水平井间歇性高温汽化孔隙水加固含水软弱地层的方法

本发明涉及一种含水软弱地层的方法，尤其适用于软土治理使用的一种水平井间歇性高温汽化孔隙水加固含水软弱地层的方法。

背景技术：

软土具有含水量高，渗透系数低等特点，在软土上进行工程活动需对软土进行加固处理。目前，预固结是软土加固的主要方法，如堆载预压、真空预压、爆破增压、以及近年来陆续提出的高温加固方法等。课题组针对高温衰减快，影响范围小的问题，充分利用高温汽化孔隙水导致的压力积聚，基于抽吸联合作用原理，提出了改进的高温加固方法，并进行了试验研究探索。

但是竖管高温作业对地层的改造实质是营造水平温度梯度，汽化气体压力作用不能很好的控制在水平方向，影响高温温度梯度土体劈裂裂缝形成，且钻孔工作量大。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，提供一种水平井间歇性高温汽化孔隙水加固含水软弱地层的方法，在地层中营造竖直温度梯度，提高地层中水分向上排出的效率，其步骤简单，使用方便，排水加固效果好。

为实现上述技术目的，本发明的一种水平井间歇性高温汽化孔隙水加固含水软弱地层的方法，将需要进行加固的软弱地层区域划定为靶区，然后在靶区深度下限位置处设置树形水平钻孔，所述的树形水平钻孔在水平面上为树形展开结构，树形水平钻孔中设置多个加热用的真空发热管，然后间歇性控制树形水平钻孔中真空发热管同时加热，真空发热管附近的水迅速汽化，汽化压力和未汽化水重力作用使得靶区中交替产生向上、向下的水力梯度，促进靶区中水分汽化、挤压排出、回流、再汽化、再挤压排出，高效排出靶区内的孔隙水，达到加固的目的。

具体步骤如下：

a首先将需加固的含水软弱地层划分为靶区；

b然后在靶区深度下限位置处实施树形水平孔，树形水平钻孔的造斜段设置在靶区外侧，在树形水平钻孔中设置多个真空发热管，真空发热管内设有多个发热体，所有的发热体通过控制导线与温度控制系统连接；

c控制树形水平钻孔中的所有发热体迅速发热升温至目标值并持续预设时间，使得邻近树形水平钻孔范围内地层孔隙水汽化，气体积聚导致靶区内部产生超孔隙水压力，形成向上的水力梯度；

d停止所有发热体发热，待地表不再有水排出即可判断靶区中孔隙水压力消散，继续维持3～5天，此时孔隙水在自重作用下会向下回流，即向下的水力梯度；

e重复步骤c和步骤d，利用汽化孔隙水诱发的水力梯度将孔隙水排出靶区，直至靶区中含水量达到目标值。

进一步，树形水平孔正好位于靶区深度下限位置所在平面，且树形水平孔的树形展开结构布满整个靶区深度下限所在平面。

进一步，所述真空发热管内设置的发热体紧贴真空发热管外壳，真空发热管中发热体集中布置在真空发热管外壳的十点到两点之间，使热量向靶区上方集中，发热体在真空管中周向布置间距60°，在真空管中水平向布置间距为1/3发热体长度。

进一步，发热体的目标值控制温度不低于2000℃，恒温时间不低于24h；

进一步，真空发热管真空度不低于700torr，真空发热管直径为靶区地层厚度的1/100～1/200；

进一步，树形水平孔内间隔设置的多个真空发热管之间的间距不少于1m。

进一步，树形水平孔的树形结构分支水平布置角度不超过120°。

有益效果：

1)由于采用水平孔高温方法，将在地层中营造出竖直方向的温度梯度，可以更好的利用高温汽化气体压力积聚，产生劈裂裂缝，提高地层竖直方向渗透率；

2)间歇性高温作业将在地层中交替产生向上和向下的水力梯度，实现地层孔隙水分汽化、排出、流动、再汽化和再排出，可以提高固结排水效率；

3)水平钻孔施工容易且成本低，通过水平钻孔高温加固含水软弱地层，自由排水面可以是地表，也可以是水平钻孔，这使得水平孔高温加固含水软弱地层将不受地层深度影响。

附图说明

图1为本发明的水平井间歇性高温汽化孔隙水加固含水软弱土层方法实施示意图；

图2为本发明的树形水平孔平面布置示意图。

图中：1-靶区；2-树形水平孔；3-发热体；4-真空发热管；5-控制导线；6-控制系统。

具体实施方式：

下面结合附图对本发明的实施例做进一步说明：

如图1和图2所示，本发明的一种水平井间歇性高温汽化孔隙水加固含水软弱地层的方法，将需要进行加固的软弱地层区域划定为靶区1，然后在靶区1深度下限位置处设置树形水平钻孔2，所述的树形水平钻孔2在水平面上为树形展开结构，树形水平钻孔2中设置多个加热用的真空发热管3，然后间歇性控制树形水平钻孔2中的真空发热管3同时加热，真空发热管3附近的水迅速汽化，汽化压力和未汽化水自重作用使得靶区1中交替产生向上、向下的水力梯度，促进靶区1中水分汽化、挤压排出、回流、再汽化、再挤压排出，高效排出靶区1内的孔隙水，达到加固的目的。

具体步骤如下：

a首先将需加固的含水软弱地层划分为靶区1；

b然后在靶区1深度下限位置处实施树形水平孔2，树形水平孔2正好位于靶区1深度下限位置所在平面，且树形水平孔2的树形展开结构布满整个靶区1深度下限所在平面，树形水平孔2的树形结构分支水平布置角度不超过120°；树形水平钻孔2的造斜段设置在靶区1外侧，在树形水平钻孔2中设置多个真空发热管3，树形水平孔2内间隔设置的多个真空发热管3之间的间距不少于1m，真空发热管3真空度不低于700torr，真空发热管3直径为靶区1地层厚度的1/100～1/200；真空发热管3内设有多个发热体4，所有的发热体4通过控制导线5与温度控制系统6连接；

c控制树形水平钻孔2中的所有发热体4迅速发热升温至不低于2000℃的高温，恒温时间不低于24h；使得邻近树形水平钻孔2范围内地层孔隙水汽化，气体积聚导致靶区1内部产生超孔隙水压力，形成向上的水力梯度；真空发热管3内设置的发热体4紧贴真空发热管3外壳，真空发热管3中发热体4集中布置在真空发热管3外壳的十点到两点之间，使热量向靶区1上方集中，发热体在真空管3中周向布置间距60°，在真空管3中水平向布置间距为1/3发热体4长度；

d停止所有发热体4发热，待地表不再有水排出即可判断靶区1中孔隙水压力消散，继续维持3～5天，此时孔隙水在自重作用下会向下回流，即向下的水力梯度；

e重复步骤c和步骤d，利用汽化孔隙水诱发的水力梯度将孔隙水排出靶区1，直至靶区1中含水量达到目标值。

技术特征：

1.一种水平井间歇性高温汽化孔隙水加固含水软弱地层的方法，其特征在于：将需要进行加固的软弱地层区域划定为靶区(1)，然后在靶区(1)深度下限位置处设置树形水平钻孔(2)，所述的树形水平钻孔(2)在水平面上为树形展开结构，树形水平钻孔(2)中设置多个加热用的真空发热管(3)，然后间歇性控制树形水平钻孔(2)中的真空发热管(3)同时加热，真空发热管(3)附近的水迅速汽化，汽化压力和未汽化孔隙水自重作用使得靶区(1)中交替产生向上、向下的水力梯度，促进靶区(1)中水分汽化、挤压排出、回流、再汽化、再挤压排出，高效排出靶区(1)内的孔隙水，达到加固的目的。

2.根据权利要求1所述的水平井间歇性高温汽化孔隙水加固含水软弱地层的方法，其特征在于具体步骤如下：

a首先将需加固的含水软弱地层划分为靶区(1)；

b然后在靶区(1)深度下限位置处实施树形水平孔(2)，树形水平钻孔(2)的造斜段设置在靶区(1)外侧，在树形水平钻孔(2)中设置多个真空发热管(3)，真空发热管(3)内设有多个发热体(4)，所有的发热体(4)通过控制导线(5)与温度控制系统(6)连接；

c控制树形水平钻孔(2)中的所有发热体(4)迅速发热升温至目标值并持续预设时间，使得邻近树形水平钻孔(2)范围内地层孔隙水汽化，气体积聚导致靶区(1)内部产生超孔隙水压力，形成向上的水力梯度；

d停止所有发热体(4)发热，待地表不再有水排出即可判断靶区(1)中孔隙水压力消散，继续维持3～5天，此时孔隙水在自重作用下会向下回流，即向下的水力梯度；

e重复步骤c和步骤d，利用汽化孔隙水诱发的水力梯度将孔隙水排出靶区(1)，直至靶区(1)中含水量达到目标值。

3.根据权利要求2所述水平井间歇性高温汽化孔隙水加固含水软弱地层的方法，其特征在于：树形水平孔(2)正好位于靶区(1)深度下限位置所在平面，且树形水平孔(2)的树形展开结构布满整个靶区(1)深度下限所在平面。

4.根据权利要求3所述水平井间歇性高温汽化孔隙水加固含水软弱地层的方法，其特征在于：所述真空发热管(3)内设置的发热体(4)紧贴真空发热管(3)外壳，真空发热管(3)中发热体(4)集中布置在真空发热管(3)外壳的十点到两点之间，使热量向靶区(1)上方集中，发热体在真空管(3)中周向布置间距60°，在真空管(3)中水平向布置间距为1/3发热体(4)长度。

5.根据权利要求2所述水平井间歇性高温汽化孔隙水加固含水软弱地层的方法，其特征在于：发热体(4)的目标值控制温度不低于2000℃，恒温时间不低于24h。

6.根据权利要求2所述水平井间歇性高温汽化孔隙水加固含水软弱地层的方法，其特征在于：真空发热管(3)真空度不低于700torr，真空发热管(3)直径为靶区(1)地层厚度的1/100～1/200。

7.根据权利要求2所述水平井间歇性高温汽化孔隙水加固含水软弱地层的方法，其特征在于：树形水平孔(2)内间隔设置的多个真空发热管(3)的间距不少于1m。

8.根据权利要求2所述水平井间歇性高温汽化孔隙水加固含水软弱地层的方法，其特征在于：树形水平孔(2)的树形结构分支水平布置角度不超过120°。

技术总结
本发明公开了一种水平井间歇性高温汽化孔隙水加固含水软弱地层的方法，用于软土治理。将待处理区域定义为靶区，在靶区底部实施树形水平孔并覆盖整个靶区，然后在树形水平孔中下放内置发热体的真空发热管，控制紧邻真空发热管上部靶区范围内间歇性发热，汽化压力和未汽化孔隙水自重作用使得靶区中交替产生向上、向下的水力梯度，促使地层孔隙水汽化、排出、流动、再汽化和再排出，直至将靶区孔隙水含量降低到目标值，实现加固地层的效果。其步骤简单，实施方便，能有效提高含水软弱土层的固结排水效率。

技术研发人员：周旭东;赵晓东;朱锋盼
受保护的技术使用者：浙江中正岩土技术有限公司;中国矿业大学;金华职业技术学院
技术研发日：2021.05.14
技术公布日：2021.08.10