專利名稱：用于封堵高壓地下水的混合灌漿裝置及其混合法灌漿工藝的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種混合法灌漿在高壓地下水處理中的施工工藝。適用于巖溶突水地層、水庫壩基(堤)管涌、線狀流水，透水性斷層帶，溶蝕裂隙中的集中涌水、噴水等堵漏加固處理。
背景技術：
目前，國內大型的地下硐室的施工中，如何處理施工過程中高壓地下水的危害，已經成為目前乃至今后施工中的關鍵技術問題之一。對高壓地下水進行灌漿處理，通常采用化學灌漿、水泥灌漿、水泥-水玻璃雙液灌漿，化學灌漿存在對環境有污染，灌漿效果不明顯，成本偏高等問題，而雙液灌漿目前采用的方法是各自獨立地往鉆孔中灌，不僅在漿液凝固時間上難以控制，特別是在高壓地下水灌漿處理中，來不及凝固的雙液漿極易被高壓水射流稀釋沖走，達不到預期的灌漿目的。

發明內容
本發明要解決的技術問題是提供一種混合法灌漿在高壓地下水處理中的施工工藝，它利用水泥漿液與水玻璃孔外混合技術，來控制漿液凝固時間，在高壓地下水和不良地質條件下，確保水泥漿液不會分散，從而達到對地下水灌漿封堵的目的。
本發明所采用的技術方案是用于封堵高壓地下水的混合灌漿裝置，其特征在于所述高速攪拌機與儲漿桶連通，該儲漿桶的另一端通過閥門B與三通A相連，該三通的另一入口通過閥門A與貯水桶相連，三通A出口處連接有一高壓泥漿泵，其輸出端與三通B相連，該三通的一個輸出端通過回漿閥門a與儲漿桶連通，三通B的另一個輸出端依次通過閥門C、壓力表P、流量表A連接到分配器的輸入端，分配器的另一個輸入端依次通過閥門D、壓力表Q、流量表B與三通C的輸出端連通，三通C的輸入端通過變頻泵與水玻璃桶底部相連，三通C的另一個輸出端通過回漿閥門b連通到水玻璃桶的頂部，所述分配器的輸出端依次連接有靜態混合器、單向閥、流量表C和三通D，三通D的一個輸出端依次通過閥門F、壓力表R與模袋止漿塞相連，其另一個輸出端通過閥門E連接到棄漿口。
所述模袋止漿塞包括射漿管、包裹其中間段的模袋，所述模袋與射漿管之間的空隙內還裝有一模袋進漿軟管，該模袋進漿軟管一端裝有一用于支撐軟管的硬管接頭，另一端分別裝有相互連通的水玻璃進口和水泥濃漿進口，所述模袋兩端分別用鐵絲和模袋封口密封。
所述模袋的材料為無紡布。
一種用混合灌漿裝置封堵高壓地下水的混合法灌漿工藝，其特征在于該工藝包括下列步驟A)、首先將可使出水鉆孔孔口封死的模袋止漿塞塞入已鉆成的鉆孔中，用高壓泥漿泵和高壓變頻泵分別在水泥漿進口和水玻璃進口處注入以一定比例配置的水泥漿和水玻璃，使與鉆孔直徑相同的無紡布模袋在孔內膨脹，等待3～5小時，讓孔口止漿塞凝固；B)、灌漿開始，關閉出漿管閥門F，測定地下水壓力，一般灌漿壓力應高于地下水壓力2Mpa；C)、開啟高壓泥漿泵，關閉閥門A，開啟閥門B，關閥回漿閥a，開啟閥門C，關閉閥門E，先送水泥漿進入模袋止水塞的射漿管；D)、開啟高壓變頻泵，關閉回漿閥門b，開啟閥門D，將水玻璃送至分配器，在靜態混合器內與水泥漿充分混合，進入模袋止水塞的射漿管；E)、當雙漿液進入止漿塞主射漿管后，先把出漿管閥門F關閉，打開棄漿管閥門E，讓前面較稀的漿液從棄漿口流走，待出濃漿后，關閉棄漿管閥門E，打開出漿管閥門F，通過模袋止漿塞中的射漿管往鉆孔中灌漿，直至止住出水點為止。
所述靜態混合器出口到射漿管的出口距離L與雙液漿的流速v之比t應大于或等于雙液漿自流出混合室至凝固堵管的時間。
所述水泥漿∶水玻璃的體積百分比為1∶0.2～1∶1；凝膠時間為1.9秒～56秒。
本發明的有益效果是可以采用較為廉價的水泥漿液與水玻璃，在工業上用于化學反應的靜態混合器中孔外混合，使水泥-水玻璃在進入地層前已經充分混合并初步反應，再灌注到基巖孔隙中，在高壓地下水和不良地質條件下，確保雙液漿不會被高壓孔隙水迅速沖散，從而使膏狀或流塑狀的漿液快速將出水通道封堵，達到灌漿封堵的目的。


圖1是本發明灌漿設備的系統簡圖。
圖2是本發明模袋止漿塞的結構圖。
圖3是本發明的工藝流程圖。
具體實施例方式
本實施例采用的是最常用的灌漿材料，水泥和水玻璃，水泥堅固耐磨，是最常用的灌漿材料，水玻璃與水泥混合可以加速漿液凝固。
本發明用于封堵高壓地下水的混合灌漿裝置見圖3，該裝置實際上是由多臺設備組成的系統，含有高速攪拌機1，它與水泥儲漿桶2連通，該儲漿桶的另一端通過閥門B5與三通A相連，該三通的另一入口通過閥門A4與貯水桶3相連，三通A出口處連接有一高壓泥漿泵6，其輸出端與三通B相連，該三通的一個輸出端通過回漿閥門a7與儲漿桶2頂部連通，三通B的另一個輸出端依次通過閥門C9、壓力表P11、流量表A12連接到分配器16的輸入端，分配器16的另一個輸入端依次通過閥門D18、壓力表Q15、流量表B14與三通C的輸出端連通，三通C的輸入端通過變頻泵13與水玻璃桶8底部相連，三通C的另一個輸出端通過回漿閥門b10連通到水玻璃桶8的頂部，所述分配器16的輸出端依次連接有靜態混合器17、單向閥21、流量表C20和三通D，三通D的一個輸出端依次通過閥門F22、壓力表R23與模袋止漿塞25相連，其另一個輸出端通過閥門E19連接到棄漿口24。
所述模袋止漿塞25見圖2，它包括射漿管25-5、包裹其中間段的模袋25-3，所述模袋25-3與射漿管25-5之間的空隙內還裝有一模袋進漿軟管25-6，該模袋進漿軟管一端裝有一用于支撐軟管的硬管接頭25-2，另一端分別裝有相互連通的水玻璃進口25-4和水泥漿進口25-8，所述模袋25-3兩端分別用鐵絲25-1和模袋封口25-7密封。所述模袋25-3的材料采用無紡布。
參見圖1，本例采用上述混合灌漿裝置封堵高壓地下水的混合法灌漿工藝包括下列步驟首先，在步驟S10，設備進場安裝，在步驟S11，確定鉆孔方位，緊接著在步驟S12鉆孔，本例的鉆孔的直徑為50mm，在步驟S13，制作與安裝模袋止漿塞25，將止漿塞25塞入已鉆成的鉆孔中，用高壓泥漿泵6和高壓變頻泵13分別在水泥漿進口25-8和水玻璃進口25-4處注入以一定比例配置(大約水泥漿4水玻璃1)的水泥漿和水玻璃，使與鉆孔直徑相同的無紡布模袋25-3在孔內膨脹，模袋與孔壁的磨擦力能有效阻止高壓灌漿過程中模袋止漿塞不被沖出，在步驟S14，等待4小時，在步驟S15，使孔口止漿塞凝固。本例僅為直徑是50mm的鉆孔模袋止漿塞，在實際操作中可根據鉆孔口徑調整模袋及各種用管的直徑。
在步驟S16，灌漿開始，先關閉出漿管閥門F22，首先測定地下水壓力，而后確定灌漿壓力，一般灌漿壓力為地下水壓力的2倍。該壓力的確定符合動量定理，能將地下水有效地推到基巖孔隙深處。測定水壓力時應在所有主水道封死的情況下測定，如果有裂隙出水，沒有有堵死的情況下可以不測，直接灌注。
開啟高壓泥漿泵6，關閉閥門A4，開啟閥門B5，關閉回漿閥門a7，開啟閥門C9，關閉棄漿管閥門E19，先送水泥漿進入模袋止水塞25的射漿管25-5。
開啟高壓變頻泵13，關閉回漿閥門b10，開啟閥門D18，將水玻璃送至分配器16，在靜態混合器17內與水泥漿充分混合，進入模袋止漿塞25的射漿管25-5。
當雙漿液進入止漿塞主射漿管后，先把出漿管閥門F22關閉，打開棄漿管閥門E19，讓前面較稀的漿液從棄漿口24流走，待出濃漿后，關閉棄漿管閥門E19，打開出漿管閥門F22，通過模袋止漿塞25中的射漿管25-5往鉆孔中灌漿，在步驟S17，判斷是否止住出水點，如判斷結果為“是”，至步驟S18，結束操作；如判斷結果為“否”，轉到步驟S12，重新開始鉆孔。
在灌漿過程中應確保壓力表P11、壓力表Q15及壓力表R23處有人監測。壓力表R處，隨著雙液漿的灌入，壓力會快速增長，隨后下降，記下初始灌漿壓力、最高灌漿壓力及屏漿壓力。流量表A12、B14、C20處均需有正向流量特征，不得出現倒流，如其中任何一只出現倒流，推測可能基巖內水倒壓回系統，或是單向閥失效，高壓泥漿泵6和高壓變頻泵13需及時提高壓力，如果明顯不能阻止倒流，則及時開啟閥門E19，關閉閥門F22，關閉閥門D18和C9，關閉變頻泵，再關閉泥漿泵，查明原因后重新開始。
所述靜態混合器17出口到射漿管25-5的出口距離L與雙液漿的流速v之比t應大于或等于雙液漿自流出混合室至凝固堵管的時間。
對于灌漿材料，特別是堵大流量、高壓力的大涌水來說，漿液凝膠時間是至關重要的。根據試驗資料成果分析，發現凝膠時間有一定的規律性，水泥-水玻璃漿液膠凝時間情況詳見“水泥-水玻璃漿液膠凝時間參數表”。
水泥-水玻璃漿液膠凝時間參數表

權利要求
1.一種用于封堵高壓地下水的混合灌漿裝置，其特征在于所述高速攪拌機(1)與儲漿桶(2)連通，該儲漿桶的另一端通過閥門B(5)與三通A相連，該三通的另一入口通過閥門A(4)與貯水桶(3)相連，三通A出口處連接有一高壓泥漿泵(6)，其輸出端與三通B相連，該三通的一個輸出端通過回漿閥門a(7)與儲漿桶(2)連通，三通B的另一個輸出端依次通過閥門C(9)、壓力表P(11)、流量表A(12)連接到分配器(16)的輸入端，分配器(16)的另一個輸入端依次通過閥門D(18)、壓力表Q(15)、流量表B(14)與三通C的輸出端連通，三通C的輸入端通過變頻泵(13)與水玻璃桶(8)底部相連，三通C的另一個輸出端通過回漿閥門b(10)連通到水玻璃桶(8)的頂部，所述分配器(16)的輸出端依次連接有靜態混合器(17)、單向閥(21)、流量表C(20)和三通D，三通D的一個輸出端依次通過閥門F(22)、壓力表R(23)與模袋止漿塞(25)相連，其另一個輸出端通過閥門E(19)連接到棄漿口(24)。
2.根據權利要求1所述的用于封堵高壓地下水的混合灌漿裝置，其特征在于所述模袋止漿塞(25)包括射漿管(25-5)、包裹其中間段的模袋(25-3)，所述模袋(25-3)與射漿管(25-5)之間的空隙內還裝有一模袋進漿軟管(25-6)，該模袋進漿軟管一端裝有一用于支撐軟管的硬管接頭(25-2)，另一端分別裝有相互連通的水玻璃進口(25-4)和水泥濃漿進口(25-8)，所述模袋(25-3)兩端分別用鐵絲(25-1)和模袋封口(25-7)密封。
3.根據權利要求1或2所述的用于封堵高壓地下水的混合灌漿裝置，其特征在于所述模袋(25-3)的材料為無紡布。
4.一種用混合灌漿裝置封堵高壓地下水的混合法灌漿工藝，其特征在于該工藝包括下列步驟A)、首先將可使出水鉆孔孔口封死的模袋止漿塞(25)塞入已鉆成的鉆孔中，用高壓泥漿泵(6)和高壓變頻泵(13)分別在水泥漿進口(25-8)和水玻璃進口(25-4)處注入以一定比例配置的水泥漿和水玻璃，使與鉆孔直徑相同的無紡布模袋(25-3)在孔內膨脹，等待3～5小時，讓孔口止漿塞凝固；B)、灌漿開始，關閉出漿管閥門F(22)，測定地下水壓力，一般灌漿壓力應高于地下水壓力2Mpa；C)、開啟高壓泥漿泵(6)，關閉閥門A(4)，開啟閥門B(5)，關閥回漿閥a，開啟閥門C(9)，關閉閥門E(19)，先送水泥漿進入模袋止水塞(25)的射漿管(25-5)；D)、開啟高壓變頻泵(13)，關閉回漿閥門b(10)，開啟閥門D(18)，將水玻璃送至分配器(16)，在靜態混合器(17)內與水泥漿充分混合，進入模袋止水塞(25)的射漿管(25-5)；E)、當雙漿液進入止漿塞主射漿管后，先把出漿管閥門F(22)關閉，打開棄漿管閥門E(19)，讓前面較稀的漿液從棄漿口(24)流走，待出濃漿后，關閉棄漿管閥門E(19)，打開出漿管閥門F(22)，通過模袋止漿塞(25)中的射漿管(25-5)往鉆孔中灌漿，直至止住出水點為止。
5.根據權利要求4所述的用混合灌漿裝置封堵高壓地下水的混合法灌漿工藝，其特征在于所述靜態混合器(17)出口到射漿管(25-5)的出口距離L與雙液漿的流速v之比t應大于或等于雙液漿自流出混合室至凝固堵管的時間。
6.根據權利要求4所述的用混合灌漿裝置封堵高壓地下水的混合法灌漿工藝，其特征在于所述水泥漿水玻璃的體積百分比為1∶0.2～1∶1；凝膠時間為1.9秒～56秒。
全文摘要
本發明涉及一種用于封堵高壓地下水的混合灌漿裝置及其混合法灌漿工藝。本發明提供了一種利用水泥漿液與水玻璃孔外混合技術，用來控制漿液凝固時間，在高壓地下水和不良地質條件下，確保水泥漿液不會分散，從而達到對地下水灌漿封堵的目的。本發明的設備主要包括了分配器、靜態混合器、單向閥、高速攪拌機、高壓泥漿泵、高壓變頻泵、儲漿桶、水玻璃桶、及一些相關的閥門、壓力表、流量表等。本發明的灌漿工藝是鉆孔、制作與安裝止漿塞、等待孔口止漿塞凝固、開始灌漿、止住出水點。本發明可用于巖溶突水地層、水庫壩基(堤)管涌、線狀流水，透水性斷層帶，溶蝕裂隙中的集中涌水、噴水等堵漏加固處理。
文檔編號E21D11/38GK1970900SQ200610053050
公開日2007年5月30日 申請日期2006年8月16日 優先權日2006年8月16日
發明者方新安, 包銀鴻, 周光輝, 許啟云, 呂聯亞, 洪爐, 舒建平, 鐘家峻, 張明林 申請人:中國水電顧問集團華東勘測設計研究院, 浙江華東建設工程有限公司, 浙江華東工程咨詢有限公司, 杭州國電水利電力工程有限公司