專利名稱：高壓水頭下大流量高速射流封堵鉆灌孔口安全控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于水利水電工程技術(shù)設(shè)備領(lǐng)域，具體涉及高壓水頭下大流量高速射流封堵鉆灌孔口安全控制裝置。
背景技術(shù)：
水利水電工程施工過(guò)程中，在各工程關(guān)鍵線路中的洞室開挖爆破、地下水位快速 涌高、水頭壓力抬升過(guò)快等工程工況施工過(guò)程中，經(jīng)常突發(fā)滲水、涌水情況，同時(shí)伴生有塌 方、塌陷、大面積滲水、大流量高速射流等工況，處理難度極大，屬于高危險(xiǎn)作業(yè)，對(duì)施工中 關(guān)鍵線路施工進(jìn)度和施工人員設(shè)備安全造成極大影響，對(duì)其進(jìn)行處理的時(shí)間將直接影響到 關(guān)鍵線路節(jié)點(diǎn)工期及后續(xù)工程節(jié)點(diǎn)工期的實(shí)現(xiàn)。同時(shí)，對(duì)其處理的施工質(zhì)量將直接影響主 要建筑物的運(yùn)行安全，其處理效果也將直接影響到后續(xù)工程的時(shí)間安排以及因采取各種措 施進(jìn)行處理的直接經(jīng)濟(jì)費(fèi)用。在以前發(fā)生的突發(fā)性出水工況，大多數(shù)均為水頭壓力較小、滲水點(diǎn)面不集中、流量 不大、流速較小，常規(guī)處理措施比較成熟，可用處理辦法較多，一般采用引排堵結(jié)合的原則進(jìn) 行處理，即對(duì)水流進(jìn)行一定程度的引排后，強(qiáng)澆混凝土，以混凝土為蓋重，待達(dá)到一定強(qiáng)度后 再對(duì)其進(jìn)行灌漿處理。但對(duì)于高壓水頭、大流量、高速射流工況，由于其成因復(fù)雜，同時(shí)伴生各 種復(fù)雜工況，可能涉及多部位、多工種、多成因，處理方法極為復(fù)雜但又相對(duì)有限，目前為止， 國(guó)際國(guó)內(nèi)尚無(wú)極為有效的處理手段。一旦發(fā)生此類工況，若處理措施不當(dāng)，必將導(dǎo)致整個(gè)工程 進(jìn)度嚴(yán)重滯后，處理工期延長(zhǎng)，處理費(fèi)用增大，同時(shí)，會(huì)對(duì)業(yè)主造成極大經(jīng)濟(jì)損失。光照水電站是北盤江干流的龍頭梯級(jí)電站。電站裝機(jī)容量104(MW(4X260MW)， 電站下間蓄水后，出現(xiàn)導(dǎo)流洞永久堵頭拱頂突發(fā)縫隙大流量高速射流透水，射流高程約 EL. 599m,射流水平挑距24m，計(jì)算流速22m/s，泄水量約1. 08m3/s,水流呈霧化狀，出水縫面 長(zhǎng)度約6m。透水同時(shí)，在導(dǎo)流洞上部右岸EL. 612m灌漿隧洞底板有明顯冒氣現(xiàn)象，情況較為 嚴(yán)重。大部分專家提出了將庫(kù)水放掉將水位降低后進(jìn)行封堵處理的方案，從安全上考慮，該 方案是最可靠的處理方案，但由此將造成的直接經(jīng)濟(jì)損失會(huì)超過(guò)2億元，間接損失也非常 巨大。為了減少這些損失，則必須在130m高水頭條件下進(jìn)行封堵，這是一道世界水電工程 施工中未曾遇到的難題。用透水常規(guī)處理，透水處理前期，主要采取模袋灌漿為主、臨時(shí)平壓堵頭為輔的處
理方案。前期的常規(guī)處理措施最終未能從根本上止漏，水流流量變化不大，僅水流流向及 流速發(fā)生一定改變。為此，申請(qǐng)人研發(fā)的“光照水電站導(dǎo)流洞130m高水頭下大流量高速射流封堵”施 工技術(shù)方案，從右岸EL. 612m灌漿廊道鉆孔至導(dǎo)流洞頂部空腔進(jìn)行封堵灌漿取得了成功。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的，通過(guò)對(duì)以往的多次處理突發(fā)涌水、滲水工況處理失敗和成功的原因進(jìn)行分析，依托光照水電站130m高水頭下導(dǎo)流洞永久堵頭的高速射流透水處理過(guò)程展 開技術(shù)攻關(guān)，提出安全可行的封堵技術(shù)方案，指導(dǎo)施工，達(dá)到水久堵水的目的，在這此成功 工作的基礎(chǔ)上，總結(jié)技術(shù)方案，形成了對(duì)130m高水頭以下，完善了一套安全封堵技術(shù)方案， 其中采用了高壓水頭下大流量高速射流封堵鉆灌孔口安全控制裝置。本發(fā)明技術(shù)的高壓水頭下大流量高速射流封堵鉆灌孔口安全控制裝置，它是由 Φ 42鉆桿1，孔口封閉器壓蓋2，孔口封閉器膠球3，Φ 89孔口封閉器4，Dg75不銹鋼球閥5， Φ 50排水支管6，Dg50不銹鋼球閥7，壓力表8，Dg50不銹鋼球閥9，Φ 50排水支管10兼進(jìn) 菜管，Φ 75L = 3. 6m 孔口管 11，δ = IOmm 邊長(zhǎng) 0. 2m 加固鋼板 12，Φ25mm，L = 1. 5m 注漿 錨桿13，開孔Φ 91mm鉆孔入巖14、鉆桿內(nèi)防高壓返水安全控制裝置15，Φ 47鉆孔16，永久 堵頭上層脫空17，導(dǎo)流洞襯砌砼18，永久堵頭下層脫空19，前期處理投放堆積層20，導(dǎo)流洞 封堵砼21所組成；開孔鉆孔14的孔徑為Φ 91mm，深入基巖3m，鑲鑄一根長(zhǎng)3. 6m Φ 75的孔 口鋼管11，孔口 δ = 10mm，邊長(zhǎng)0.2m管用鋼板12焊接加固，鋼板12四周用四根Φ25mm， L=L 5m注漿錨桿13鑲注在地板上，確?？卓诠芊€(wěn)固、牢靠、不移動(dòng)；孔口管11以上接兩根 Φ 50的排水支管6和排水支管10，排水支管6上接兩個(gè)Dg50不銹鋼球閥7，排水支管10兼 作灌漿進(jìn)漿管，其上接壓力表8和兩個(gè)Dg50不銹鋼球閥9，孔口鋼管上部安裝一個(gè)Dg75不 銹鋼球閥5，以上再接Φ89孔口封閉器4 ；鉆孔時(shí)，Φ42鉆桿1穿過(guò)孔口封閉器4及不銹鋼 球閥5而進(jìn)入孔內(nèi)，上緊孔口封閉器壓蓋2，使孔口封閉器膠球3膨脹達(dá)到止水的目的，鉆桿 1下端內(nèi)安裝防高壓返水安全控制裝置15，確保鉆穿空腔時(shí)，孔內(nèi)高壓返水不從鉆桿1的頂 部射出，保證了起下鉆拆卸鉆桿時(shí)的安全；同時(shí)，排水支管6與10不銹鋼上接的不銹鋼球閥 7和9均處于打開狀態(tài)，一旦鉆穿空腔，高壓水則通過(guò)排水支管排出，排水支管上接Φ 50排 水管將水引至615廊道施工支洞排放；起鉆采用2PC型地質(zhì)鉆機(jī)，從其卡盤以上拆卸鉆桿， 鉆桿一旦起出至Φ 75不銹鋼球閥5以上時(shí)，立即關(guān)閉不銹鋼球閥5，同時(shí)也可關(guān)閉排水支管 6上的不銹鋼球閥7和排水支管10上的不銹鋼球閥9，通過(guò)壓力表8測(cè)孔內(nèi)返水壓力；灌漿 時(shí)，把排水支管10作為進(jìn)漿管，接通至灌漿泵，打開不銹鋼球閥9，即可進(jìn)行灌注，通過(guò)壓力 表8監(jiān)測(cè)灌漿壓力，灌漿結(jié)束關(guān)閉不銹鋼球閥9進(jìn)行屏漿待凝。本發(fā)明的有益效果對(duì)承受130m高水頭壓力下，導(dǎo)流孔透水、滲水，用常規(guī)方法無(wú) 法處理的情況。采用《水電站高壓水頭下大流量高速射流封堵灌漿技術(shù)》解決了在130m高 水頭下導(dǎo)流孔透水、滲水的封堵這樣一道世界水電工程施工中未曾報(bào)導(dǎo)的難題，本發(fā)明是 這個(gè)《封堵灌漿技術(shù)》中的一個(gè)關(guān)鍵設(shè)備，為保證在灌漿廊道鉆孔至導(dǎo)流洞頂部空腔處的鉆 孔安全、鉆灌施工的安全，解決了孔內(nèi)高水頭涌水工況下安全鉆孔灌漿的施工；在《封堵灌 漿技術(shù)》能減少“2億多元的直接經(jīng)濟(jì)損失和巨大間接經(jīng)濟(jì)損失”這樣的良好的有益效果益 中就有本發(fā)明的功勞。

圖1是高壓水頭下大流量高速射流封堵鉆灌安全控制裝置示意圖。在圖1中的標(biāo)志1、Φ42鉆桿，2、孔口封閉器壓蓋，3、孔口封閉器膠球，4、Φ89 ？L 口封閉器，5、Dg75不銹鋼球閥，6、Φ 50排水支管，7、Dg50不銹鋼球閥，8、壓力表，9、Dg50不 銹鋼球閥，10、Φ50排水支管及進(jìn)漿管，11、Φ 75孔口管(L = 3. 6m)，12、加固鋼板(δ = 10mm，邊長(zhǎng) 0. 2m)，13、注漿錨桿(025mm,L = 1. 5m)，14、Φ91 開孔鉆孔(入巖 3m)，15、鉆桿內(nèi)防高壓返水安全控制裝置，16、Φ 47鉆孔，17、永久堵頭上層脫空，18、導(dǎo)流洞襯砌砼，19、永久堵頭下層脫空，20、前期處理投放堆積層，21、導(dǎo)流洞封堵砼。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例通過(guò)施工實(shí)踐敘述，結(jié)合圖1說(shuō)明將本發(fā)明裝置投入實(shí)施。開孔鉆孔14的孔徑為Φ91πιπι，深入基巖3m，鑲鑄一根長(zhǎng)3.6πιΦ75的孔口鋼管11， 孔口管用鋼板(S = 10mm，邊長(zhǎng)0.2m) 12焊接加固，鋼板12四周用四根注漿錨桿(Φ25πιπι， L= 1.5m) 13鑲注在地板上，確?？卓诠芊€(wěn)固、牢靠、不移動(dòng)。孔口管11以上接兩根Φ 50的 排水支管6和10，排水支管6上接兩個(gè)Dg50不銹鋼球閥7，排水支管10兼作灌漿進(jìn)漿管， 其上接壓力表8和兩個(gè)Dg50不銹鋼球閥9，孔口鋼管上部安裝一個(gè)Dg75不銹鋼球閥5，以 上再接Φ89孔口封閉器4。鉆孔時(shí)，Φ42鉆桿1穿過(guò)孔口封閉器4及球閥5而進(jìn)入孔內(nèi)， 上緊孔口封閉器壓蓋2，使孔口封閉器膠球3膨脹達(dá)到止水的目的，鉆桿1下端內(nèi)安裝防高 壓返水安全控制裝置15，確保鉆穿空腔時(shí)，孔內(nèi)高壓返水不從鉆桿1的頂部射出，保證了起 下鉆拆卸鉆桿時(shí)的安全。同時(shí)，排水支管6與10上接的球閥7和9均處于打開狀態(tài)，一旦 鉆穿空腔，高壓水則通過(guò)排水支管排出，排水支管上接Φ50排水管將水引至615廊道施工 支洞排放。起鉆采用2PC型地質(zhì)鉆機(jī)，從其卡盤以上拆卸鉆桿，鉆桿一旦起出至Φ 75球閥5 以上時(shí)，立即關(guān)閉球閥5，同時(shí)也可關(guān)閉排水支管6上的球閥7和排水支管10上的球閥9， 通過(guò)壓力表8測(cè)孔內(nèi)返水壓力。灌漿時(shí)，把排水管10作為進(jìn)漿管，接通至灌漿泵，打開球閥 9，即可進(jìn)行灌注，通過(guò)壓力表8監(jiān)測(cè)灌漿壓力，灌漿結(jié)束關(guān)閉球閥9進(jìn)行屏漿待凝。實(shí)施之前，模擬及生產(chǎn)性灌漿試驗(yàn)為驗(yàn)證施工方案設(shè)計(jì)的可行性以及安全可靠性，在EL. 612m輔助洞外具有IlOm水 頭壓力的供水鋼管上，于2008年7月7日 7月12日進(jìn)行了模擬試驗(yàn)，取得了灌漿工藝、 灌漿設(shè)備及灌漿材料適應(yīng)性的初步資料，效果明顯。在進(jìn)一步細(xì)化了施工方案后，于2008 年11月24日 12月3日又在EL. 612m廊道內(nèi)進(jìn)行了生產(chǎn)性灌漿試驗(yàn)取得成功，驗(yàn)證了高 水頭下造孔安全性、灌漿安全性、可灌性、機(jī)械設(shè)備配置的合理性等參數(shù)。2施工工藝流程然后進(jìn)行鉆孔施工鉆孔采用XY-2PC型地質(zhì)鉆機(jī)，合金鉆頭鉆進(jìn)，地質(zhì)鉆機(jī)布置在高Im鉆機(jī)平臺(tái)上。 開孔孔徑Φ91πιπι，終孔孔徑Φ47πιπι。第一段鉆孔進(jìn)入基巖3m，鑲鑄孔口管11，進(jìn)入基巖3m， 高出底板0. 2m,單根長(zhǎng)度3. 6m。在打下的鉆口孔上安裝《高壓水頭下大流量高速射流封堵鉆灌孔口安全控制裝置》，使用時(shí)，鑲鑄孔口管11完畢安裝Dg75mm球閥5及孔口封閉器4，改用Φ 45mm無(wú)芯合金 鉆頭鉆至5m孔深，進(jìn)行安全性試壓水，壓水壓力1. 4MPa，檢查孔口管11、球閥5、球閥7、球 閥9及封閉器4等是否密封、耐壓及鑲鑄牢固，無(wú)問(wèn)題后在鉆桿1內(nèi)安裝防高壓返水安全控 制裝置15，繼續(xù)鉆進(jìn)至脫空部位。通過(guò)試驗(yàn)一共對(duì)原施工方案實(shí)施細(xì)節(jié)上進(jìn)行了改進(jìn)和完 善。2009年2月15日封堵灌漿開始正式施工。最后，取得了成功。
權(quán)利要求高壓水頭下大流量高速射流封堵鉆灌孔口安全控制裝置，其特征是它是由φ42鉆桿(1)，孔口封閉器壓蓋(2)，孔口封閉器膠球(3)，φ89孔口封閉器(4)，Dg75不銹鋼球閥(5)，φ50排水支管(6)，Dg50不銹鋼球閥(7)，壓力表(8)，Dg50不銹鋼球閥(9)，φ50排水支管(10)兼進(jìn)漿管，φ75L＝3.6m孔口管(11)，δ＝10mm邊長(zhǎng)0.2m加固鋼板(12)，Φ25mm，L＝1.5m注漿錨桿(13)，開孔φ91mm鉆孔入巖(14)、鉆桿內(nèi)防高壓返水安全控制裝置(15)，φ47鉆孔(16)，永久堵頭上層脫空(17)，導(dǎo)流洞襯砌砼(18)，永久堵頭下層脫空(19)，前期處理投放堆積層(20)，導(dǎo)流洞封堵砼(21)所組成；開孔鉆孔(14)的孔徑為φ91mm，深入基巖3m，鑲鑄一根長(zhǎng)3.6mφ75的孔口鋼管(11)，孔口δ＝10mm，邊長(zhǎng)0.2m管用鋼板(12)焊接加固，鋼板(12)四周用四根Φ25mm，L＝1.5m注漿錨桿(13)鑲注在地板上；孔口管(11)以上接兩根φ50的排水支管(6)和排水支管(10)，排水支管(6)上接兩個(gè)Dg50不銹鋼球閥(7)，排水支管(10)兼作灌漿進(jìn)漿管，其上接壓力表(8)和兩個(gè)Dg50不銹鋼球閥(9)，孔口鋼管上部安裝一個(gè)Dg75不銹鋼球閥(5)，以上再接φ89孔口封閉器(4)。
專利摘要本實(shí)用新型高壓水頭下大流量高速射流封堵鉆灌孔口安全控制裝置由φ42鉆桿1，孔口封閉器壓蓋2，孔口封閉器膠球3，φ89孔口封閉器4，Dg75不銹鋼球閥5，φ50排水支管6，Dg50不銹鋼球閥7，壓力表8，Dg50不銹鋼球閥9，φ50排水支管10兼進(jìn)漿管，φ75L＝3.6m孔口管11，δ＝10mm邊長(zhǎng)0.2m加固鋼板12，Φ25mm，L＝1.5m注漿錨桿13，開孔φ913m鉆孔入巖14、鉆桿內(nèi)防高壓返水安全控制裝置15，φ47鉆孔16等所組成；對(duì)承受130m高水頭壓力下，水電站導(dǎo)流孔透水、滲水，用常規(guī)方法無(wú)法處理的情況下，作為封堵灌漿技術(shù)中的一個(gè)關(guān)鍵設(shè)備，幫助解決了在130m高水頭下導(dǎo)流孔透水、滲水的封堵這樣一道世界水電工程施工中未曾報(bào)導(dǎo)過(guò)的難題，有良好的經(jīng)濟(jì)效益。
文檔編號(hào)E02D15/00GK201554005SQ200920125700
公開日2010年8月18日 申請(qǐng)日期2009年9月11日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月11日
發(fā)明者張曉安, 曾凡順, 李定忠, 李群生, 羅朝文, 顧建 申請(qǐng)人:中國(guó)水利水電第九工程局有限公司