CN112392027A - 一种复杂地层综合灌浆方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种复杂地层综合灌浆方法，包括灌浆孔的排布、钻孔、清孔、灌浆和闭浆的步骤：灌浆孔的排布，采用三排二序施工方式进行，所述三排具体包括设置于防渗墙内的上游排和下游排，以及防渗墙外的下游排；灌浆孔的钻孔，采用加重泥浆护壁钻孔结合孔口封闭工艺进行分段式钻孔；灌浆孔的灌浆，采用套阀管灌浆结合钻灌交替灌浆的方式进行分段式灌浆，所述套阀管灌浆采用自下而上的分段卡塞法灌浆；钻灌交替灌浆采用自上而下分段式卡塞法灌浆。本发明灌浆方法适用于高水点，涌水，涌砂环境灌浆，灌浆效率高，对于多变地质适应能力强，灌浆后阻水幕形成完整，稳定，能够极大的降低，甚至消除因漏水，渗水带了的安全隐患。

Description

一种复杂地层综合灌浆方法

技术领域

本发明涉及水利水电地质基础处理工艺领域，尤其涉及地质灌浆处理工艺 技术领域，具体涉及一种复杂地层综合灌浆方法。

背景技术

覆盖层灌浆是指利用机械压力或浆液自重，将具胶凝性的浆液压入到覆盖 层中的孔隙或空洞内，以改善覆盖层的物理力学性能的工程措施。帷幕灌浆将 浆液灌入覆盖层孔隙或空洞内形成连续的阻水幕，以减小覆盖层地基的渗漏量 或降低渗透压力的灌浆工程。

根据水电水利工程覆盖层灌浆技术规范(DLT5267-2012)，帷幕灌浆施工宜 采用套阀管法或孔口封闭法。就目前的覆盖层项目而言，覆盖层灌浆多在坝顶 实施，以回避涌水涌砂的风险，并可以采用风动潜孔钻进技术，效率很高。可 是，针对高水头动水条件下深厚覆盖层帷幕灌浆，上述方法都不适合；比如泸 定坝基补强帷幕灌浆，因泸定水电站已蓄水，坝顶高程1385m，正常蓄水高程 1375m左右，坝体防渗体结构中包含廊道，造成坝体防渗和坝基防渗之间的分 离；覆盖层最深处在1156m左右，若从坝顶实施时须覆盖层钻灌230m左右，以 目前的技术能力不能满足要求。所以，在灌浆廊道内实施补灌是唯一可行的方案，但灌浆廊道底板高程为1311m，承受的水头为60-70m，因此防止涌水涌砂 成为大坝安全运行的关键。

上述施工条件总结起来就是“狭小空间内、高水头、动水条件下、深厚覆 盖层、帷幕灌浆”，套阀管法完全不能使用，原因如下：常规的风动潜孔式跟管 钻进而后安设套阀管的方法完全不具备实施条件。因为廊道4m厚的盖板下部即 为覆盖层，风动钻孔一旦打穿盖板，钻孔所用的风就会和孔内的被水饱和的地 层相遇，不可避免地出现大量涌水涌砂而威胁大坝安全。此外，146mm跟管-89mm 套阀管组合所用的设备尺寸较大，廊道内空间狭小，无法实施。因此，在此种 情况下，仅能采用孔口封闭法，实际上泸定坝基补强帷幕灌浆已采用了3次孔 口封闭法，效果均不理想；究其原因，作为最接近的现有技术的孔口封闭法， 在用于此种条件时有如下技术问题：第一，孔口封闭法为全孔受压，无法针对 特定段次进行精准灌浆，因此效果很差；第二，重复起下钻、重复扫孔工程量 太大，特别是100m以上深孔段，往往因原孔内水泥结石比孔壁地层更完整而扫 偏，极大影响了钻孔的效率。

综上所述，针对泸定水电站及其类似的高水头动水条件下深厚覆盖层帷幕 灌浆，需要提出新的复杂地层综合灌浆方法。

发明内容

为了解决背景技术中述及的现有技术不能实现在狭小空间内、高水头、动 水条件下，在深厚覆盖层的帷幕环境进行灌浆作业的问题，本申请提供一种复 杂地层综合灌浆方法，能够在上述复杂地层环境下进行地层灌浆作业，解决帷 幕出现漏水、渗水问题，使得帷幕具有连续的、完整的阻水幕。

为了达到上述目的，本申请所采用的技术方案为：

一种复杂地层综合灌浆方法，包括灌浆孔的排布、钻孔、清孔、灌浆和闭 浆的步骤，灌浆孔的排布，采用三排二序施工方式进行，所述三排具体包括设 置于防渗墙内的上游排和下游排，以及防渗墙外的下游排；灌浆孔的钻孔，采 用加重泥浆护壁钻孔结合孔口封闭工艺进行分段式钻孔；灌浆孔的灌浆，采用 套阀管灌浆结合钻灌交替灌浆的方式进行分段式灌浆，所述套阀管灌浆采用自 下而上的分段卡塞法灌浆；钻灌交替灌浆采用自上而下分段式卡塞法灌浆。

优选地，所述防渗墙内的上游排和下游排的排距为0.6米，任一排的孔距 为1.5米；所述防渗墙外的下游排与防渗墙内的下游排的排距为0.8米。

优选地，灌浆孔的钻孔步骤具体为：采用φ91的钻具清水钻进至第一预设 深度；分段交替择一选择加重泥浆、加重纤维泥浆或强度在1-2MPa的低强度灌 浆材料作为护壁浆液钻进至终孔深度。

优选地，所述分段交替择一选择加重泥浆、加重纤维泥浆或低强度灌浆材 料的方式遵循如下三种条件：

条件一：

A、加入加重泥浆，继续钻孔并监测加重泥浆的回浆量和回浆比重；

B、当加重泥浆在时间T周期内的平均回浆量降低8-10％或回浆比重降低 15-18％时，将加重泥浆切换为加重纤维泥浆；继续钻孔并监测加重纤维泥浆的 回浆量和回浆比重；

C、若回浆量起伏介于±3％时，则继续钻孔至预设孔深；其中，时间T＝120s；

条件二：

将上述步骤C，替换为步骤D和E：

D、当加重纤维泥浆在时间T周期内的平均回浆量降低6-8％或回浆比重降 低15-18％时，将加重纤维泥浆切换为低强度灌浆材料；继续钻孔并监测低强度 灌浆材料的回浆量和回浆比重；

E、当低强度灌浆材料的回浆量起伏介于±3％时，则将低强度灌浆材料切换 为加重纤维泥浆；继续钻孔至预设孔深，其中，时间T＝120s；

条件三：将步骤E替换为步骤F：

F、当低强度灌浆材料的回浆量起伏介于±3％时，则将低强度灌浆材料切换 为加重泥浆；继续钻孔至预设孔深。

优选地，所述套阀管灌浆的步骤具体包括：

ST01,钻孔完成后，下设套阀管；

ST02，灌注套壳料，将卡塞置于套阀管最底部一环，自下而上灌注套壳料， 直到孔口溢出预设浓度的原浆液停止灌注套壳料，待凝48小时；所述套壳料由 膨润土、水泥、重晶石粉组成，与水充分搅拌后灌注，使得最终固化后的开环 压力为1MPa～6MPa；

ST03，采用自下而上分段卡塞灌浆，套阀管灌浆段长度控制在0.2-1.2米 之间。

优选地，所述钻灌交替灌浆的步骤具体包括：采用自上而下分段卡塞灌浆 方法进行施工，钻一段灌一段，钻孔完成后将灌浆塞卡在灌浆段以上50cm处进 行逐一分段灌浆。

优选地，灌浆浆液包括普通水泥浆液、复合浆液、HPSC浆液、水泥水玻璃 双液浆、HSS型纳米浆液；

上述不同浆液的选择条件遵循下述设置：

(1)涌水流量≥100L/min或涌水压力≥0.5MPa或透水率≥50Lu，该条件 下选用水泥水玻璃双液浆灌注；

(2)100L/min＞涌水流量≥50L/min或0.5MPa＞涌水压力≥0.3MPa或30Lu ＞透水率≥50Lu，该条件下选用HPSC浆液灌注；

(3)50L/min＞涌水流量≥10L/min或0.3MPa＞涌水压力≥0.1MPa或30Lu ＞透水率≥12Lu，该条件下选用HSC浆液灌注；

(4)涌水流量＜10L/min或涌水压力＜0.1MPa或透水率＜12Lu，该条件下 选用硅溶胶灌注。

优选地，所述灌浆浆液配比具体如下：

(1)普通水泥浆液：集中制浆站统一拌制0.5:1的普通硅酸盐水泥浆液， 施工机组根据需要进行调配，水灰比为5:1、3:1、2:1、1:1、0.8:1、0.5:1六 个比级；

(2)复合浆液：集中制浆站统一拌制0.6:1的复合浆液，施工机组根据需 要进行调配，水灰比为0.8:1、0.6:1两个比级；

(3)HPSC浆液：HPSC浆液是在0.6:1的复合浆液加入专用外加剂拌制而 成，浆液扩散度为11～13cm；

(4)水泥水玻璃双液浆：水泥水玻璃双液浆采用0.5:1普通水泥浆掺加 15％左右(体积比)的水玻璃，采用双液方式灌注；

(5)HSS型纳米浆液：在现场根据施工需要将A、B液按一定配比配置好， 贮存在制浆站塑料桶内，用管路输送至各机组。根据本工程特点，采用的浆液 的可操作时间为10～20min。

优选地，所述套阀管灌浆中，灌浆分段的段长为1米；

所述钻灌交替灌浆中，灌浆分段根据所处地层不同采用不同设置，具体地：

对于覆盖层采用钻灌交替方式时，按照第1段段长为2m，第2段段长为3m， 第3段及以下段长为3～5m，按不超过5m控制；

对于基岩灌浆段长按照第1段段长为2m，第2段段长为3m，第3段及以下 段长为5m，终孔段按不大于5m控制；

所述套阀管灌浆和钻灌交替灌浆中均采用分段压力控制，其中，I序孔灌 浆压力采用1.3MPa～3.5MPa，后序孔较前序孔依次提高15％。

优选地，灌浆浆液的变换原则如下：

灌浆采用由稀变浓的原则进行：

针对防渗墙内上游排I序孔覆盖层，采用普通水泥浆对防渗墙内上游排II 序孔、防渗墙外下游排I序和II序孔、防渗墙内下游排I序孔覆盖层进行试灌， 然后采用水泥水玻璃双液浆进行优势通道封堵；

针对防渗墙内下游排II序孔覆盖层中细颗粒含量较高孔段采用HSS型纳米 浆液灌注至结束标准；

然后，采用普通硅酸盐水泥浆液采用水灰比5:1的浆液开灌，逐级变浆为 1:1后变浆至复合浆液；当第一级复合浆液注入量达到0.5t后而灌浆压力和注 入率均无改变或改变不显著时则变浓一级灌注，最浓一级复合浆液灌注压力仍 不满足预设要求时，则变浆至HPSC浆液进行灌注至结束标准；

灌浆的结束标准如下：

(1)普通水泥浆液灌注，灌浆段在最大设计压力下，注入率不大于1L/min， 持续灌注30min即可结束；

(2)复合浆液灌注，灌浆段在最大设计压力下，注入率不大于1L/min， 即可结束；

(3)HPSC浆液灌注，灌浆段在最大设计压力下，注入率不大于2L/min， 即可结束；

(4)水泥水玻璃双液浆灌注，灌浆段在最大设计压力下，注入率不大于 5L/min，即可结束；

(5)HSS型纳米浆液灌注，灌浆段在最大设计压力下，注入率小于1L/min， 延续灌注10min即可结束；各孔段灌注结束以后根据需要待凝1～2h再进行下 一段的钻灌；

(6)闭浆。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施 例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述 中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创 造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是帷幕灌浆施工中灌浆孔的排布示意图；

图2是图1中A区结构放大图；

图3是图2进行灌浆后形成的阻水幕俯视示意图。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请 实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然， 所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附 图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要 求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的 实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他 实施例，都属于本申请保护的范围。

优选实施例：

本实施例以泸定水电站大坝河床段为例，针对0+100米至0+200米坝基深 厚覆盖层帷幕补强灌浆施工，具体工程概况及要求如下：

河床段补强帷幕灌浆：横河方向施工范围为桩号0+100m-0+220m，顺水流 方向拟布置三排坝基补强帷幕灌浆孔，其中防渗墙内设置2排灌浆孔，利用原 设计预埋灌浆管灌浆；防渗墙外下游设置1排灌浆孔，利用原覆盖层帷幕灌浆 孔经扫孔后进行灌浆。

本实施例所述工程经前期地质勘测基本情况如下：

河床岩体相对较完整，透水性较弱，区域性的泸定断裂距库区约1～4km， 库内未见较大断层切割；库盆周边不具备发生水库诱发地震的地质构造背景， 历史地震较稀少，无强震记载。根据中国地震局地质研究所对泸定水库诱发地 震评价成果，从构造背景、岩体介质、水文地质条件和工程规模等综合分析并 类比已建工程实例预测：泸定水库蓄水后由于库水的渗透引起断裂活动而发生 地震的可能性很小；从岩体节理裂隙及卸荷裂隙发育程度，特别是顺坡向缓倾 角小断层、节理裂隙发育地段的岩体渗透特性等分析，水库蓄水后存在发生小 于4级地震的可能，震中烈度小于Ⅶ度，低于工程场地的地震基本烈度值，对 水工建筑物不会造成破坏性影响。

(2)河床覆盖层

坝址区河谷覆盖层深厚，层次结构复杂，一般为120～130m，最大厚度 148.6m，层次结构复杂。根据物质组成、分布情况、成因及形成时代等，自下 而上主要分为以下四层七个亚层：

第①层：漂(块)卵(碎)砾石层，系冰水堆积，厚度51.85～75.31m， 顶板埋深62.2～81.8m。颗粒成分以弱风化花岗岩、闪长岩为主，属强～中等 透水性。

②～1亚层：漂(块)卵(碎)砾石层，厚度26.25～28.06m，顶板埋深 46.2～56.8m，属强～中等透水。

②～2亚层：碎(卵)砾石土层，厚8.2～79.45m，顶板埋深1.85～68.2m。 颗粒成份为闪长岩、花岗岩，次棱角状为主，属强～中等透水性。

②～3亚层：粉细砂及粉土层，透镜状展布于上坝址河谷中下部，厚6.52～ 32.8m，顶板埋深29.68～39.36m。以粉、细砂为主，底部见粉土层，属强～中 等透水性；

③～1亚层：含漂(块)卵(碎)砾石土层，展布于坝址区Ⅰ级阶地和上 坝址河谷右岸，厚度5.0～39.36m，顶板埋深0～39.36m。粗颗粒成分以弱风化 花岗岩、闪长岩为主，属强～微弱透水性土。

③～1b层透镜体为含泥角砾中粗砂，呈透镜状展布，属弱透水性土。

③～2亚层：砾石砂层，厚度约8.3m，以中、粗砂为主，属中等透水性。

第④层：冲积堆积之漂卵砾石层，分布于坝址区现代河床及漫滩，厚度5.6～25.5m。颗粒成份以弱风化闪长岩、花岗岩为主，属强透水性。

该段施工在河床基础廊道内进行。具体施工方法如下：

一种复杂地层综合灌浆方法，包括灌浆孔的排布、钻孔、清孔、灌浆和闭 浆的步骤，灌浆孔的排布，采用三排二序施工方式进行，具体结合说明书附图 1-3所示，所述三排具体包括设置于防渗墙内的上游排和下游排，以及防渗墙 外的下游排；所述防渗墙内的上游排和下游排的排距为0.6米，任一排的孔距 为1.5米；所述防渗墙外的下游排与防渗墙内的下游排的排距为0.8米。

灌浆孔的钻孔，采用加重泥浆护壁钻孔结合孔口封闭工艺进行分段式钻孔； 灌浆孔的钻孔步骤具体为：采用φ91的钻具清水钻进至第一预设深度；分段交 替择一选择加重泥浆、加重纤维泥浆或强度在1-2MPa的低强度灌浆材料作为护 壁浆液钻进至终孔深度。

在实际具体施工时，钻孔采用加重泥浆钻孔结合孔口封闭钻孔工艺和清水 钻进的方式。在浅层加重泥浆发挥作用之前，如遇不成孔、涌水涌沙等情况采 用钻灌结合的方式施工；下部采用加重泥浆钻孔时，当遇到不成孔、漏浆、塌 孔严重时需预灌处理。

第一步：测量放孔，河床段补强帷幕灌浆：0+100m至0+220m河床段，坝 基防渗墙内预埋2排Φ114mm灌浆钢管，防渗墙内帷幕灌浆孔利用原设计预埋 灌浆管；防渗墙外下游帷幕灌浆利用原覆盖层帷幕灌浆孔扫孔进行。灌浆施工 时须先找出预埋灌浆管和原覆盖层帷幕灌浆孔的位置，定位本阶段补强帷幕灌 浆孔，然后扫孔灌浆。如布置不满足现场情况时，施工可作适当调整，原则上 应尽量利用廊道内原有开孔位置，减少对廊道损伤。

第二步：钻机就位

孔位确定后，钻机就位，由于钻孔较深，为防止钻进摇晃发生孔斜，钻机 采用地锚固定在混凝土盖板上，水电接通后，调试钻机，准备开孔钻进，钻进 前采用水平尺和地质罗盘测量钻机基座和竖机钻杆，保证钻孔方向垂直。

第三步：钻孔方向

河床段补强帷幕灌浆：帷幕灌浆孔均为垂直孔。

第四步：钻孔深度及钻孔孔径

4.1钻孔深度

对于河床段0+100m～0+220m补强灌浆，灌浆孔应穿越坝基基覆界线至设计 帷幕灌浆深度线，基覆界线高程及帷幕灌浆深度可参考0+100m～0+220m河床坝 基补强帷幕灌浆布置图。施工过程按照以下原则：

①严格控制河床深帷幕灌浆孔深度，帷幕孔钻至设计深帷幕线深度时，若 最后一段岩体透水率不满足≤3Lu要求，则应由监理工程师现场控制，加钻一 段(5m长)；若加钻一段后岩体透水率仍不满足≤3Lu要求，则应通知设计确定 是否需要继续加钻，加钻深度一般不得超过2段(10m)。

②河床浅帷幕灌浆孔深度按浅帷幕深度线控制，若钻至设计浅帷幕深度线 时，最后一段岩体透水率不满足≤5Lu，则应由监理工程师现场控制，加钻一段 (5m)。

③基覆界线由业主、设计、监理、施工单位四方共同确认。

4.2钻孔孔径

河床段补强帷幕灌浆：帷幕孔开孔孔径为φ110mm，覆盖层套阀管段钻孔及 钻灌结合孔段直径为φ91mm，基岩钻孔直径为φ60mm，可根据特殊情况调整。

第五步：钻孔孔斜控制及测量

5.1孔斜测量采用KXP-1S或XBY-2W无线光纤数字寻北陀螺测斜仪，每5m 左右测一次，并在钻进过程中不断矫正，孔斜超标应及时采取纠偏措施。

5.2 0+100m～0+220m河床段防渗墙外帷幕灌浆孔距防渗墙只有60cm，且覆 盖层帷幕灌浆深度在42～154m，因此钻孔孔位偏差应高于规范要求。具体为： 钻孔深度在120m时，孔底偏差不大于50cm。钻孔150m时，孔底偏差不大于 120cm。

值得说明的是：钻孔过程中，遇岩层、岩性变化，发生掉钻、塌孔、钻速 变化、回水变色、失水、涌水等异常情况，应详细进行记录。

钻孔遇有洞穴、塌孔或掉块难以钻进时，可取得监理人或发包人批准后， 先进行灌浆待凝处理后再钻孔；如发现集中漏水或涌水，应查明情况，报告监 理人或发包人分析原因，及时处理后再行钻进。

灌浆孔的灌浆，采用套阀管灌浆结合钻灌交替灌浆的方式进行分段式灌浆， 所述套阀管灌浆采用自下而上的分段卡塞法灌浆；所述分段交替择一选择加重 泥浆、加重纤维泥浆或低强度灌浆材料的方式遵循如下三种条件：

条件一：

A、加入加重泥浆，继续钻孔并监测加重泥浆的回浆量和回浆比重；

B、当加重泥浆在时间T周期内的平均回浆量降低8-10％或回浆比重降低 15-18％时，将加重泥浆切换为加重纤维泥浆；继续钻孔并监测加重纤维泥浆的 回浆量和回浆比重；

C、若回浆量起伏介于±3％时，则继续钻孔至预设孔深；其中，时间T＝120s；

条件二：

将上述步骤C，替换为步骤D和E：

D、当加重纤维泥浆在时间T周期内的平均回浆量降低6-8％或回浆比重降 低15-18％时，将加重纤维泥浆切换为低强度灌浆材料；继续钻孔并监测低强度 灌浆材料的回浆量和回浆比重；

E、当低强度灌浆材料的回浆量起伏介于±3％时，则将低强度灌浆材料切换 为加重纤维泥浆；继续钻孔至预设孔深，其中，时间T＝120s；

条件三：将步骤E替换为步骤F：

F、当低强度灌浆材料的回浆量起伏介于±3％时，则将低强度灌浆材料切换 为加重泥浆；继续钻孔至预设孔深。

优选地，所述套阀管灌浆的步骤具体包括：

ST01,钻孔完成后，下设套阀管；

ST02，灌注套壳料，将卡塞置于套阀管最底部一环，自下而上灌注套壳料， 直到孔口溢出预设浓度的原浆液停止灌注套壳料，待凝48小时；所述套壳料由 膨润土、水泥、重晶石粉组成，与水充分搅拌后灌注，使得最终固化后的开环 压力为1MPa～6MPa；

ST03，采用自下而上分段卡塞灌浆，套阀管灌浆段长度控制在0.2-1.2米 之间。

钻灌交替灌浆采用自上而下分段式卡塞法灌浆。所述钻灌交替灌浆的步骤 具体包括：采用自上而下分段卡塞灌浆方法进行施工，钻一段灌一段，钻孔完 成后将灌浆塞卡在灌浆段以上50cm处进行逐一分段灌浆。

灌浆浆液包括普通水泥浆液、复合浆液、HPSC浆液、水泥水玻璃双液浆、 HSS型纳米浆液；

上述不同浆液的选择条件遵循下述设置：

(1)涌水流量≥100L/min或涌水压力≥0.5MPa或透水率≥50Lu，该条件 下选用水泥水玻璃双液浆灌注；

(2)100L/min＞涌水流量≥50L/min或0.5MPa＞涌水压力≥0.3MPa或30Lu ＞透水率≥50Lu，该条件下选用HPSC浆液灌注；

(3)50L/min＞涌水流量≥10L/min或0.3MPa＞涌水压力≥0.1MPa或30Lu ＞透水率≥12Lu，该条件下选用HSC浆液灌注；

(4)涌水流量＜10L/min或涌水压力＜0.1MPa或透水率＜12Lu，该条件下 选用硅溶胶灌注。

本实施例中，所述灌浆浆液配比具体如下：

(1)普通水泥浆液：集中制浆站统一拌制0.5:1的普通硅酸盐水泥浆液， 施工机组根据需要进行调配，水灰比为5:1、3:1、2:1、1:1、0.8:1、0.5:1六 个比级；

(2)复合浆液：集中制浆站统一拌制0.6:1的复合浆液，施工机组根据需 要进行调配，水灰比为0.8:1、0.6:1两个比级；

(3)HPSC浆液：HPSC浆液是在0.6:1的复合浆液加入专用外加剂拌制而 成，浆液扩散度为11～13cm；

(4)水泥水玻璃双液浆：水泥水玻璃双液浆采用0.5:1普通水泥浆掺加 15％左右(体积比)的水玻璃，采用双液方式灌注；

(5)HSS型纳米浆液：在现场根据施工需要将A、B液按一定配比配置好， 贮存在制浆站塑料桶内，用管路输送至各机组。根据本工程特点，采用的浆液 的可操作时间为10～20min。

本实施例中，所述套阀管灌浆中，灌浆分段的段长为1米；

所述钻灌交替灌浆中，灌浆分段根据所处地层不同采用不同设置，具体地：

对于覆盖层采用钻灌交替方式时，按照第1段段长为2m，第2段段长为3m， 第3段及以下段长为3～5m，按不超过5m控制；

对于基岩灌浆段长按照第1段段长为2m，第2段段长为3m，第3段及以下 段长为5m，终孔段按不大于5m控制；

所述套阀管灌浆和钻灌交替灌浆中均采用分段压力控制，其中，I序孔灌 浆压力采用1.3MPa～3.5MPa，后序孔较前序孔依次提高15％。

灌浆压力应尽快达到设计值，在灌浆试验过程中根据灌浆情况可对灌浆压 力进行适当调整，当吸浆量较小时，可适当提高灌浆压力，吸浆量大时，应分 级升压。本实施例中，覆盖层及基岩帷幕Ⅰ、Ⅱ序孔灌浆压力分别见表1、表 2、表3、表4，化学灌浆压力为1.5～2.0MPa。

深度(m)

＜30

30～50

50～60

60～70

70～80

80～90

90～100

>100

压力

1.3～1.5

1.5～1.9

1.9～2.2

2.2～2.4

2.4～2.6

2.6～2.8

2.8～3.0

3.0～3.5

表1初拟覆盖层帷幕灌浆孔Ⅰ序孔灌浆压力

深度(m)

＜30

30～50

50～60

60～70

70～80

80～90

90～100

>100

压力

1.5～1.7

1.7～2.2

2.2～2.5

2.5～2.8

2.8～3

3～3.2

3.2～3.5

3.5～4

表2初拟覆盖层帷幕灌浆孔Ⅱ序孔灌浆压力

基岩内孔深(m)

0～2

2～5

5～10

10～15

15～20

20～25

>25

灌浆压力(MPa)

2.5

2.7

2.9

3.1

3.3

3.5

3.5～4.0

表3初拟基岩帷幕灌浆孔Ⅰ序孔灌浆压力

基岩内孔深(m)

0～2

2～5

5～10

10～15

15～20

20～25

>25

灌浆压力(MPa)

2.9

3.1

3.3

3.6

3.8

4.0

4～4.5

表4初拟基岩帷幕灌浆孔Ⅱ序孔灌浆压力

注：a.灌浆压力为全压力，包括表压和浆柱压力。

b.在灌浆过程中，灌浆压力可根据吸浆量大小作适当调整。

c.灌浆压力应尽快达到设计值，但吸浆量大时，分级升压。

为例根据实际灌浆情况，使得浆液选择更加适应当前地质要求，同时能够 更加节省浆液，因此灌浆浆液的变换遵循原则如下：

灌浆采用由稀变浓的原则进行：

针对防渗墙内上游排I序孔覆盖层，采用普通水泥浆对防渗墙内上游排II 序孔、防渗墙外下游排I序和II序孔、防渗墙内下游排I序孔覆盖层进行试灌， 然后采用水泥水玻璃双液浆进行优势通道封堵；

针对防渗墙内下游排II序孔覆盖层中细颗粒含量较高孔段采用HSS型纳米 浆液灌注至结束标准；

然后，采用普通硅酸盐水泥浆液采用水灰比5:1的浆液开灌，逐级变浆为 1:1后变浆至复合浆液；当第一级复合浆液注入量达到0.5t后而灌浆压力和注 入率均无改变或改变不显著时则变浓一级灌注，最浓一级复合浆液灌注压力仍 不满足预设要求时，则变浆至HPSC浆液进行灌注至结束标准；

灌浆的结束标准如下：

(1)普通水泥浆液灌注，灌浆段在最大设计压力下，注入率不大于1L/min， 持续灌注30min即可结束；

(2)复合浆液灌注，灌浆段在最大设计压力下，注入率不大于1L/min， 即可结束；

(3)HPSC浆液灌注，灌浆段在最大设计压力下，注入率不大于2L/min， 即可结束；

(4)水泥水玻璃双液浆灌注，灌浆段在最大设计压力下，注入率不大于 5L/min，即可结束；

(5)HSS型纳米浆液灌注，灌浆段在最大设计压力下，注入率小于1L/min， 延续灌注10min即可结束；各孔段灌注结束以后根据需要待凝1～2h再进行下 一段的钻灌；

(6)闭浆。

本实施例所述项目经灌浆处理后，截止到2020年11月，经数次检测，坝 后量水堰及涌水点水质清澈，未发现新的涌水点，坝基浅层渗压计成果正常， 2020年10月18日进行现场记录，库水位1378.73m时，坝后量水堰流量 292.42L/s，涌水点流量60.21L/s，完全符合预期要求。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领 域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则 之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之 内。

Claims (10)

1.一种复杂地层综合灌浆方法，包括灌浆孔的排布、钻孔、清孔、灌浆和闭浆的步骤，其特征在于：

灌浆孔的排布，采用三排二序施工方式进行，所述三排具体包括设置于防渗墙内的上游排和下游排，以及防渗墙外的下游排；

灌浆孔的钻孔，采用加重泥浆护壁钻孔结合孔口封闭工艺进行分段式钻孔；

灌浆孔的灌浆，采用套阀管灌浆结合钻灌交替灌浆的方式进行分段式灌浆，所述套阀管灌浆采用自下而上的分段卡塞法灌浆；钻灌交替灌浆采用自上而下分段式卡塞法灌浆。

2.根据权利要求1所述的一种复杂地层综合灌浆方法，其特征在于：所述防渗墙内的上游排和下游排的排距为0.6米，任一排的孔距为1.5米；所述防渗墙外的下游排与防渗墙内的下游排的排距为0.8米。

3.根据权利要求1所述的一种复杂地层综合灌浆方法，其特征在于：灌浆孔的钻孔步骤具体为：采用φ91的钻具清水钻进至第一预设深度；分段交替择一选择加重泥浆、加重纤维泥浆或强度在1-2MPa的低强度灌浆材料作为护壁浆液钻进至终孔深度。

4.根据权利要求3所述的一种复杂地层综合灌浆方法，其特征在于：所述分段交替择一选择加重泥浆、加重纤维泥浆或低强度灌浆材料的方式遵循如下三种条件：

条件一：

A、加入加重泥浆，继续钻孔并监测加重泥浆的回浆量和回浆比重；

B、当加重泥浆在时间T周期内的平均回浆量降低8-10％或回浆比重降低15-18％时，将加重泥浆切换为加重纤维泥浆；继续钻孔并监测加重纤维泥浆的回浆量和回浆比重；

C、若回浆量起伏介于±3％时，则继续钻孔至预设孔深；其中，时间T＝120s；

条件二：

将上述步骤C，替换为步骤D和E：

D、当加重纤维泥浆在时间T周期内的平均回浆量降低6-8％或回浆比重降低15-18％时，将加重纤维泥浆切换为低强度灌浆材料；继续钻孔并监测低强度灌浆材料的回浆量和回浆比重；

E、当低强度灌浆材料的回浆量起伏介于±3％时，则将低强度灌浆材料切换为加重纤维泥浆；继续钻孔至预设孔深，其中，时间T＝120s；

条件三：将步骤E替换为步骤F：

F、当低强度灌浆材料的回浆量起伏介于±3％时，则将低强度灌浆材料切换为加重泥浆；继续钻孔至预设孔深。

5.根据权利要求1所述的一种复杂地层综合灌浆方法，其特征在于：所述套阀管灌浆的步骤具体包括：

ST01,钻孔完成后，下设套阀管；

ST02，灌注套壳料，将卡塞置于套阀管最底部一环，自下而上灌注套壳料，直到孔口溢出预设浓度的原浆液停止灌注套壳料，待凝48小时；所述套壳料由膨润土、水泥、重晶石粉组成，与水充分搅拌后灌注，使得最终固化后的开环压力为1MPa～6MPa；

ST03，采用自下而上分段卡塞灌浆，套阀管灌浆段长度控制在0.2-1.2米之间。

6.根据权利要求1所述的一种复杂地层综合灌浆方法，其特征在于：所述钻灌交替灌浆的步骤具体包括：采用自上而下分段卡塞灌浆方法进行施工，钻一段灌一段，钻孔完成后将灌浆塞卡在灌浆段以上50cm处进行逐一分段灌浆。

7.根据权利要求1-6任一项所述的一种复杂地层综合灌浆方法，其特征在于：灌浆浆液包括普通水泥浆液、复合浆液、HPSC浆液、水泥水玻璃双液浆、HSS型纳米浆液；

上述不同浆液的选择条件遵循下述设置：

(1)涌水流量≥100L/min或涌水压力≥0.5MPa或透水率≥50Lu，该条件下选用水泥水玻璃双液浆灌注；

(2)100L/min＞涌水流量≥50L/min或0.5MPa＞涌水压力≥0.3MPa或30Lu＞透水率≥50Lu，该条件下选用HPSC浆液灌注；

(3)50L/min＞涌水流量≥10L/min或0.3MPa＞涌水压力≥0.1MPa或30Lu＞透水率≥12Lu，该条件下选用HSC浆液灌注；

(4)涌水流量＜10L/min或涌水压力＜0.1MPa或透水率＜12Lu，该条件下选用硅溶胶灌注。

8.根据权利要求7所述的一种复杂地层综合灌浆方法，其特征在于：所述灌浆浆液配比具体如下：

(1)普通水泥浆液：集中制浆站统一拌制0.5:1的普通硅酸盐水泥浆液，施工机组根据需要进行调配，水灰比为5:1、3:1、2:1、1:1、0.8:1、0.5:1六个比级；

(2)复合浆液：集中制浆站统一拌制0.6:1的复合浆液，施工机组根据需要进行调配，水灰比为0.8:1、0.6:1两个比级；

(3)HPSC浆液：HPSC浆液是在0.6:1的复合浆液加入专用外加剂拌制而成，浆液扩散度为11～13cm；

(4)水泥水玻璃双液浆：水泥水玻璃双液浆采用0.5:1普通水泥浆掺加15％左右(体积比)的水玻璃，采用双液方式灌注；

(5)HSS型纳米浆液：在现场根据施工需要将A、B液按一定配比配置好，贮存在制浆站塑料桶内，用管路输送至各机组。根据本工程特点，采用的浆液的可操作时间为10～20min。

9.根据权利要求7所述的一种复杂地层综合灌浆方法，其特征在于：所述套阀管灌浆中，灌浆分段的段长为1米；

所述钻灌交替灌浆中，灌浆分段根据所处地层不同采用不同设置，具体地：

对于覆盖层采用钻灌交替方式时，按照第1段段长为2m，第2段段长为3m，第3段及以下段长为3～5m，按不超过5m控制；

对于基岩灌浆段长按照第1段段长为2m，第2段段长为3m，第3段及以下段长为5m，终孔段按不大于5m控制；

所述套阀管灌浆和钻灌交替灌浆中均采用分段压力控制，其中，I序孔灌浆压力采用1.3MPa～3.5MPa，后序孔较前序孔依次提高15％。

10.根据权利要求7所述的一种复杂地层综合灌浆方法，其特征在于：灌浆浆液的变换原则如下：

灌浆采用由稀变浓的原则进行：

针对防渗墙内上游排I序孔覆盖层，采用普通水泥浆对防渗墙内上游排II序孔、防渗墙外下游排I序和II序孔、防渗墙内下游排I序孔覆盖层进行试灌，然后采用水泥水玻璃双液浆进行优势通道封堵；

针对防渗墙内下游排II序孔覆盖层中细颗粒含量较高孔段采用HSS型纳米浆液灌注至结束标准；

然后，采用普通硅酸盐水泥浆液采用水灰比5:1的浆液开灌，逐级变浆为1:1后变浆至复合浆液；当第一级复合浆液注入量达到0.5t后而灌浆压力和注入率均无改变或改变不显著时则变浓一级灌注，最浓一级复合浆液灌注压力仍不满足预设要求时，则变浆至HPSC浆液进行灌注至结束标准；

灌浆的结束标准如下：

(1)普通水泥浆液灌注，灌浆段在最大设计压力下，注入率不大于1L/min，持续灌注30min即可结束；

(2)复合浆液灌注，灌浆段在最大设计压力下，注入率不大于1L/min，即可结束；

(3)HPSC浆液灌注，灌浆段在最大设计压力下，注入率不大于2L/min，即可结束；

(4)水泥水玻璃双液浆灌注，灌浆段在最大设计压力下，注入率不大于5L/min，即可结束；

(5)HSS型纳米浆液灌注，灌浆段在最大设计压力下，注入率小于1L/min，延续灌注10min即可结束；各孔段灌注结束以后根据需要待凝1～2h再进行下一段的钻灌；

(6)闭浆。

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