专利名称：用于封堵高压地下水的混合灌浆装置及其混合法灌浆工艺的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种混合法灌浆在高压地下水处理中的施工工艺。适用于岩溶突水地层、水库坝基(堤)管涌、线状流水，透水性断层带，溶蚀裂隙中的集中涌水、喷水等堵漏加固处理。
背景技术：
目前，国内大型的地下硐室的施工中，如何处理施工过程中高压地下水的危害，已经成为目前乃至今后施工中的关键技术问题之一。对高压地下水进行灌浆处理，通常采用化学灌浆、水泥灌浆、水泥-水玻璃双液灌浆，化学灌浆存在对环境有污染，灌浆效果不明显，成本偏高等问题，而双液灌浆目前采用的方法是各自独立地往钻孔中灌，不仅在浆液凝固时间上难以控制，特别是在高压地下水灌浆处理中，来不及凝固的双液浆极易被高压水射流稀释冲走，达不到预期的灌浆目的。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种混合法灌浆在高压地下水处理中的施工工艺，它利用水泥浆液与水玻璃孔外混合技术，来控制浆液凝固时间，在高压地下水和不良地质条件下，确保水泥浆液不会分散，从而达到对地下水灌浆封堵的目的。
本发明所采用的技术方案是用于封堵高压地下水的混合灌浆装置，其特征在于所述高速搅拌机与储浆桶连通，该储浆桶的另一端通过阀门B与三通A相连，该三通的另一入口通过阀门A与贮水桶相连，三通A出口处连接有一高压泥浆泵，其输出端与三通B相连，该三通的一个输出端通过回浆阀门a与储浆桶连通，三通B的另一个输出端依次通过阀门C、压力表P、流量表A连接到分配器的输入端，分配器的另一个输入端依次通过阀门D、压力表Q、流量表B与三通C的输出端连通，三通C的输入端通过变频泵与水玻璃桶底部相连，三通C的另一个输出端通过回浆阀门b连通到水玻璃桶的顶部，所述分配器的输出端依次连接有静态混合器、单向阀、流量表C和三通D，三通D的一个输出端依次通过阀门F、压力表R与模袋止浆塞相连，其另一个输出端通过阀门E连接到弃浆口。
所述模袋止浆塞包括射浆管、包裹其中间段的模袋，所述模袋与射浆管之间的空隙内还装有一模袋进浆软管，该模袋进浆软管一端装有一用于支撑软管的硬管接头，另一端分别装有相互连通的水玻璃进口和水泥浓浆进口，所述模袋两端分别用铁丝和模袋封口密封。
所述模袋的材料为无纺布。
一种用混合灌浆装置封堵高压地下水的混合法灌浆工艺，其特征在于该工艺包括下列步骤A)、首先将可使出水钻孔孔口封死的模袋止浆塞塞入已钻成的钻孔中，用高压泥浆泵和高压变频泵分别在水泥浆进口和水玻璃进口处注入以一定比例配置的水泥浆和水玻璃，使与钻孔直径相同的无纺布模袋在孔内膨胀，等待3～5小时，让孔口止浆塞凝固；B)、灌浆开始，关闭出浆管阀门F，测定地下水压力，一般灌浆压力应高于地下水压力2Mpa；C)、开启高压泥浆泵，关闭阀门A，开启阀门B，关阀回浆阀a，开启阀门C，关闭阀门E，先送水泥浆进入模袋止水塞的射浆管；D)、开启高压变频泵，关闭回浆阀门b，开启阀门D，将水玻璃送至分配器，在静态混合器内与水泥浆充分混合，进入模袋止水塞的射浆管；E)、当双浆液进入止浆塞主射浆管后，先把出浆管阀门F关闭，打开弃浆管阀门E，让前面较稀的浆液从弃浆口流走，待出浓浆后，关闭弃浆管阀门E，打开出浆管阀门F，通过模袋止浆塞中的射浆管往钻孔中灌浆，直至止住出水点为止。
所述静态混合器出口到射浆管的出口距离L与双液浆的流速v之比t应大于或等于双液浆自流出混合室至凝固堵管的时间。
所述水泥浆∶水玻璃的体积百分比为1∶0.2～1∶1；凝胶时间为1.9秒～56秒。
本发明的有益效果是可以采用较为廉价的水泥浆液与水玻璃，在工业上用于化学反应的静态混合器中孔外混合，使水泥-水玻璃在进入地层前已经充分混合并初步反应，再灌注到基岩孔隙中，在高压地下水和不良地质条件下，确保双液浆不会被高压孔隙水迅速冲散，从而使膏状或流塑状的浆液快速将出水通道封堵，达到灌浆封堵的目的。
图1是本发明灌浆设备的系统简图。
图2是本发明模袋止浆塞的结构图。
图3是本发明的工艺流程图。
具体实施例方式
本实施例采用的是最常用的灌浆材料，水泥和水玻璃，水泥坚固耐磨，是最常用的灌浆材料，水玻璃与水泥混合可以加速浆液凝固。
本发明用于封堵高压地下水的混合灌浆装置见图3，该装置实际上是由多台设备组成的系统，含有高速搅拌机1，它与水泥储浆桶2连通，该储浆桶的另一端通过阀门B5与三通A相连，该三通的另一入口通过阀门A4与贮水桶3相连，三通A出口处连接有一高压泥浆泵6，其输出端与三通B相连，该三通的一个输出端通过回浆阀门a7与储浆桶2顶部连通，三通B的另一个输出端依次通过阀门C9、压力表P11、流量表A12连接到分配器16的输入端，分配器16的另一个输入端依次通过阀门D18、压力表Q15、流量表B14与三通C的输出端连通，三通C的输入端通过变频泵13与水玻璃桶8底部相连，三通C的另一个输出端通过回浆阀门b10连通到水玻璃桶8的顶部，所述分配器16的输出端依次连接有静态混合器17、单向阀21、流量表C20和三通D，三通D的一个输出端依次通过阀门F22、压力表R23与模袋止浆塞25相连，其另一个输出端通过阀门E19连接到弃浆口24。
所述模袋止浆塞25见图2，它包括射浆管25-5、包裹其中间段的模袋25-3，所述模袋25-3与射浆管25-5之间的空隙内还装有一模袋进浆软管25-6，该模袋进浆软管一端装有一用于支撑软管的硬管接头25-2，另一端分别装有相互连通的水玻璃进口25-4和水泥浆进口25-8，所述模袋25-3两端分别用铁丝25-1和模袋封口25-7密封。所述模袋25-3的材料采用无纺布。
参见图1，本例采用上述混合灌浆装置封堵高压地下水的混合法灌浆工艺包括下列步骤首先，在步骤S10，设备进场安装，在步骤S11，确定钻孔方位，紧接着在步骤S12钻孔，本例的钻孔的直径为50mm，在步骤S13，制作与安装模袋止浆塞25，将止浆塞25塞入已钻成的钻孔中，用高压泥浆泵6和高压变频泵13分别在水泥浆进口25-8和水玻璃进口25-4处注入以一定比例配置(大约水泥浆4水玻璃1)的水泥浆和水玻璃，使与钻孔直径相同的无纺布模袋25-3在孔内膨胀，模袋与孔壁的磨擦力能有效阻止高压灌浆过程中模袋止浆塞不被冲出，在步骤S14，等待4小时，在步骤S15，使孔口止浆塞凝固。本例仅为直径是50mm的钻孔模袋止浆塞，在实际操作中可根据钻孔口径调整模袋及各种用管的直径。
在步骤S16，灌浆开始，先关闭出浆管阀门F22，首先测定地下水压力，而后确定灌浆压力，一般灌浆压力为地下水压力的2倍。该压力的确定符合动量定理，能将地下水有效地推到基岩孔隙深处。测定水压力时应在所有主水道封死的情况下测定，如果有裂隙出水，没有有堵死的情况下可以不测，直接灌注。
开启高压泥浆泵6，关闭阀门A4，开启阀门B5，关闭回浆阀门a7，开启阀门C9，关闭弃浆管阀门E19，先送水泥浆进入模袋止水塞25的射浆管25-5。
开启高压变频泵13，关闭回浆阀门b10，开启阀门D18，将水玻璃送至分配器16，在静态混合器17内与水泥浆充分混合，进入模袋止浆塞25的射浆管25-5。
当双浆液进入止浆塞主射浆管后，先把出浆管阀门F22关闭，打开弃浆管阀门E19，让前面较稀的浆液从弃浆口24流走，待出浓浆后，关闭弃浆管阀门E19，打开出浆管阀门F22，通过模袋止浆塞25中的射浆管25-5往钻孔中灌浆，在步骤S17，判断是否止住出水点，如判断结果为“是”，至步骤S18，结束操作；如判断结果为“否”，转到步骤S12，重新开始钻孔。
在灌浆过程中应确保压力表P11、压力表Q15及压力表R23处有人监测。压力表R处，随着双液浆的灌入，压力会快速增长，随后下降，记下初始灌浆压力、最高灌浆压力及屏浆压力。流量表A12、B14、C20处均需有正向流量特征，不得出现倒流，如其中任何一只出现倒流，推测可能基岩内水倒压回系统，或是单向阀失效，高压泥浆泵6和高压变频泵13需及时提高压力，如果明显不能阻止倒流，则及时开启阀门E19，关闭阀门F22，关闭阀门D18和C9，关闭变频泵，再关闭泥浆泵，查明原因后重新开始。
所述静态混合器17出口到射浆管25-5的出口距离L与双液浆的流速v之比t应大于或等于双液浆自流出混合室至凝固堵管的时间。
对于灌浆材料，特别是堵大流量、高压力的大涌水来说，浆液凝胶时间是至关重要的。根据试验资料成果分析，发现凝胶时间有一定的规律性，水泥-水玻璃浆液胶凝时间情况详见“水泥-水玻璃浆液胶凝时间参数表”。
水泥-水玻璃浆液胶凝时间参数表
权利要求
1.一种用于封堵高压地下水的混合灌浆装置，其特征在于所述高速搅拌机(1)与储浆桶(2)连通，该储浆桶的另一端通过阀门B(5)与三通A相连，该三通的另一入口通过阀门A(4)与贮水桶(3)相连，三通A出口处连接有一高压泥浆泵(6)，其输出端与三通B相连，该三通的一个输出端通过回浆阀门a(7)与储浆桶(2)连通，三通B的另一个输出端依次通过阀门C(9)、压力表P(11)、流量表A(12)连接到分配器(16)的输入端，分配器(16)的另一个输入端依次通过阀门D(18)、压力表Q(15)、流量表B(14)与三通C的输出端连通，三通C的输入端通过变频泵(13)与水玻璃桶(8)底部相连，三通C的另一个输出端通过回浆阀门b(10)连通到水玻璃桶(8)的顶部，所述分配器(16)的输出端依次连接有静态混合器(17)、单向阀(21)、流量表C(20)和三通D，三通D的一个输出端依次通过阀门F(22)、压力表R(23)与模袋止浆塞(25)相连，其另一个输出端通过阀门E(19)连接到弃浆口(24)。
2.根据权利要求1所述的用于封堵高压地下水的混合灌浆装置，其特征在于所述模袋止浆塞(25)包括射浆管(25-5)、包裹其中间段的模袋(25-3)，所述模袋(25-3)与射浆管(25-5)之间的空隙内还装有一模袋进浆软管(25-6)，该模袋进浆软管一端装有一用于支撑软管的硬管接头(25-2)，另一端分别装有相互连通的水玻璃进口(25-4)和水泥浓浆进口(25-8)，所述模袋(25-3)两端分别用铁丝(25-1)和模袋封口(25-7)密封。
3.根据权利要求1或2所述的用于封堵高压地下水的混合灌浆装置，其特征在于所述模袋(25-3)的材料为无纺布。
4.一种用混合灌浆装置封堵高压地下水的混合法灌浆工艺，其特征在于该工艺包括下列步骤A)、首先将可使出水钻孔孔口封死的模袋止浆塞(25)塞入已钻成的钻孔中，用高压泥浆泵(6)和高压变频泵(13)分别在水泥浆进口(25-8)和水玻璃进口(25-4)处注入以一定比例配置的水泥浆和水玻璃，使与钻孔直径相同的无纺布模袋(25-3)在孔内膨胀，等待3～5小时，让孔口止浆塞凝固；B)、灌浆开始，关闭出浆管阀门F(22)，测定地下水压力，一般灌浆压力应高于地下水压力2Mpa；C)、开启高压泥浆泵(6)，关闭阀门A(4)，开启阀门B(5)，关阀回浆阀a，开启阀门C(9)，关闭阀门E(19)，先送水泥浆进入模袋止水塞(25)的射浆管(25-5)；D)、开启高压变频泵(13)，关闭回浆阀门b(10)，开启阀门D(18)，将水玻璃送至分配器(16)，在静态混合器(17)内与水泥浆充分混合，进入模袋止水塞(25)的射浆管(25-5)；E)、当双浆液进入止浆塞主射浆管后，先把出浆管阀门F(22)关闭，打开弃浆管阀门E(19)，让前面较稀的浆液从弃浆口(24)流走，待出浓浆后，关闭弃浆管阀门E(19)，打开出浆管阀门F(22)，通过模袋止浆塞(25)中的射浆管(25-5)往钻孔中灌浆，直至止住出水点为止。
5.根据权利要求4所述的用混合灌浆装置封堵高压地下水的混合法灌浆工艺，其特征在于所述静态混合器(17)出口到射浆管(25-5)的出口距离L与双液浆的流速v之比t应大于或等于双液浆自流出混合室至凝固堵管的时间。
6.根据权利要求4所述的用混合灌浆装置封堵高压地下水的混合法灌浆工艺，其特征在于所述水泥浆水玻璃的体积百分比为1∶0.2～1∶1；凝胶时间为1.9秒～56秒。
全文摘要
本发明涉及一种用于封堵高压地下水的混合灌浆装置及其混合法灌浆工艺。本发明提供了一种利用水泥浆液与水玻璃孔外混合技术，用来控制浆液凝固时间，在高压地下水和不良地质条件下，确保水泥浆液不会分散，从而达到对地下水灌浆封堵的目的。本发明的设备主要包括了分配器、静态混合器、单向阀、高速搅拌机、高压泥浆泵、高压变频泵、储浆桶、水玻璃桶、及一些相关的阀门、压力表、流量表等。本发明的灌浆工艺是钻孔、制作与安装止浆塞、等待孔口止浆塞凝固、开始灌浆、止住出水点。本发明可用于岩溶突水地层、水库坝基(堤)管涌、线状流水，透水性断层带，溶蚀裂隙中的集中涌水、喷水等堵漏加固处理。
文档编号E21D11/38GK1970900SQ200610053050
公开日2007年5月30日 申请日期2006年8月16日 优先权日2006年8月16日
发明者方新安, 包银鸿, 周光辉, 许启云, 吕联亚, 洪炉, 舒建平, 钟家峻, 张明林 申请人:中国水电顾问集团华东勘测设计研究院, 浙江华东建设工程有限公司, 浙江华东工程咨询有限公司, 杭州国电水利电力工程有限公司