喀斯特地区高压群孔置换灌浆方法及其结构.pdf

本发明公开了一种喀斯特地区高压群孔置换灌浆方法及其结构，它是在溶洞区（1）的上方设置灌浆廊道或平洞（2），在灌浆廊道或平洞（2）向溶洞区（1）布设钻孔（3），钻孔（3）的下端位于溶洞区（1）中，将钻孔（3）所在范围划分为置换进口区（4）和置换出口区（5）；在置换进口区（4）的钻孔（3）中高压注入质量比为0.5:1的掺砂水泥浆，将溶洞充填全部或大部分从置换出口区（5）的钻孔（3）中挤出，待凝24h～36h后再采取常规水泥灌浆方法进行灌注。本发明可解决喀斯特地区的中小型充填型溶洞等地质缺陷地段的灌浆问题，具有方法简单、能大幅度提高施工期、费用低、效果显著、能保证灌浆质量等优点。

1.  一种喀斯特地区高压群孔置换灌浆方法，其特征在于：在溶洞区（1）的上方设置灌浆廊道或平洞（2），在灌浆廊道或平洞（2）向溶洞区（1）布设钻孔（3），钻孔（3）的下端位于溶洞区（1）中，将钻孔（3）所在范围划分为置换进口区（4）和置换出口区（5）；在置换进口区（4）的钻孔（3）中高压注入质量比为0.5:1的掺砂水泥浆，将溶洞充填全部或大部分从置换出口区（5）的钻孔（3）中挤出，待凝24h～36h后再采取常规水泥灌浆方法进行灌注。

2.  根据权利要求1所述的喀斯特地区高压群孔置换灌浆方法，其特征在于该方法包括如下步骤：
1）利用灌浆孔、先导孔或物探手段查明溶洞区（1）中溶洞的发育规模、充填物的性质、顶底板孔深高程；
2）将溶洞区（1）内所有灌浆孔按设计要求的灌浆次序施工至溶洞顶板以上1～2m后，再钻入溶洞底板以下完整基岩1～2m；
3）确定置换进口区（4）和置换出口区（5），并确定可作为置换进口区（4）和置换出口区（5）的钻孔（3）的灌浆孔，然后在所有钻孔（3）的孔口处安装孔口密封器，其中置换出口区（5）的钻孔（3）上的孔口密封器上的阀门处于打开状态；
4）将高压砂浆泵上的高压胶管与置换进口区（4）的孔口密封器相连，并加压向孔内注入水灰比为0.5:1水泥浆；
5）当置换出口区（5）的钻孔（3）孔口出现溶洞充填物时，置换进口区（4）的钻孔（3）内注入物调整为掺砂水泥浆，掺砂比为10%、20%、30%三级，且按从小至大逐级向水泥浆内掺入；
6）当置换出口区（5）的钻孔（3）孔口出现水泥浆时，暂停置换操作；将置换出口区（5）的钻孔（3）上的孔口密封器阀门关闭后再继续灌注掺砂水泥浆，直至进口钻孔注入率不大于5L/min即可结束置换，并待凝36h～48h；
7）达到待凝时间后，对溶洞区（1）内按常规灌浆方法按次序进行补强灌浆。

3.  根据权利要求2所述的喀斯特地区高压群孔置换灌浆方法，其特征在于：步骤3）确定置换进口区（4）和置换出口区（5）的钻孔（3）的原则是：当溶洞发育为水平或近水平方向时，溶洞区（1）内的灌浆孔均可作为置换进口区（4）和置换出口区（5）的钻孔（3）；
当溶洞发育为倾斜方向时，溶洞区（1）内低高程的灌浆孔作为置换进口区（4）的钻孔（3）。

4.  一种适用于喀斯特地区的群孔置换灌浆结构，其特征在于：在溶洞区（1）的上方设置灌浆廊道或平洞（2），在灌浆廊道或平洞（2）向溶洞区（1）布设钻孔（3），钻孔（3）的下端位于溶洞区（1）中，将钻孔（3）所在范围划分为置换进口区（4）和置换出口区（5）；在所有钻孔（3）的孔口处安装有孔口密封器。

5.  根据权利要求2所述的适用于喀斯特地区的群孔置换灌浆结构，其特征在于：钻孔（3）的孔距为2～2.5m。

喀斯特地区高压群孔置换灌浆方法及其结构
技术领域
本发明涉及喀斯特岩溶地质处理方法，具体涉及一种喀斯特地区高压群孔置换灌浆方法及其结构。
背景技术
喀斯特地形是指具有溶蚀力的水对可溶性岩石进行溶蚀等作用所形成的地表和地下形态的总称。水以溶蚀作用为主，还包括流水的冲蚀、浅蚀，以及坍陷等机械侵蚀过程。
在喀斯特地区修建水利水电工程，其水库喀斯特渗漏是主要工程问题之一，选用合适且有效的防渗方案关系到水库能否正常蓄水。目前喀斯特地区防渗灌浆处理工程以水泥灌浆为主。在灌浆施工过程中，经常会遇到大大小小的充填粘土、砂质粘土的溶洞，采用常规的灌浆方法达不到设计要求。现行规范（DL/T5148-2012）中虽然充填型溶洞灌浆有专门要求，即可采用高压灌浆、高压旋喷灌浆、低压，浓浆，限流，限量，间歇等工程措施，但在实际施工过程中这些方法往往存在施工期长、费用高、防渗效果较差等缺点。
当灌浆孔遇到粘土、砂质粘土等充填的溶洞时，经常出现塌孔、卡钻、埋钻、串孔漏浆等问题，除了吸浆量非常大外，还严重影响施工进度及施工质量，虽然采用常用灌浆措施处理有一定效果，但是当重新施工至该溶洞段后，其施工用水往往又将其性状恶化，又不得不重复进行灌浆，如此往复多次，造成了灌浆材料的极大浪费，且还达不到理想的处理效果。
因此，对于该类地质缺陷的处理，现有技术中依然没有理想的技术方案。
发明内容
本发明的目的在于为解决现有技术中对喀斯特岩溶地区的工程防渗灌浆处理的问题，提供一种喀斯特地区高压群孔置换灌浆方法。
本发明的技术方案是这样的：
它采用了这样一种灌浆结构：在溶洞区的上方设置灌浆廊道或平洞，在灌浆廊道或平洞向溶洞区布设钻孔，钻孔的下端位于溶洞区中，将钻孔所在范围划分为置换进口区和置换出口区；在区域内的钻孔的孔口处安装有孔口密封器。钻孔的孔距为2～2.5m。灌浆时，在置换进口区的钻孔中高压注入质量比为0.5:1的掺砂水泥浆，将溶洞充填全部或大部分从置换出口区的钻孔中挤出，待凝24h～36h后再采取常规水泥灌浆方法进行灌注。
具体的，该群孔置换灌浆方法包括如下步骤：
1）利用灌浆孔、先导孔（一般为灌浆先导孔或Ⅰ序灌浆孔）或物探手段查明溶洞区中溶洞的发育规模、充填物的性质、顶底板孔深高程；
2）将溶洞区内所有灌浆孔按设计要求的灌浆次序施工至溶洞顶板以上1～2m后，再钻入溶洞底板以下完整基岩1～2m；
3）确定置换进口区和置换出口区，并确定可作为置换进口区和置换出口区的钻孔的灌浆孔，然后在所有钻孔的孔口处安装孔口密封器，其中置换出口区的钻孔上的孔口密封器上的阀门处于打开状态；
也就是将现有的灌浆孔作为置换灌浆的钻孔，而可以不用进行二次钻孔。但并非所有的已有的灌浆孔都能作为本发明的置换灌浆的钻孔，确定置换进口区和置换出口区的钻孔的原则是：
当溶洞发育为水平或近水平方向时，溶洞区内的灌浆孔均可作为置换进口区和置换出口区的钻孔；
当溶洞发育为倾斜方向时，溶洞区内低高程的灌浆孔作为置换进口区的钻孔。
4）将高压砂浆泵上的高压胶管与置换进口区的孔口密封器相连，并加压向孔内注入水灰比为0.5:1水泥浆，灌浆压力控制在4～6MPa；
5）当置换出口区的钻孔孔口出现溶洞充填物时，置换进口区的钻孔内注入物调整为掺砂水泥浆，掺砂比（水泥重量比）为10%、20%、30%三级，且按从小至大逐级向水泥浆内掺入；
6）当置换出口区的钻孔孔口出现水泥浆时，暂停置换操作；将置换出口区的钻孔上的孔口密封器阀门关闭后再继续灌注掺砂水泥浆，直至进口钻孔注入率不大于5L/min即可结束置换，并待凝36h～48h；
7）达到待凝时间后，对溶洞区内按常规灌浆方法按次序进行补强灌浆，直到通过该溶洞灌段。
采用本发明在喀斯特地区粘土及砂质粘土充填的溶洞地段进行灌浆时，合理利用灌浆孔（不增加工程量）置换溶洞充填物，能快速有效地达到设计要求，同时也能大幅度提高施工工效和减少灌浆材料浪费。本发明的高压置换灌浆方法是针对高度小于5m的充填型溶洞的一种快速、经济、高效的灌浆处理技术，具有方法简单（使用现场灌浆设备和作业人员，不需要增加特殊施工设备和特种作业人员）、能大幅度提高施工期、费用低、效果显著、能保证灌浆质量等优点。
本发明以一种全新的思路，以简单、高效的方式解决了喀斯特地区的中小型充填型溶洞等地质缺陷地段的灌浆问题。
附图说明     

图1为本发明的群孔置换灌浆平面结构示意图；
图2为图1中的A-A剖面示意图。
附图标记说明：1-溶洞区，2-灌浆廊道或平洞，3-钻孔，4-置换进口区，5-置换出口区。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。
看图1和图2，其中图1展示了本发明的这种灌浆结构的平面示意图，而图2展示了图1中的A-A剖面示意图，从图2中可以看到，该溶洞区1的发育方向近似于水平方向，略向右下方倾斜，本发明是在溶洞区1的上方设置灌浆廊道或平洞2，在灌浆廊道或平洞2向溶洞区1布设钻孔3，可利用前一个工序中已钻好的I序灌浆孔作为钻孔3，钻孔3的下端位于溶洞区1中；确定了钻孔3后，将钻孔3所在范围划分为置换进口区4和置换出口区5。
图2中左边部分为置换出口区5，右边部分为置换进口区4，而从图2中可以看到，右边的置换进口区4的溶洞高程比左边要低，因此将右边作为置换进口区4，这样比较利用右边灌入的水泥浆将左边部分溶洞内的充填物从左边部分的钻孔3中完全挤出；另外，在钻孔3的孔口处安装有孔口密封器，这样将置换进口区4的钻孔3的孔口封闭，而在置换出口区5的孔口敞开，这样水泥浆在高压作用下，在溶洞中只能从置换进口区4向置换出口区5的方向流动，最终将溶洞中的充填物从置换出口区5的钻孔3的孔口挤出。
从图1中可以看到，钻孔3在溶洞区1的发育范围内均匀布置，根据溶洞区1的发育范围选择梅花形布置或如图1所示的两排交错布置，优选的，钻孔3的孔距为2～2.5m。
实施例1：
某水电站下平洞帷幕灌浆试验区的充填型溶洞，充填物主要为粘土，易出现多孔相通（串水、串浆）现象，多孔经过多次复灌均无法达到设计要求，采用本发明的方法进行处理，处理完成后经灌浆检查孔检查即可满足设计要求。
当然，以上只是本发明的具体应用范例，本发明还有其他的实施方式，凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明所要求的保护范围之内。