钻具交替进行跟管钻进一次成钻孔作业期间，下放至少两种材质的跟管；搭配好钻具和跟管材质以后，安装钻孔设备；安装好钻孔设备后，开始钻孔，实现跟管同步跟进一次成钻孔。
[0031]为确保钻孔质量，降低孔故率的发生，在各施工阶段对钻具及跟管进行了合理优化搭配。下面通过具体实施例进行详细说明。
[0032]钻具作为跟管钻进的重要组成部分，位于钻杆底部，与钻杆连接，在动力作用下冲击地层，实现钻进。不同的施工地层深度，选择不同的钻具，对提高钻孔功效、降低施工成本极为重要。根据工程需要，钻具选择偏心钻和同心钻，偏心钻和同心钻在不同地层深度交替使用。
[0033]具体的，当钻孔深度 < 1m时，选择偏心钻钻进。由于钻孔过程中要进行孔斜控制，而开孔钻进阶段进行孔斜控制是作为钻孔过程中全孔孔斜控制的基础，尤为重要。因此，为了做好开孔钻进阶段的孔斜控制，当钻孔深度< 1m时的开孔钻进阶段选择偏心钻缓慢钻进。具体过程为:首先，偏心钻的中心导向钻头进行开孔；然后，偏心钻的偏心块反复修整中心导向钻头所开孔的孔壁，调整孔状。该过程有效保证了钻孔垂直度，为后续钻孔的孔斜控制奠定了基础。
[0034]当钻孔深度> 1m且< 30m时，选择同心钻钻进。钻进过程阶段，为了提高钻孔功效，经工程实践，大于1m以上孔段钻孔，将偏心钻改为同心钻，可以快速成孔。
[0035]当钻孔深度> 30m且彡55m时，选择偏心钻钻进。由于同心钻的成孔空间小，随着钻孔深入，跟管越来越紧，孔故发生几率增加，为了便于过程孔故处理，使跟管保持一定的松动状态，大于30m直到终孔孔深，换为偏心钻钻进。按照上述方式，合理搭配使用，高质高效完成施工任务。
[0036]钻孔使用的跟管，作为覆盖层钻进的护壁管，目的避免覆盖层钻进过程中出现塌孔故障，确保覆盖层钻孔施工能够顺利完成。作为钻孔施工中的重要组成部件，选择适宜的跟管材质，可降低钻孔孔故率的发生，避免跟管断裂，因此，本发明在位于钻孔最底层的两根跟管选用经过调质热处理的钢材，连接在最底层的两根跟管以上的跟管选用微合金化的非调质钢。
[0037]具体的，经过调质热处理的钢材利用整管调质热处理炉(炉温控制在±5°C以内)对材料进行了调质热处理，使该材料具备高强度(全长屈服强度极差< 50MPa)，可满足深孔钻探对材料尚强尚初性能要求O
[0038]微合金化的非调质钢的组织为贝氏体，具有很高的耐磨性和较高的强度，价格适宜，可满足一般地质钻探需求。
[0039]经过调质热处理的钢材与微合金化的非调质钢相比，屈服强度指标提升60%，抗拉强度指标提升17%，冲击功提升157%，硬度平均提高7HRC。综上所述，针对跟管断裂事故发生的主要原因，结合两种管材的性能分析，因此，为了充分利用两种管材的优点，钻孔过程中，将两种跟管进行了组合搭配使用，即两节经过调质热处理的钢材作为跟管下面部分，在第三节以上采用微合金化的非调质钢连接，两种不同性能的管材结合后，能更好发挥两者的优点和特点，有效降低了跟管断裂事故的发生，直接提高施工效率，降低材料使用成本。
[0040]此外，为了防止跟管断裂事故发生，钻孔过程中要进行孔斜控制，保证钻孔的垂直度，其工艺包括:开孔钻进阶段进行孔斜控制；钻孔过程中要不断进行孔斜测量；钻孔设备安装要稳固。
[0041]具体的，开孔钻进阶段进行孔斜控制的工艺包括:开孔钻进阶段选择偏心钻缓慢钻进；钻杆立轴和位于孔口的跟管中心轴轴向应与预设孔向保持一致，以保证钻孔方向准确。
[0042]具体的，钻孔过程中要不断进行孔斜测量的步骤为:钻孔过程中使用无线有储式数字陀螺测斜仪进行孔斜测量，测斜频次至少应满足:0?1m孔深范围内，每5m测一次；10?30m孔深范围内，每1m测一次；45m孔深以下，每15m测一次；终孔后系统检测一次，如发现钻孔偏斜超过规定时，应及时纠偏。
[0043]本发明钻孔设备选择液压驱动。
[0044]其中，实现跟管钻进一次成钻孔以后，在作业孔内安装套阀管组件。下面结合附图进行详细说明。
[0045]本发明用于深厚覆盖层的套阀管组件，由连接在一起的多根套阀管构成，连接在一起的多根套阀管上每间隔一个预定距离设置一个出浆环2，具体实施时，相邻出浆环2之间的预定距离为300mm，该预定距离可以根据工程实际进行调整。多根套阀管由用于安置在深厚覆盖层孔底的底部套阀管11和连接在底部套阀管11上方的数根普通套阀管12组成，底部套阀管11和普通套阀管12包括:套阀基管10 ;设置在套阀基管10上的出浆环2 ;其中，底部套阀管11和位于其上方的普通套阀管12以及普通套阀管12之间通过连接插口3焊接在一起。
[0046]如图3和4所示，制作底部套阀管11的步骤包括:选择材质为金属的套阀基管10 ;在套阀基管10上制作出浆环2，该出浆环2在灌浆塞的配合下，可实现使浆液从套阀管内部进入套阀管外部，而阻止套阀管外部的浆液进入套阀管内部；制作底部套阀管11的套阀基管10的底端结构。
[0047]具体的，由于本发明的套阀管组件针对深厚覆盖层制作，当钻孔孔径为146mm时，底部套阀管11的套阀基管10的管径选择为89mm，底部套阀管11的套阀基管10为低碳钢管。
[0048]如图4所示，底部套阀管11的套阀基管10的底端结构为封闭结构。优选为锥形。制作底部套阀管11的套阀基管10的底端结构的步骤包括:将底部套阀管11的底端管长为10mm的部分分割成四部分；将分割成的四部分合拢并焊接成锥形，使锥形的底端封闭。
[0049]如图3所示，底部套阀管11上的每个出浆环2包括:沿套阀基管10周向布置的多个出浆孔21，具体实施时，出浆孔21 —般开设3?5个，多个出浆孔可以大幅度降低灌浆过程中出浆孔被堵塞的概率，有效保证后续开环、灌浆施工的顺利进行；包裹多个出浆孔21的弹性箍圈22 ;缠绕在弹性箍圈22上下两端并将弹性箍圈22固定在套阀基管10上的固定带23，用于防止弹性箍圈22在套阀管下设的过程中滑落。
[0050]弹性箍圈22的直径要小于套阀基管10的直径I?3mm，使得弹性箍圈22可以包裹在套阀基管10上。具体施工时，弹性箍圈22选择弹性适宜的橡皮箍，既可以保证在一定压力下可以开环灌浆，又可以避免在压力作用下被破坏而失去止浆功能或者不能重复使用。优选的，套阀基管10的管径为89mm时，橡皮箍的直径可以选择为87mm。
[0051]本实施例优选固定带23为胶带，实施时，在橡皮箍的上下两端各缠绕4?5圈，既起到好的固定效果，又不影响开环。优选的，当橡皮箍宽度为80_时，胶带的宽度为18_，胶带缠绕时与套阀基管10和橡皮箍各搭接一半，搭接套阀基管9mm，搭接橡皮箍9mm。
[0052]具体的，普通套阀管12与底部套阀管11的套阀基管的材质和孔径选择一致。在普通套阀管12的套阀基管10上制作完成的出浆环2的结构也与在底部套阀管11的套阀基管上制作出浆环2的结构一致，不再详述。
[0053]如图2a所示，连接插口 3的制作步骤为:选择材质为金属且长度为1mm的套管；在该套管的管壁上沿轴向加工出一条切缝31。优选的，选择与套阀基管管径相同的套管，在套管上加工出切缝以后，可以根据需要调节直径，调节好直径以后，先将连接插口的一端焊接至位于其下部的套阀管，然后再将位于其上部的套阀管焊接在另一端，由于采用焊接固定，即可保证套阀管在下设过程中的垂直度和提高了下设的安全性。由于垂直度的保证，使得套阀管与跟管之间保持一定空隙，便于灌注套壳浆料，利于后续施工的进行。
[0054]其中，在作业孔内安装完套阀管组件以后，向套阀管组件与跟管之间的环状间隙灌注套壳浆料。
[0055]本发明的套壳浆料灌注方法适用于漏失量较大的深厚覆盖层地层，当对漏失量较大的深厚覆盖层地层灌注套壳浆料时，采用灌料双塞对套阀管组件与跟管之间的环状间隙进行分段灌注。本发明采用双塞分段灌注方式，可降低套壳浆料的灌入量，提高套壳浆料灌注质量，既有利于后续灌浆质量，又有利于减少灌浆过程中孔故率的发生。
[0056]实施时，本发明的套壳浆料选用具有特定性能的水泥黏土浆液或水泥膨润土浆液，一般以黏土或膨润土为主，水泥为辅，灌注3天后强度< 0.30Mpa，后期最大强度(0.6Mpa，待套壳浆料凝结，可进 行横向灌浆，即可起到防止灌浆浆液沿孔壁在垂直方向上流动的作用，迫使浆液注入地层。本发明套壳浆料的实际灌注量为理论灌注量的I?3倍，能迅速溢出孔口，提高套壳浆料灌注质量。
[0057]具体的，灌料双塞包括:两个膨胀塞；位于两个膨胀塞之间的注料口，注料口与注料管连接。灌浆时，将两个膨胀塞卡塞至套阀管组件的一个出浆环两侧，使注料口中在高压灌浆压力下挤出的套壳浆料挤开弹性箍圈从出浆孔射出，从而使出浆环开环，向套阀管组件与跟管之间的环状间隙灌注套壳浆料，其步骤包括:
[0058]在跟管钻进和下设套阀管组件完成以后，将灌料双塞卡至套阀管组件底部，使套阀管组件底部的一个出浆环位于灌料双塞的两个膨胀塞之间，从位于两个膨胀塞之间的注料口注入套壳浆料，套壳浆料在高压作用下迫使所述套阀管组件底部的一个出浆环开环，并从所述出浆环的出浆孔射入到跟管和套阀管组件之间的环状间隙内；
[0059]当套壳浆料从所述套阀管组件底部的一个出浆环射出并在跟管和套阀管组件之间的环状间隙上升到一定高度，将灌料双塞卡至套阀管组件中部，使套阀管组件中部的一个出浆环位于灌料双塞的两个膨胀塞之间，从位于两个膨胀塞之间的注料口注入套壳浆料，套壳浆料在高压作用下迫使所述套阀管组件中部的一个出浆环开环，并从所述出浆环的出浆孔射入到跟管和套阀管组件之间的环状间隙内；
[0060]当套壳浆料从所述套阀管组件中部的一个出浆环射出并在跟管和套阀管组件之间的环状间隙上升到一定高度，将灌料双塞卡至套阀管组件上部，使套阀管组件上部的一个出浆环位于灌料双塞的两个膨胀塞之间，从位于两个膨胀塞之间的注料口注入套壳浆料，套壳浆料在高压作用下迫使所述套阀管组件上部的一个出浆环开环，并从所述出浆环的出浆孔射入到跟管和套阀管组件之间的环状间隙内，直到钻孔孔口溢出符合浓度要求的套壳浆料原浆液为止。
[0061]此外，在灌注套壳浆料之后，从钻孔中取出跟管，使套壳浆料与地层接触的步骤包括:从钻孔中取出跟管期间，不断向钻孔内注入套壳浆料，即补料，使套壳浆料填充到取出跟管后形成的孔隙中。
[0062]具体的，补料作为注入套壳浆料辅助工序之一，与起拔跟管相结合，边拔边补。通常跟管起拔时，跟管与套阀管组件之间的套壳浆料会立即发生扩散、坍塌，若补料不及时，则容易造成漏段，致使套阀管组件与地层直接接触，未被套壳浆料固结为密实体，灌浆时在高压力作用下，浆液沿松散薄弱部位流串，包裹弹性箍圈，形成结石体。若频繁补料，影响跟管起拔时间，浆体随时间推移稠度增加，起拔难度增大，时间过长极有可能发生铸管、抱管现象。因此，合理确定跟管起拔与补料时间，既能保证补料质量，又能保证跟管顺利起拔。
[0063]因此，如果深厚覆盖层为渗透性好、漏失量较大的地层，起拔跟管时，每拔I?2根及时填补套壳浆料I次，填补的套壳浆料的浓度要与灌注的套壳浆料的浓度一致。
[0064]如果深厚覆盖层为渗透性差、紧实地层，起拔跟管时，每拔3?4根及时填补套壳浆料I次，填补的套壳浆料的浓度要与灌注的套壳浆料的浓度一致。
[0065]如图7和8所示，本发明起拔跟管使用一种跟管起吊提引装置，包括:与跟管91丝扣连接的提引套管92;固定在提引套管92上的提手93，用于向上提引与提引套管连接的跟管。
[0066]具体的，提引套管92的内壁下端设置用于连接所述跟管91的内螺纹921 ;所述所述跟管91的外壁上端具有用于与所述内螺纹921匹配连接的外螺纹911。
[0067]本发明将提手93选为直径6mm的钢筋，且将提手93全断面焊接在提引套管92上，起吊安全，在具体实施时，也可以根据实际情况调整钢筋的直径以及钢筋与提引套管的连接方式。
[0068]操作时，将跟管91的外螺纹911旋入提引套管2的内螺纹921拧紧，吊车勾住提手93，即可将跟管91吊起。通过跟管与提引套管的丝扣连接，不仅保证连接紧密，且由于丝扣连接，使得跟管与提引套管的轴向一致，从而可以保证跟管起拔中的垂直度，提高起拔速度且可以防止损坏套阀管上的止浆环。
[0069]其中，在套壳浆料未完全凝结之前，开始灌浆，本发明首先通过灌注不同浓度灌浆浆料，对深厚覆盖层实施可控复合灌浆，其步骤包括:按照水泥浆液、混合稳定浆液以及膏状浆液的顺序逐次变浆灌注。
[0070]具体的，按照水泥浆液、混合稳定浆液以及膏状浆液的顺序逐次变浆灌注的步骤为:按照正常比级由稀到浓逐级变浆灌注水泥浆液；当灌注水泥浆液存在强渗漏时，则改用混合稳定浆液按照正常比级由稀到浓逐级变浆进行灌注；当灌注混合稳定浆液存在强渗漏时，则改用膏状浆液按照正常比级由稀到浓逐级变浆进行灌注。
[0071]本发明的混合稳定浆液由水泥、膨润土(或粘土)、粉煤灰组成；膏状浆液由水泥、膨润土(或粘土)、粉煤灰、一定的外加剂组成。
[0072]按照正常比级由稀到浓逐级变浆灌注水泥浆液的原则为:水泥浆液采用水灰比3:1的浆液开灌，浆液变换按照由稀到浓分为3:1、2:1、1: 1、0.8:1、0.5:1五个级别；当注入率大于30L/min时，可根据具体情况越级变浓；改变浆液水灰比后，如灌浆压力突增或吸浆量突然减小，应立即回稀到原水灰比进行灌注；当采用最浓级浆液灌浆而注入率大于30L/min，或者单位注入量累计达到2t而注入率和压力变化不明显时，可改用膏状浆液或混合稳定浆液灌注；变换至稳定浆液或膏状浆液灌注时，按照混合稳定浆液或膏状浆液灌注原贝IJ，进行浆液变级。
[0073]混合稳定浆液或膏状浆液灌注原则为:选择混合稳定浆液起灌时，浆液应为一级混合稳定浆液的稀释浆液，按照以稀释后水固比1:1浆液、混合稳定浆液、膏状浆液的顺序逐次变浆灌注；各级灌浆浆液灌入量达到300?400L/m，而灌浆压力和注入率均无改变或改变不显著(改变不显著可理解为某一级浓度的浆液在灌注一定数量之后，注入率仍大于初始注入率的70% )，应改浓一级；灌浆过程中无压力、注入率大于30L/min时，可考虑越级变浆；膏状浆液灌浆时不得越级变浆；当灌浆压力保持不变，注入率持续减少，或注入率不变而压力持续升高时，应以在灌比级浆液继续灌注，而不应改变浆液比级；改变浆液比级后，如灌浆压力突增或吸浆量突然减小(注入率减小超过50% )，应立即回稀到原浆液比级进行灌注。
[0074]本发明的灌浆结束标准为:对于膏状浆液灌浆，在规定的压力下，单位吸浆量小于2L/min时，继续灌注5min，可结束灌浆；对于混合稳定浆液灌浆，在规定的压力下，单位吸楽.量小于lL/min时，继续灌注lOmin，可结束灌楽；对于水泥楽液灌楽:在规定的压力下，单位吸浆量小于lL/min时，继续灌注30min，可结束灌浆。
[0075]本发明在灌注水泥浆液、混合稳定浆液以及膏状浆液时，采用双层胶囊式灌浆塞，如图5所示，包括:进浆管4，其两端分别连接进浆口 41和出浆口 42 ;包覆在所述进浆管4外围的膨胀胶囊51 ;包覆在所述膨胀胶囊51外围的保护胶囊52，用于隔离所述膨胀胶囊与外界接触以避免划伤，提高耐用性，提高施工进度及质量。其中，所述保护胶囊52的外围还紧固有用于将所述保护胶囊52和膨胀胶囊51压实以形成整体的紧固圈53，防止保护胶囊脱落，可较好的保护膨胀胶囊。其中，所述保护胶囊52厚度为6mm。
[0076]如图5所示，本实施例中紧固圈53为两个且沿保护胶囊52的轴向分别布置在其两端。本发明的紧固圈也可以为多个沿保护胶囊的轴向布置。
[0077]如图5所示，进浆管4的上段固定有卡套接头62，进水口 61通过所述卡套接头62与膨胀胶囊51连通。其中，膨胀胶囊51为橡胶胶囊，其内部均匀布置有单层钢丝，用于加强膨胀胶 囊51的抗压强度。所述保护胶囊52为橡胶胶囊。
[0078]当高压水从进水口 61进入膨胀胶囊51后，膨胀胶囊51膨胀直到其内的压力达到预定压力，此时位于膨胀胶囊51外侧的保护胶囊52也在压力作用下膨胀而与套阀管内侧接触而形成灌浆环境，即可开始灌浆。
[0079]其中，所述保护胶囊52和紧固圈53为可拆卸结构，若保护胶囊一旦损坏，可拆卸更换，重新压实紧固圈，使得水压塞可提高利用率和耐用性。
[0080]其中，在将不同浓度的水泥浆液、混合稳定浆液以及膏状浆液的灌浆浆料灌入地层期间，实时检测灌浆压力，当通过实时检测灌浆压力，确定所灌注的不同浓度灌浆浆料存在强渗漏，而无法结束灌浆时，进行双液灌浆作业。
[0081]具体的，双液灌浆作业包括:将包含水泥浆液灌浆管和水玻璃灌浆管的双液灌浆塞安装到套阀管组件内；利用所述水泥浆液灌浆管，首先灌注一定量的水泥浆液；灌注完一定量的水泥浆液以后，经由位于水泥浆液灌浆管内部的水玻璃灌浆管开始灌注水玻璃，并持续灌注水泥浆液，使水玻璃与水泥浆液汇合后灌入到地层。
[0082]如图6所示，双液灌浆塞，包括:水泥浆液灌浆管1，用于水泥浆液的灌注通道；位于水泥浆液灌浆管I内部的水玻璃灌浆管2，用于水玻璃的灌注通道；位于水泥浆液灌浆管I外侧的膨胀卡塞71，用于在套阀管组件内安装双液灌浆塞时卡塞在套阀管组件内壁上；其中，水玻璃灌浆管2的长度长于水泥浆液灌浆管I的长度，使双液始终保持在灌浆塞以下的一段距离混合，避免铸塞。
[0083]本发明的双液灌浆作业的具体操作步骤为:
[0084]首先，连接好管路系统，将膨胀卡塞71卡塞在套阀管组件内壁上，然后打开水泥浆液灌浆管1，向水泥浆液灌浆管I内灌注水泥浆液200?300L ;接着，打开水玻璃灌浆管2，向水玻璃灌浆管2内灌注水玻璃，灌注水玻璃的压力要与灌注水泥浆液的压力保持一致；其中，在水玻璃和水泥浆液的灌注压力保持一致的状态下持续灌注水泥浆液和水玻璃一定时间，在灌注过程中，当水泥浆液和水玻璃流量变小，且压力升高较快时，关闭水玻璃灌浆管2，水泥浆液继续灌注100-200L，结束灌浆。
[0085]灌注的开始阶段，水泥浆液和水玻璃的灌浆压力为0.2?0.3MPa，当需要增大灌注压力，必须同步增大水泥浆液和水玻璃的灌浆压力。
[0086]优选的，本发明水泥楽液和水玻璃的总灌注体积比为1:1。
[0087]本发明一方面采用首先灌注水泥浆液，其次再灌注水玻璃的方法，使得在灌注水玻璃时水泥浆液已经存浆很少，不会上涌，另一方面使水玻璃灌浆管2的下段伸出水泥浆液灌浆管5?9m，使水玻璃尽量远离灌浆塞底部，使得双液混合始终保持在灌浆塞以下的安全地带，不至于威胁到灌浆塞而铸塞。
[0088]本发明采用双液泵或者比例泵灌注水玻璃和水泥浆液，以保证水玻璃和水泥浆液的灌注压力保持一致。
[0089]本发明的水玻璃灌浆管I的下段为PVC管，报废后更换方便。
[0090]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。
【主权项】
1.一种深厚覆盖层套壳浆料的灌注方法，其特征在于包括以下步骤: 安装好钻孔设备，实现跟管钻进一次成钻孔，利用同步下放到钻孔内的跟管形成作业孔； 在所述作业孔内安装套阀管组件； 向套阀管组件与跟管之间的环状间隙中灌注套壳浆料，直到套壳浆料从孔口溢出，以便将套阀管组件固定在作业孔中间； 在灌注套壳浆料之后，从钻孔中取出所述跟管，使所述套壳浆料与地层接触。
2.如权利要求1所述的深厚覆盖层套壳浆料的灌注方法，其特征在于，所述的从钻孔中取出所述跟管，使所述套壳浆料与地层接触的步骤包括:从钻孔中取出所述跟管期间，不断向钻孔内注入套壳浆料，使套壳浆料填充到取出所述跟管后形成的孔隙中。
3.如权利要求2所述的深厚覆盖层套壳浆料的灌注方法，其特征在于，向套阀管组件与跟管之间的环状间隙灌注套壳浆料采用灌料双塞进行分段灌注。
4.如权利要求3所述的深厚覆盖层套壳浆料的灌注方法，其特征在于，所述向套阀管组件与跟管之间的环状间隙灌注套壳浆料采用灌料双塞进行分段灌注的步骤包括: 将灌料双塞卡至套阀管组件底部，使套阀管组件底部的一个出浆环位于灌料双塞的两个膨胀塞之间，从位于两个膨胀塞之间的注料口注入套壳浆料，套壳浆料在高压作用下迫使所述套阀管组件底部的一个出浆环开环，并从所述出浆环的出浆孔射入到跟管和套阀管组件之间的环状间隙内； 当套壳浆料从所述套阀管组件底部的一个出浆环射出并在跟管和套阀管组件之间的环状间隙上升到一定高度，将灌料双塞卡至套阀管组件中部，使套阀管组件中部的一个出浆环位于灌料双塞的两个膨胀塞之间，从位于两个膨胀塞之间的注料口注入套壳浆料，套壳浆料在高压作用下迫使所述套阀管组件中部的一个出浆环开环，并从所述出浆环的出浆孔射入到跟管和套阀管组件之间的环状间隙内； 当套壳浆料从所述套阀管组件中部的一个出浆环射出并在跟管和套阀管组件之间的环状间隙上升到一定高度，将灌料双塞卡至套阀管组件上部，使套阀管组件上部的一个出浆环位于灌料双塞的两个膨胀塞之间，从位于两个膨胀塞之间的注料口注入套壳浆料，套壳浆料在高压作用下迫使所述套阀管组件上部的一个出浆环开环，并从所述出浆环的出浆孔射入到跟管和套阀管组件之间的环状间隙内，直到钻孔孔口溢出符合浓度要求的套壳浆料原浆液为止。
5.如权利要求2所述的深厚覆盖层套壳浆料的灌注方法，其特征在于，所述从钻孔中取出所述跟管期间，不断向钻孔内注入套壳浆料的步骤包括:如果深厚覆盖层为渗透性好、漏失量较大的地层，起拔跟管时，每拔I?2根及时填补套壳浆料I次，所述填补的套壳浆料的浓度要与灌注的套壳浆料的浓度一致。
6.如权利要求2所述的深厚覆盖层套壳浆料的灌注方法，其特征在于，所述从钻孔中取出所述跟管期间，不断向钻孔内注入套壳浆料的步骤包括:如果深厚覆盖层为渗透性差、紧实地层，起拔跟管时，每拔3?4根及时填补套壳浆料I次，所述填补的套壳浆料的浓度要与灌注的套壳浆料的浓度一致。
7.如权利要求1至6任一所述的深厚覆盖层套壳浆料的灌注方法，其特征在于，所述套壳浆料的实际灌注量为理论灌注量的I?3倍。
8.如权利要求7所述的深厚覆盖层套壳浆料的灌注方法，其特征在于，所述理论灌注量的体积等于跟管和钻孔孔壁之间的环状间隙的体积。
9.如权利要求8所述的深厚覆盖层套壳浆料的灌注方法，其特征在于，所述套壳浆料是水泥黏土浆液或水泥膨润土浆液。
【专利摘要】本发明公开了一种深厚覆盖层套壳浆料的灌注方法，包括以下步骤：安装好钻孔设备，实现跟管钻进一次成钻孔，利用同步下放到钻孔内的跟管形成作业孔；在所述作业孔内安装套阀管组件；向套阀管组件与跟管之间的环状间隙中灌注套壳浆料，直到套壳浆料从孔口溢出，以便将套阀管组件固定在作业孔中间；在灌注套壳浆料之后，从钻孔中取出所述跟管，使所述套壳浆料与地层接触。本发明采用双塞分段灌注方法，并与起拔跟管紧密配合，提高套壳浆料灌注质量，从而有利于后续灌浆质量，减少灌浆过程中孔故率的发生，保证施工顺利完成。
【IPC分类】E02D15-00
【公开号】CN104711986
【申请号】CN201510114052
【发明人】李文书, 肖恩尚, 袁冲, 孙亮, 闫建国, 赵飞
【申请人】中国水电基础局有限公司
【公开日】2015年6月17日
【申请日】2015年3月16日
【技术领域】
[0001]本发明涉及水利水电工程领域，尤其涉及一种深厚覆盖层套壳浆料的灌注方法。
【背景技术】
[0002]在水利水电的灌浆防渗工程中，套壳浆料作为一种特定性能的材料在套阀管与孔壁之间的环状间隙中注入，待套壳浆料凝结后，即可进行横向灌浆，起到防止浆液沿孔壁在垂直方向上流动的作用，迫使浆液注入地层。
[0003]套壳浆料注入的好坏直接关系后续灌浆质量及套阀管法灌浆工艺的实施。受强度限制，套壳浆料过多注入地层，降低了后续浆液的灌入量，影响后续灌浆质量，势必对防渗体的耐久性带来一定影响，因此需要结合施工地理条件选择好的注入方式，来保证套壳浆料合理的灌入量，从而提高套壳浆料灌注质量，确保后续灌浆顺利进行。
【发明内容】
[0004]本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的问题，提供一种深厚覆盖层套壳浆料的灌注方法，采用双塞分段灌注方法，并与起拔跟管紧密配合，提高套壳浆料灌注质量，从而有利于后续灌浆质量，减少灌浆过程中孔故率的发生，保证施工顺利完成。
[0005]为了实现本发明的上述目的，提供以下技术方案:
[0006]一种深厚覆盖层套壳浆料的灌注方法，包括以下步骤:安装好钻孔设备，实现跟管钻进一次成钻孔，利用同步下放到钻孔内的跟管形成作业孔；在所述作业孔内安装套阀管组件；向套阀管组件与跟管之间的环状间隙中灌注套壳浆料，直到套壳浆料从孔口溢出，以便将套阀管组件固定在作业孔中间；在灌注套壳浆料之后，从钻孔中取出所述跟管，使所述套壳浆料与地层接触。
[0007]优选的，所述的从钻孔中取出所述跟管，使所述套壳浆料与地层接触的步骤包括:从钻孔中取出所述跟管期间，不断向钻孔内注入套壳浆料，使套壳浆料填充到取出所述跟管后形成的孔隙中。
[0008]优选的，向套阀管组件与跟管之间的环状间隙灌注套壳浆料采用灌料双塞进行分段灌注。
[0009]优选的，所述向套阀管组件与跟管之间的环状间隙灌注套壳浆料采用灌料双塞进行分段灌注的步骤包括:将灌料双塞卡至套阀管组件底部，使套阀管组件底部的一个出浆环位于灌料双塞的两个膨胀塞之间，从位于两个膨胀塞之间的注料口注入套壳浆料，套壳浆料在高压作用下迫使所述套阀管组件底部的一个出浆环开环，并从所述出浆环的出浆孔射入到跟管和套阀管组件之间的环状间隙内；当套壳浆料从所述套阀管组件底部的一个出浆环射出并在跟管和套阀管组件之间的环状间隙上升到一定高度，将灌料双塞卡至套阀管组件中部，使套阀管组件中部的一个出浆环位于灌料双塞的两个膨胀塞之间，从位于两个膨胀塞之间的注料口注入套壳浆料，套壳浆料在高压作用下迫使所述套阀管组件中部的一个出浆环开环，并从所述出浆环的出浆孔射入到跟管和套阀管组件之间的环状间隙内；当套壳浆料从所述套阀管组件中部的一个出浆环射出并在跟管和套阀管组件之间的环状间隙上升到一定高度，将灌料双塞卡至套阀管组件上部，使套阀管组件上部的一个出浆环位于灌料双塞的两个膨胀塞之间，从位于两个膨胀塞之间的注料口注入套壳浆料，套壳浆料在高压作用下迫使所述套阀管组件上部的一个出浆环开环，并从所述出浆环的出浆孔射入到跟管和套阀管组件之间的环状间隙内，直到钻孔孔口溢出符合浓度要求的套壳浆料原浆液为止。
[0010]优选的，所述从钻孔中取出所述跟管期间，不断向钻孔内注入套壳浆料的步骤包括:如果深厚覆盖层为渗透性好、漏失量较大的地层，起拔跟管时，每拔I?2根及时填补套壳浆料I次，所述填补的套壳浆料的浓度要与灌注的套壳浆料的浓度一致。
[0011]优选的，所述从钻孔中取出所述跟管期间，不断向钻孔内注入套壳浆料的步骤包括:如果深厚覆盖层为渗透性差、紧实地层，起拔跟管时，每拔3?4根及时填补套壳浆料I次，所述填补的套壳浆料的浓度要与灌注的套壳浆料的浓度一致。
[0012]优选的，所述套壳浆料的实际灌注量为理论灌注量的I?3倍。
[0013]优选的，所述理论灌注量的体积等于跟管和钻孔孔壁之间的环状间隙的体积。
[0014]优选的，所述套壳浆料是水泥黏土浆液或水泥膨润土浆液。
[0015]本发明的有益效果体现在以下方面:
[0016]1、本发明采用双塞分段灌注方式，可降低套壳浆料的灌入量，提高套壳浆料灌注质量，既有利于后续灌浆质量，又有利于减少灌浆过程中孔故率的发生；
[0017]2、本发明根据地层情况，合理确定跟管起拔与补料时间，既能保证补料质量，又能保证跟管顺利起拔。
【附图说明】
[0018]图1是本发明的用于深厚覆盖层的套阀管组件的结构示意图；
[0019]图2a是连接插口的制作过程图:
[0020]图2b是套阀基管之间的连接关系图；
[0021]图3是出浆环的细节结构图；
[0022]图4是位于孔底的底部套阀管的形成结构图；
[0023]图5是本发明的双层胶囊式灌浆塞的结构示意图；
[0024]图6是本发明双液灌浆塞的结构示意图；
[0025]图7是本发明的跟管起吊提引装置的结构示意图；
[0026]图8是跟管的结构示意图。
[0027]附图标记说明:10_套阀基管；11-底部套阀管；12-普通套阀管；2-出浆环；21-出浆孔；22_弹性箍圈；23_固定带；3_连接插口 ；31_切缝；4_进浆管；41_进浆口 ；42-出浆口 ；51_膨胀胶囊；52-保护胶囊；53-紧固圈；61_进水口 ；62_卡套接头；7-水泥浆液灌浆管；71_膨胀卡塞；8_水玻璃灌浆管；81-PVC管；91_跟管；911_外螺纹；92_提引套管；921-内螺纹；93_提手。
【具体实施方式】
[0028]本发明提供一种深厚覆盖层套阀管法可控灌浆方法，包括以下步骤:安装好钻孔设备，实现跟管钻进一次成钻孔，利用同步下放到钻孔内的跟管形成作业孔；在作业孔内安装套阀管组件；向套阀管组件与跟管之间的环状间隙中灌注套壳浆料，直到套壳浆料从孔口溢出，以便将套阀管组件固定在作业孔中间；在灌注套壳浆料之后，从钻孔中取出所述跟管，使套壳浆料与地层接触；在套壳浆料未完全凝结之前，通过将灌浆塞自下而上分段卡塞至套阀管组件内，将灌浆浆料从套阀管组件的出浆孔经由套壳浆料横向灌入地层内；其中，在将灌浆浆料灌入地层内期间，通过灌注不同浓度灌浆浆料，实施可控复合灌浆。
[0029]其中，本发明深厚覆盖层套阀管法可控灌浆方法通过对钻孔孔深多55m，孔径^ 127mm的深厚覆盖层钻孔为例说明，但不限于此，可以根据施工具体情况选用本发明的可控灌浆方法。下面通过具体实施例对本发明进行详细说明。
[0030]具体的，实现跟管钻进一次成钻孔，利用同步下放到钻孔内的跟管形成作业孔的步骤包括:通过采用至少两种钻具交替进行跟管钻进一次成钻孔作业，形成由下放的跟管围成的作业孔，其中，在所述的采用至少两种钻具交替进行跟管钻进一次成钻孔作业期间，下放至少两种材质的跟管；搭配好钻具和跟管材质以后，安装钻孔设备；安装好钻孔设备后，开始钻孔，实现跟管同步跟进一次成钻孔。
[0031]为确保钻孔质量，降低孔故率的发生，在各施工阶段对钻具及跟管进行了合理优化搭配。下面通过具体实施例进行详细说明。
[0032]钻具作为跟管钻进的重要组成部分，位于钻杆底部，与钻杆连接，在动力作用下冲击地层，实现钻进。不同的施工地层深度，选择不同的钻具，对提高钻孔功效、降低施工成本极为重要。根据工程需要，钻具选择偏心钻和同心钻，偏心钻和同心钻在不同地层深度交替使用。
[0033]具体的，当钻孔深度 < 1m时，选择偏心钻钻进。由于钻孔过程中要进行孔斜控制，而开孔钻进阶段进行孔斜控制是作为钻孔过程中全孔孔斜控制的基础，尤为重要。因此，为了做好开孔钻进阶段的孔斜控制，当钻孔深度< 1m时的开孔钻进阶段选择偏心钻缓慢钻进。具体过程为:首先，偏心钻的中心导向钻头进行开孔；然后，偏心钻的偏心块反复修整中心导向钻头所开孔的孔壁，调整孔状。该过程有效保证了钻孔垂直度，为后续钻孔的孔斜控制奠定了基础。
[0034]当钻孔深度> 1m且< 30m时，选择同心钻钻进。钻进过程阶段，为了提高钻孔功效，经工程实践，大于1m以上孔段钻孔，将偏心钻改为同心钻，可以快速成孔。
[0035]当钻孔深度> 30m且彡55m时，选择偏心钻钻进。由于同心钻的成孔空间小，随着钻孔深入，跟管越来越紧，孔故发生几率增加，为了便于过程孔故处理，使跟管保持一定的松动状态，大于30m直到终孔孔深，换为偏心钻钻进。按照上述方式，合理搭配使用，高质高效完成施工任务。
[0036]钻孔使用的跟管，作为覆盖层钻进的护壁管，目的避免覆盖层钻进过程中出现塌孔故障，确保覆盖层钻孔施工能够顺利完成。作为钻孔施工中的重要组成部件，选择适宜的跟管材质，可降低钻孔孔故率的发生，避免跟管断裂，因此，本发明在位于钻孔最底层的两根跟管选用经过调质热处理的钢材，连接在最底层的两根跟管以上的跟管选用微合金化的非调质钢。
[0037]具体的，经过调质热处理的钢材利用整管调质热处理炉(炉温控制在±5°C以内)对材料进行了调质热处理，使该材料具备高强度(全长屈服强度极差< 50MPa)，可满足深孔钻探对材料尚强尚初性能要求O
[0038]微合金化的非调质钢的组织为贝氏体，具有很高的耐磨性和较高的强度，价格适宜，可满足一般地质钻探需求。
[0039]经过调质热处理的钢材与微合金化的非调质钢相比，屈服强度指标提升60%，抗拉强度指标提升17%，冲击功提升157%，硬度平均提高7HRC。综上所述，针对跟管断裂事故发生的主要原因，结合两种管材的性能分析，因此，为了充分利用两种管材的优点，钻孔过程中，将两种跟管进行了组合搭配使用，即两节经过调质热处理的钢材作为跟管下面部分，在第三节以上采用微合金化的非调质钢连接，两种不同性能的管材结合后，能更好发挥两者的优点和特点，有效降低了跟管断裂事故的发生，直接提高施工效率，降低材料使用成本。
[0040]此外，为了防止跟管断裂事故发生，钻孔过程中要进行孔斜控制，保证钻孔的垂直度，其工艺包括:开孔钻进阶段进行孔斜控制；钻孔过程中要不断进行孔斜测量；钻孔设备安装要稳固。
[0041]具体的，开孔钻进阶段进行孔斜控制的工艺包括:开孔钻进阶段选择偏心钻缓慢钻进；钻杆立轴和位于孔口的跟管中心轴轴向应与预设孔向保持一致，以保证钻孔方向准确。
[0042]具体的，钻孔过程中要不断进行孔斜测量的步骤为:钻孔过程中使用无线有储式数字陀螺测斜仪进行孔斜测量，测斜频次至少应满足:0?1m孔深范围内，每5m测一次；10?30m孔深范围内，每1m测一次；45m孔深以下，每15m测一次；终孔后系统检测一次，如发现钻孔偏斜超过规定时，应及时纠偏。
[0043]本发明钻孔设备选择液压驱动。
[0044]其中，实现跟管钻进一次成钻孔以后，在作业孔内安装套阀管组件。下面结合附图进行详细说明。
[0045]本发明用于深厚覆盖层的套阀管组件，由连接在一起的多根套阀管构成，连接在一起的多根套阀管上每间隔一个预定距离设置一个出浆环2，具体实施时，相邻出浆环2之间的预定距离为300mm，该预定距离可以根据工程实际进行调整。多根套阀管由用于安置在深厚覆盖层孔底的底部套阀管11和连接在底部套阀管11上方的数根普通套阀管12组成，底部套阀管11和普通套阀管12包括:套阀基管10 ;设置在套阀基管10上的出浆环2 ;其中，底部套阀管11和位于其上方的普通套阀管12以及普通套阀管12之间通过连接插口3焊接在一起。
[0046]如图3和4所示，制作底部套阀管11的步骤包括:选择材质为金属的套阀基管10 ;在套阀基管10上制作出浆环2，该出浆环2在灌浆塞的配合下，可实现使浆液从套阀管内部进入套阀管外部，而阻止套阀管外部的浆液进入套阀管内部；制作底部套阀管11的套阀基管10的底端结构。
[0047]具体的，由于本发明的套阀管组件针对深厚覆盖层制作，当钻孔孔径为146mm时，底部套阀管11的套阀基管10的管径选择为89mm，底部套阀管11的套阀基管10为低碳钢管。
[0048]如图4所示，底部套阀管11的套阀基管10的底端结构为封闭结构。优选为锥形。制作底部套阀管11的套阀基管10的底端结构的步骤包括:将底部套阀管11的底端管长为10mm的部分分割成四部分；将分割成的四部分合拢并焊接成锥形，使锥形的底端封闭。
[0049]如图3所示，底部套阀管11上的每个出浆环2包括:沿套阀基管10周向布置的多个出浆孔21，具体实施时，出浆孔21 —般开设3?5个，多个出浆孔可以大幅度降低灌浆过程中出浆孔被堵塞的概率，有效保证后续开环、灌浆施工的顺利进行；包裹多个出浆孔21的弹性箍圈22 ;缠绕在弹性箍圈22上下两端并将弹性箍圈22固定在套阀基管10上的固定带23，用于防止弹性箍圈22在套阀管下设的过程中滑落。
[0050]弹性箍圈22的直径要小于套阀基管10的直径I?3mm，使得弹性箍圈22可以包裹在套阀基管10上。具体施工时，弹性箍圈22选择弹性适宜的橡皮箍，既可以保证在一定压力下可以开环灌浆，又可以避免在压力作用下被破坏而失去止浆功能或者不能重复使用。优选的，套阀基管10的管径为89mm时，橡皮箍的直径可以选择为87mm。
[0051]本实施例优选固定带23为胶带，实施时，在橡皮箍的上下两端各缠绕4?5圈，既起到好的固定效果，又不影响开环。优选的，当橡皮箍宽度为80_时，胶带的宽度为18_，胶带缠绕时与套阀基管10和橡皮箍各搭接一半，搭接套阀基管9mm，搭接橡皮箍9mm。
[0052]具体的，普通套阀管12与底部套阀管11的套阀基管的材质和孔径选择一致。在普通套阀管12的套阀基管10上制作完成的出浆环2的结构也与在底部套阀管11的套阀基管上制作出浆环2的结构一致，不再详述。
[0053]如图2a所示，连接插口 3的制作步骤为:选择材质为金属且长度为1mm的套管；在该套管的管壁上沿轴向加工出一条切缝31。优选的，选择与套阀基管管径相同的套管，在套管上加工出切缝以后，可以根据需要调节直径，调节好直径以后，先将连接插口的一端焊接至位于其下部的套阀管，然后再将位于其上部的套阀管焊接在另一端，由于采用焊接固定，即可保证套阀管在下设过程中的垂直度和提高了下设的安全性。由于垂直度的保证，使得套阀管与跟管之间保持一定空隙，便于灌注套壳浆料，利于后续施工的进行。
[0054]其中，在作业孔内安装完套阀管组件以后，向套阀管组件与跟管之间的环状间隙灌注套壳浆料。
[0055]本发明的套壳浆料灌注方法适用于漏失量较大的深厚覆盖层地层，当对漏失量较大的深厚覆盖层地层灌注套壳浆料时，采用灌料双塞对套阀管组件与跟管之间的环状间隙进行分段灌注。本发明采用双塞分段灌注方式，可降低套壳浆料的灌入量，提高套壳浆料灌注质量，既有利于后续灌浆质量，又有利于减少灌浆过程中孔故率的发生。
[0056]实施时，本发明的套壳浆料选用具有特定性能的水泥黏土浆液或水泥膨润土浆液，一般以黏土或膨润土为主，水泥为辅，灌注3天后强度< 0.30Mpa，后期最大强度(0.6Mpa，待套壳浆料凝结，可进 行横向灌浆，即可起到防止灌浆浆液沿孔壁在垂直方向上流动的作用，迫使浆液注入地层。本发明套壳浆料的实际灌注量为理论灌注量的I?3倍，能迅速溢出孔口，提高套壳浆料灌注质量。
[0057]具体的，灌料双塞包括:两个膨胀塞；位于两个膨胀塞之间的注料口，注料口与注料管连接。灌浆时，将两个膨胀塞卡塞至套阀管组件的一个出浆环两侧，使注料口中在高压灌浆压力下挤出的套壳浆料挤开弹性箍圈从出浆孔射出，从而使出浆环开环，向套阀管组件与跟管之间的环状间隙灌注套壳浆料，其步骤包括:
[0058]在跟管钻进和下设套阀管组件完成以后，将灌料双塞卡至套阀管组件底部，使套阀管组件底部的一个出浆环位于灌料双塞的两个膨胀塞之间，从位于两个膨胀塞之间的注料口注入套壳浆料，套壳浆料在高压作用下迫使所述套阀管组件底部的一个出浆环开环，并从所述出浆环的出浆孔射入到跟管和套阀管组件之间的环状间隙内；
[0059]当套壳浆料从所述套阀管组件底部的一个出浆环射出并在跟管和套阀管组件之间的环状间隙上升到一定高度，将灌料双塞卡至套阀管组件中部，使套阀管组件中部的一个出浆环位于灌料双塞的两个膨胀塞之间，从位于两个膨胀塞之间的注料口注入套壳浆料，套壳浆料在高压作用下迫使所述套阀管组件中部的一个出浆环开环，并从所述出浆环的出浆孔射入到跟管和套阀管组件之间的环状间隙内；
[0060]当套壳浆料从所述套阀管组件中部的一个出浆环射出并在跟管和套阀管组件之间的环状间隙上升到一定高度，将灌料双塞卡至套阀管组件上部，使套阀管组件上部的一个出浆环位于灌料双塞的两个膨胀塞之间，从位于两个膨胀塞之间的注料口注入套壳浆料，套壳浆料在高压作用下迫使所述套阀管组件上部的一个出浆环开环，并从所述出浆环的出浆孔射入到跟管和套阀管组件之间的环状间隙内，直到钻孔孔口溢出符合浓度要求的套壳浆料原浆液为止。
[0061]此外，在灌注套壳浆料之后，从钻孔中取出跟管，使套壳浆料与地层接触的步骤包括:从钻孔中取出跟管期间，不断向钻孔内注入套壳浆料，即补料，使套壳浆料填充到取出跟管后形成的孔隙中。
[0062]具体的，补料作为注入套壳浆料辅助工序之一，与起拔跟管相结合，边拔边补。通常跟管起拔时，跟管与套阀管组件之间的套壳浆料会立即发生扩散、坍塌，若补料不及时，则容易造成漏段，致使套阀管组件与地层直接接触，未被套壳浆料固结为密实体，灌浆时在高压力作用下，浆液沿松散薄弱部位流串，包裹弹性箍圈，形成结石体。若频繁补料，影响跟管起拔时间，浆体随时间推移稠度增加，起拔难度增大，时间过长极有可能发生铸管、抱管现象。因此，合理确定跟管起拔与补料时间，既能保证补料质量，又能保证跟管顺利起拔。
[0063]因此，如果深厚覆盖层为渗透性好、漏失量较大的地层，起拔跟管时，每拔I?2根及时填补套壳浆料I次，填补的套壳浆料的浓度要与灌注的套壳浆料的浓度一致。
[0064]如果深厚覆盖层为渗透性差、紧实地层，起拔跟管时，每拔3?4根及时填补套壳浆料I次，填补的套壳浆料的浓度要与灌注的套壳浆料的浓度一致。
[0065]如图7和8所示，本发明起拔跟管使用一种跟管起吊提引装置，包括:与跟管91丝扣连接的提引套管92;固定在提引套管92上的提手93，用于向上提引与提引套管连接的跟管。
[0066]具体的，提引套管92的内壁下端设置用于连接所述跟管91的内螺纹921 ;所述所述跟管91的外壁上端具有用于与所述内螺纹921匹配连接的外螺纹911。
[0067]本发明将提手93选为直径6mm的钢筋，且将提手93全断面焊接在提引套管92上，起吊安全，在具体实施时，也可以根据实际情况调整钢筋的直径以及钢筋与提引套管的连接方式。
[0068]操作时，将跟管91的外螺纹911旋入提引套管2的内螺纹921拧紧，吊车勾住提手93，即可将跟管91吊起。通过跟管与提引套管的丝扣连接，不仅保证连接紧密，且由于丝扣连接，使得跟管与提引套管的轴向一致，从而可以保证跟管起拔中的垂直度，提高起拔速度且可以防止损坏套阀管上的止浆环。
[0069]其中，在套壳浆料未完全凝结之前，开始灌浆，本发明首先通过灌注不同浓度灌浆浆料，对深厚覆盖层实施可控复合灌浆，其步骤包括:按照水泥浆液、混合稳定浆液以及膏状浆液的顺序逐次变浆灌注。
[0070]具体的，按照水泥浆液、混合稳定浆液以及膏状浆液的顺序逐次变浆灌注的步骤为:按照正常比级由稀到浓逐级变浆灌注水泥浆液；当灌注水泥浆液存在强渗漏时，则改用混合稳定浆液按照正常比级由稀到浓逐级变浆进行灌注；当灌注混合稳定浆液存在强渗漏时，则改用膏状浆液按照正常比级由稀到浓逐级变浆进行灌注。
[0071]本发明的混合稳定浆液由水泥、膨润土(或粘土)、粉煤灰组成；膏状浆液由水泥、膨润土(或粘土)、粉煤灰、一定的外加剂组成。
[0072]按照正常比级由稀到浓逐级变浆灌注水泥浆液的原则为:水泥浆液采用水灰比3:1的浆液开灌，浆液变换按照由稀到浓分为3:1、2:1、1: 1、0.8:1、0.5:1五个级别；当注入率大于30L/min时，可根据具体情况越级变浓；改变浆液水灰比后，如灌浆压力突增或吸浆量突然减小，应立即回稀到原水灰比进行灌注；当采用最浓级浆液灌浆而注入率大于30L/min，或者单位注入量累计达到2t而注入率和压力变化不明显时，可改用膏状浆液或混合稳定浆液灌注；变换至稳定浆液或膏状浆液灌注时，按照混合稳定浆液或膏状浆液灌注原贝IJ，进行浆液变级。
[0073]混合稳定浆液或膏状浆液灌注原则为:选择混合稳定浆液起灌时，浆液应为一级混合稳定浆液的稀释浆液，按照以稀释后水固比1:1浆液、混合稳定浆液、膏状浆液的顺序逐次变浆灌注；各级灌浆浆液灌入量达到300?400L/m，而灌浆压力和注入率均无改变或改变不显著(改变不显著可理解为某一级浓度的浆液在灌注一定数量之后，注入率仍大于初始注入率的70% )，应改浓一级；灌浆过程中无压力、注入率大于30L/min时，可考虑越级变浆；膏状浆液灌浆时不得越级变浆；当灌浆压力保持不变，注入率持续减少，或注入率不变而压力持续升高时，应以在灌比级浆液继续灌注，而不应改变浆液比级；改变浆液比级后，如灌浆压力突增或吸浆量突然减小(注入率减小超过50% )，应立即回稀到原浆液比级进行灌注。
[0074]本发明的灌浆结束标准为:对于膏状浆液灌浆，在规定的压力下，单位吸浆量小于2L/min时，继续灌注5min，可结束灌浆；对于混合稳定浆液灌浆，在规定的压力下，单位吸楽.量小于lL/min时，继续灌注lOmin，可结束灌楽；对于水泥楽液灌楽:在规定的压力下，单位吸浆量小于lL/min时，继续灌注30min，可结束灌浆。
[0075]本发明在灌注水泥浆液、混合稳定浆液以及膏状浆液时，采用双层胶囊式灌浆塞，如图5所示，包括:进浆管4，其两端分别连接进浆口 41和出浆口 42 ;包覆在所述进浆管4外围的膨胀胶囊51 ;包覆在所述膨胀胶囊51外围的保护胶囊52，用于隔离所述膨胀胶囊与外界接触以避免划伤，提高耐用性，提高施工进度及质量。其中，所述保护胶囊52的外围还紧固有用于将所述保护胶囊52和膨胀胶囊51压实以形成整体的紧固圈53，防止保护胶囊脱落，可较好的保护膨胀胶囊。其中，所述保护胶囊52厚度为6mm。
[0076]如图5所示，本实施例中紧固圈53为两个且沿保护胶囊52的轴向分别布置在其两端。本发明的紧固圈也可以为多个沿保护胶囊的轴向布置。
[0077]如图5所示，进浆管4的上段固定有卡套接头62，进水口 61通过所述卡套接头62与膨胀胶囊51连通。其中，膨胀胶囊51为橡胶胶囊，其内部均匀布置有单层钢丝，用于加强膨胀胶 囊51的抗压强度。所述保护胶囊52为橡胶胶囊。
[0078]当高压水从进水口 61进入膨胀胶囊51后，膨胀胶囊51膨胀直到其内的压力达到预定压力，此时位于膨胀胶囊51外侧的保护胶囊52也在压力作用下膨胀而与套阀管内侧接触而形成灌浆环境，即可开始灌浆。
[0079]其中，所述保护胶囊52和紧固圈53为可拆卸结构，若保护胶囊一旦损坏，可拆卸更换，重新压实紧固圈，使得水压塞可提高利用率和耐用性。
[0080]其中，在将不同浓度的水泥浆液、混合稳定浆液以及膏状浆液的灌浆浆料灌入地层期间，实时检测灌浆压力，当通过实时检测灌浆压力，确定所灌注的不同浓度灌浆浆料存在强渗漏，而无法结束灌浆时，进行双液灌浆作业。
[0081]具体的，双液灌浆作业包括:将包含水泥浆液灌浆管和水玻璃灌浆管的双液灌浆塞安装到套阀管组件内；利用所述水泥浆液灌浆管，首先灌注一定量的水泥浆液；灌注完一定量的水泥浆液以后，经由位于水泥浆液灌浆管内部的水玻璃灌浆管开始灌注水玻璃，并持续灌注水泥浆液，使水玻璃与水泥浆液汇合后灌入到地层。
[0082]如图6所示，双液灌浆塞，包括:水泥浆液灌浆管1，用于水泥浆液的灌注通道；位于水泥浆液灌浆管I内部的水玻璃灌浆管2，用于水玻璃的灌注通道；位于水泥浆液灌浆管I外侧的膨胀卡塞71，用于在套阀管组件内安装双液灌浆塞时卡塞在套阀管组件内壁上；其中，水玻璃灌浆管2的长度长于水泥浆液灌浆管I的长度，使双液始终保持在灌浆塞以下的一段距离混合，避免铸塞。
[0083]本发明的双液灌浆作业的具体操作步骤为:
[0084]首先，连接好管路系统，将膨胀卡塞71卡塞在套阀管组件内壁上，然后打开水泥浆液灌浆管1，向水泥浆液灌浆管I内灌注水泥浆液200?300L ;接着，打开水玻璃灌浆管2，向水玻璃灌浆管2内灌注水玻璃，灌注水玻璃的压力要与灌注水泥浆液的压力保持一致；其中，在水玻璃和水泥浆液的灌注压力保持一致的状态下持续灌注水泥浆液和水玻璃一定时间，在灌注过程中，当水泥浆液和水玻璃流量变小，且压力升高较快时，关闭水玻璃灌浆管2，水泥浆液继续灌注100-200L，结束灌浆。
[0085]灌注的开始阶段，水泥浆液和水玻璃的灌浆压力为0.2?0.3MPa，当需要增大灌注压力，必须同步增大水泥浆液和水玻璃的灌浆压力。
[0086]优选的，本发明水泥楽液和水玻璃的总灌注体积比为1:1。
[0087]本发明一方面采用首先灌注水泥浆液，其次再灌注水玻璃的方法，使得在灌注水玻璃时水泥浆液已经存浆很少，不会上涌，另一方面使水玻璃灌浆管2的下段伸出水泥浆液灌浆管5?9m，使水玻璃尽量远离灌浆塞底部，使得双液混合始终保持在灌浆塞以下的安全地带，不至于威胁到灌浆塞而铸塞。
[0088]本发明采用双液泵或者比例泵灌注水玻璃和水泥浆液，以保证水玻璃和水泥浆液的灌注压力保持一致。
[0089]本发明的水玻璃灌浆管I的下段为PVC管，报废后更换方便。
[0090]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。
【主权项】
1.一种深厚覆盖层套壳浆料的灌注方法，其特征在于包括以下步骤: 安装好钻孔设备，实现跟管钻进一次成钻孔，利用同步下放到钻孔内的跟管形成作业孔； 在所述作业孔内安装套阀管组件； 向套阀管组件与跟管之间的环状间隙中灌注套壳浆料，直到套壳浆料从孔口溢出，以便将套阀管组件固定在作业孔中间； 在灌注套壳浆料之后，从钻孔中取出所述跟管，使所述套壳浆料与地层接触。
2.如权利要求1所述的深厚覆盖层套壳浆料的灌注方法，其特征在于，所述的从钻孔中取出所述跟管，使所述套壳浆料与地层接触的步骤包括:从钻孔中取出所述跟管期间，不断向钻孔内注入套壳浆料，使套壳浆料填充到取出所述跟管后形成的孔隙中。
3.如权利要求2所述的深厚覆盖层套壳浆料的灌注方法，其特征在于，向套阀管组件与跟管之间的环状间隙灌注套壳浆料采用灌料双塞进行分段灌注。
4.如权利要求3所述的深厚覆盖层套壳浆料的灌注方法，其特征在于，所述向套阀管组件与跟管之间的环状间隙灌注套壳浆料采用灌料双塞进行分段灌注的步骤包括: 将灌料双塞卡至套阀管组件底部，使套阀管组件底部的一个出浆环位于灌料双塞的两个膨胀塞之间，从位于两个膨胀塞之间的注料口注入套壳浆料，套壳浆料在高压作用下迫使所述套阀管组件底部的一个出浆环开环，并从所述出浆环的出浆孔射入到跟管和套阀管组件之间的环状间隙内； 当套壳浆料从所述套阀管组件底部的一个出浆环射出并在跟管和套阀管组件之间的环状间隙上升到一定高度，将灌料双塞卡至套阀管组件中部，使套阀管组件中部的一个出浆环位于灌料双塞的两个膨胀塞之间，从位于两个膨胀塞之间的注料口注入套壳浆料，套壳浆料在高压作用下迫使所述套阀管组件中部的一个出浆环开环，并从所述出浆环的出浆孔射入到跟管和套阀管组件之间的环状间隙内； 当套壳浆料从所述套阀管组件中部的一个出浆环射出并在跟管和套阀管组件之间的环状间隙上升到一定高度，将灌料双塞卡至套阀管组件上部，使套阀管组件上部的一个出浆环位于灌料双塞的两个膨胀塞之间，从位于两个膨胀塞之间的注料口注入套壳浆料，套壳浆料在高压作用下迫使所述套阀管组件上部的一个出浆环开环，并从所述出浆环的出浆孔射入到跟管和套阀管组件之间的环状间隙内，直到钻孔孔口溢出符合浓度要求的套壳浆料原浆液为止。
5.如权利要求2所述的深厚覆盖层套壳浆料的灌注方法，其特征在于，所述从钻孔中取出所述跟管期间，不断向钻孔内注入套壳浆料的步骤包括:如果深厚覆盖层为渗透性好、漏失量较大的地层，起拔跟管时，每拔I?2根及时填补套壳浆料I次，所述填补的套壳浆料的浓度要与灌注的套壳浆料的浓度一致。
6.如权利要求2所述的深厚覆盖层套壳浆料的灌注方法，其特征在于，所述从钻孔中取出所述跟管期间，不断向钻孔内注入套壳浆料的步骤包括:如果深厚覆盖层为渗透性差、紧实地层，起拔跟管时，每拔3?4根及时填补套壳浆料I次，所述填补的套壳浆料的浓度要与灌注的套壳浆料的浓度一致。
7.如权利要求1至6任一所述的深厚覆盖层套壳浆料的灌注方法，其特征在于，所述套壳浆料的实际灌注量为理论灌注量的I?3倍。
8.如权利要求7所述的深厚覆盖层套壳浆料的灌注方法，其特征在于，所述理论灌注量的体积等于跟管和钻孔孔壁之间的环状间隙的体积。
9.如权利要求8所述的深厚覆盖层套壳浆料的灌注方法，其特征在于，所述套壳浆料是水泥黏土浆液或水泥膨润土浆液。
【专利摘要】本发明公开了一种深厚覆盖层套壳浆料的灌注方法，包括以下步骤：安装好钻孔设备，实现跟管钻进一次成钻孔，利用同步下放到钻孔内的跟管形成作业孔；在所述作业孔内安装套阀管组件；向套阀管组件与跟管之间的环状间隙中灌注套壳浆料，直到套壳浆料从孔口溢出，以便将套阀管组件固定在作业孔中间；在灌注套壳浆料之后，从钻孔中取出所述跟管，使所述套壳浆料与地层接触。本发明采用双塞分段灌注方法，并与起拔跟管紧密配合，提高套壳浆料灌注质量，从而有利于后续灌浆质量，减少灌浆过程中孔故率的发生，保证施工顺利完成。
【IPC分类】E02D15-00
【公开号】CN104711986
【申请号】CN201510114052
【发明人】李文书, 肖恩尚, 袁冲, 孙亮, 闫建国, 赵飞
【申请人】中国水电基础局有限公司
【公开日】2015年6月17日
【申请日】2015年3月16日
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