一种地下水封洞库的渗控施工方法与流程

1.本发明涉及一种地下水封洞库的渗控施工方法，属于地下水封洞库施工技术领域。


背景技术：

2.地下水封洞库处于稳定的地下水位线以下一定的深度，通过人工在地下岩石中开挖出一定容积的洞室(高度大约为20m～30m)，利用稳定地下水的水封作用密封储存在洞室内的石油。
3.洞室开挖前，地下水通过节理裂隙等渗透到岩体的深部并完全充满岩体裂隙。当储油洞库开挖形成后，周围岩体中的裂隙水就向被挖空的洞室流动。在洞室中注入油品后，油品周围会存在一定的压力差，因而在任一油面上，水压力都大于油压力，使油品不能从裂隙中漏走。同时利用油比水轻，以及油水不能混合的性质，渗入洞内的地下水则最终汇集到洞室底部，并最终汇入泵坑内，进而由泵坑内的水泵抽出。
4.但是，地下水封洞库的容积是已经设计确定的，同时，配套的水泵规格也是明确了的，且渗入洞室内的地下水水量是有相关规定的。如何有效地控制地下水封洞库的渗水量，成为渗控设计成败的关键所在。
5.通常地下水封洞库库址选择在靠近海岸或河流等水源丰富的地区，此类地区具有地表水及地下水丰富的特点，可以满足地下水封洞库水封性要求。
6.但不同的地下水封洞库，其地质条件是各有各的不同，而地质条件由简单到复杂的程度决定了地下水封洞库渗控设计技术方法的差异。当地下水封洞库所处地质条件较为复杂时，控制地下水渗入量的难度也随之加大。常规注浆处理方式是发现有渗水漏水处，针对该渗水位置进行注浆堵水。然而对于地质条件复杂、洞室断面形状不规则的地下水封洞库，采用常规的注浆处理方式，将难以控制渗水量，而且当地下水封洞库完工后发现顶拱、边墙等位置大量渗水，在使用常规机械设备的情况下，补救难度极大，不仅延误了工期，而且无法保证长期使用的可靠性。因此，对于在复杂地质条件下施工地下水封洞库如何可靠地控制渗水量是急需要解决的技术问题。


技术实现要素：

7.为了控制复杂地质条件下地下水封洞库的渗水量，本发明提供一种地下水封洞库的渗控施工方法，具体技术方案如下。
8.一种地下水封洞库的渗控施工方法，地下水封洞库的储油洞室通过分层开挖的方式进行施工，其特征在于，主要包括以下步骤：
9.1)、开挖储油洞室的第一层，形成储油洞室的拱顶和一部分边墙，在开挖掌子面和第一层底板进行预注浆操作；
10.在开挖掌子面的预注浆操作为：在开挖掌子面对应于拱顶和边墙的边缘处环向间隔设置第一注浆孔，并对第一注浆孔进行注浆，所述第一注浆孔向远离所述储油洞室的方
向延伸，且所述第一注浆孔的延伸方向与所述储油洞室的延伸方向呈8
°
～12
°
的夹角；
11.在第一层开挖完成后，储油洞室的第二层开挖前，在第一层底板进行预注浆，预注浆操作为：在第一层底板对应于边墙的边缘处沿洞室轴线方向间隔设置第二注浆孔，并对第二注浆孔进行注浆，所述第二注浆孔向下的延伸方向与竖直方向呈10
°
～15
°
的夹角，且所述第二注浆孔向远离所述储油洞室的方向延伸；
12.2)、开挖储油洞室位于第一层下方的第二层，在第二层底板进行预注浆操作；在第二层底板的预注浆操作与第一层底板的预注浆操作相同；
13.3)、按照储油洞室的第二层的施工方式施工后续各层，直到完成最底层的施工；储油洞室的最底层完成施工后需要对储油洞室进行底角渗流控制预注浆操作：储油洞室的底角渗流控制预注浆与第一层底板的预注浆操作相同；
14.4)、在上述预注浆操作完成后，对储油洞室的拱顶、边墙和底板进行后注浆操作：在拱顶和边墙上间隔设置若干个后注浆孔并进行注浆；在拱顶和边墙后注浆操作完成后，对储油洞室的底板进行清理，清理完成后再进行后注浆操作。
15.采用上述的技术方案，在开挖掌子面的预注浆操作可以将渗水大致地阻挡在开挖掘进的线路之外，有利于提高开挖的效率和质量；在每一层的底板边缘处进行预注浆操作有利于将渗水大致地阻挡下一层的开挖线路上，有利于提高下一层的开挖速度。同时，将储油洞室内的预注浆与后注浆渗控技术相结合，使得储油洞室墙壁外侧形成了一定厚度的相对不透水环形墙，即便是地质结构复杂的施工环境，也能够确保渗控设计的有效性，确保储油洞室的渗水量满足设计使用要求。
16.进一步地，所述第一注浆孔的孔深不小于一个开挖爆破循环长度。这样可以确保在开挖掌子面布设的注浆孔能够对下一次爆破开挖起到阻挡渗水的作用。
17.进一步地，所述第二注浆孔的孔深不小于下一层开挖的厚度。这样可以确保储油洞室下一层的开挖受到第二注浆孔的保护。
18.进一步地，所述后注浆孔按排间隔设置，孔间距为1.2m～1.7m，排间距为0.8m～1.2m，相邻两排的注浆孔交错设置(也可以成为前后排呈梅花型布置)，所述后注浆孔的孔深为4m～7m。
19.进一步地，每一层底板的预注浆操中，在每一层底板对应于边墙的边缘处设置有两排第二注浆孔。两排第二注浆孔可以明显提升渗控作用。
20.进一步地，所述第二注浆孔的注浆采用自上而下分段注浆，第一段(孔口段)段长为3m～5m，以下每段长度不得大于6m，第一段注浆压力3.0mpa～4.0mpa，以下各段注浆压力4.0mpa～5.0mpa。
21.进一步地，水封洞库还包括有竖井，所述竖井与所述储油洞室连通，所述竖井中设置有密封塞，所述竖井位于密封塞的上方填充有膨润土。竖井用于油品的输入与输出及储油洞室内地下渗水的抽出。竖井密封塞以上部位，因周边地下水的长期渗入，存在较深的蓄水，进而产生较大的静水压力，为防止水流沿着裂隙渗入储油洞室内，采用回填一定厚度的膨润土，利用膨润土遇水膨胀的特性可以很好地控制竖井内的渗水进入到储油洞室内。
22.进一步地，水封洞库还包括有水幕巷道，水幕巷道位于储油洞室的上方，对于水幕巷道的底板部位可能存在渗漏通道的部位，铺设一定厚度膨润土。膨润土随着渗漏通道向下渗漏，随着膨润土膨胀就可以较大程度地减小渗漏通道的渗漏，起到控制渗水的效果。
23.进一步地，在对储油洞室的底板进行后注浆操作之前，还对储油洞室的底板进行底板渗控预注浆操作，底板渗控预注浆操作与底板后注浆操作相同；底板渗控预注浆之后清理1m～3m厚的底板保护层之后再进行底板后注浆操作。通过增加底板渗控预注浆操作，可以在不探明底板渗水情况的条件下进行初步的渗水控制，可以在拱顶、边墙后注浆操作之后进行；底板保护层的作用防止直接通过爆破的方式形成底板，将爆破层限定在底板保护层之上，当拱顶、边墙后注浆操作完成后，将底板保护层使用纯机械的方式挖除，这样有利于曝露出渗水缝隙并通过底板后注浆操作来控制精确的控制底板的渗水。
24.本发明将水幕渗控和竖井渗控纳入到地下水封洞库渗控设计中，对比常规的仅考虑储油洞室渗控设计，具有更加的系统性和全面性。本发明将储油洞室内的预注浆与后注浆渗控技术进行了有机结合，使储油洞室墙壁外侧形成了一定厚度的相对不透水环形墙，确保了渗控设计的有效性。本发明首次在地下水封洞库中引用膨润土，并使用于水幕巷道和竖井中的渗控设计中，更加确保了地下水封洞库渗控设计的综合效益。
附图说明
25.图1是储油洞室第一层预注浆立面图；
26.图2是储油洞室第一层预注浆平面图；
27.图3是储油洞室边墙预注浆立面图(示意了储油洞室的相邻两层)；
28.图4是储油洞室边墙预注浆平面图；
29.图5是储油洞室底角渗流控制预注浆立面图；
30.图6是储油洞室底角渗流控制预注浆平面图；
31.图7是储油洞室后注浆立面图；
32.图8是储油洞室后注浆平面图；
33.图9是竖井膨润土回填位置图；
34.图10是水幕巷道膨润土回填示意图。
35.图中：拱顶1、边墙2、第一注浆孔3、第二注浆孔4、后注浆孔5、储油洞室6、底板7、竖井8、密封塞9、膨润土10、水幕巷道11。
具体实施方式
36.下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
37.参见图1～8，一种地下水封洞库的渗控施工方法，地下水封洞库的储油洞室通过分层开挖的方式进行施工，先开挖第一层，接着开挖位于第一层下方的第二层，依次类推直到整个储油洞室开挖完成，各层之间没有分隔，整个储油洞室的腔室只有一个。
38.渗流控制施工方法主要包括以下步骤：
39.1)、开挖储油洞室的第一层，形成储油洞室6的拱顶和一部分边墙，在开挖掌子面和第一层底板进行预注浆操作。
40.2)、在开挖储油洞室6位于第一层下方的第二层时，先在储油洞室的第一层底板进行预注浆操作，在第一层底板预注浆操作完成后对第二层储油洞室进行开挖；
41.3)、按照储油洞室6的第二层的施工方式施工第二层以下的各层，直到完成最底层的开挖；储油洞室6的最底层完成开挖后，在最底层的底板的底角进行底角渗流控制预注浆
以及底板进行渗流控制预注浆操作；
42.4)、在最底层底板的底角渗流控制预注浆及底板渗流控制预注浆操作完成后，对储油洞室6拱顶及边墙进行后注浆操作：在储油洞室6的拱顶1和边墙2上间隔设置若干个后注浆孔5并进行注浆。
43.5)、拱顶及边墙后注浆完成后进行底板清理，清理干净后再对最底层的底板7进行后注浆操作：在储油洞室6的底板7上间隔设置若干个后注浆孔5并进行注浆。
44.下面详细介绍预注浆操作和后注浆操作的具体细节。
45.如图1～2所示，在开挖掌子面对应于拱顶1和边墙2的边缘处间隔设置第一注浆孔3，并对第一注浆孔3进行注浆，第一注浆孔3向远离储油洞室6的方向延伸，且第一注浆孔3的延伸方向与储油洞室6的延伸方向呈8
°
～12
°
的夹角；第一注浆孔3孔深不小于一个开挖爆破循环长度，采用分段分序加密的原则施工，每段钻孔及注浆长度一般为20m左右，注浆压力p＝3mpa。
46.如图3～6所示，在第一层底板对应于边墙2的边缘处间隔设置一排(图3～4)或两排(图5～6)第二注浆孔4，两排第二注浆孔4呈梅花型布设，并对第二注浆孔4进行注浆，第二注浆孔4向下的延伸方向与竖直方向呈10
°
～15
°
的夹角，且第二注浆孔4向远离储油洞室6的方向延伸；钻孔及注浆应按照分序加密的原则施工，钻孔及注浆孔孔深不小于不小于下一层开挖的厚度，注浆压力p＝3mpa。每一层的底板预注浆与第一层的底板预注浆操作相同；储油洞室的最底层完成施工后需要对最底层底板(储油洞室的底板)的底角进行底角渗流控制预注浆操作：储油洞室的底角渗流控制预注浆与第一层底板的预注浆操作相同。
47.在开挖掌子面对应于拱顶1和边墙2的边缘处进行预注浆，在灌浆前应用压力水进行裂隙冲洗，直至回水清净时止。冲洗压力可为灌浆压力的80％，若该值大于1mpa时，采用1mpa。注浆材料以纯水泥浆液为主，水泥采用普通硅酸盐水泥，强度等级不低于42.5mpa。浆液采用1:1，当浆液注入量已到300l以上，或注浆时间超过30min，注浆压力和注入率改变不显著时，水灰比由稀至浓逐级变化；当注入率大于30l/min时，可根据具体情况越级变浓；当注入率不大于1l/min
·
m后，继续注浆30min后，可结束灌浆。
48.在各层底板的边缘处进行预注浆采用自上而下分段注浆，第一段(孔口段)段长为3m，以下每段长度不得大于6m，第一段注浆压力3.0mpa，以下各段注浆压力4.0～5.0mpa。钻孔及注浆孔孔深可采用20m、15m、10m等不同深度。在灌浆前应用压力水进行裂隙冲洗，直至回水清净时止。冲洗压力可为灌浆压力的80％，若该值大于1mpa时，采用1mpa。注浆材料以纯水泥浆液为主，水泥采用普通硅酸盐水泥，强度等级不低于42.5mpa。浆液采用2:1，当浆液注入量已到300l以上，或灌浆时间已达30min，灌浆压力和注入率改变不显著时，水灰比由稀至浓逐级变化；当注入率大于30l/min时，可根据具体情况越级变浓；当注入率不大于0.05l/min
·
m后，继续灌注不少于10min后，可结束灌浆。
49.如图7
‑
8所示，储油洞室6的后注浆孔5及注浆按分序原则，后注浆孔孔深4
‑
7m(优选，拱顶及边墙上的孔深5m、底板上的孔深6m)，孔径42mm；孔间距1.5m，排距1.0m，前后排呈梅花型布置；注浆压力3mpa；注浆水灰比根据现场情况可选2:1、1:1、0.8:1、0.6:1四个水灰比级。注浆材料以纯水泥浆液为主，水泥采用普通硅酸盐水泥，强度等级不低于42.5mpa。若钻孔过程中遇岩层、岩性变化，发生塌孔、钻速变化、回水变色、失水、涌水等异常情况，应分析原因，调整渗控设计技术方法中的相关参数。注浆孔在灌浆前应用压力水进行裂隙冲洗，
裂隙冲洗不小于15min或至回水清净时止。对回水打不到澄清要求的孔段，应继续进行冲洗，孔内残存的沉积物厚度不得超过20cm。注入率不大于0.05l/min
·
m后，继续灌注不少于10min后，可结束灌浆。
50.在对储油洞室6的底板7进行后注浆操作之前，还对储油洞室6的底板7进行底板渗控预注浆操作，底板渗控预注浆操作与底板后注浆操作相同；底板渗控预注浆之后清理1
‑
3m厚的底板保护层(未图示)之后再进行底板后注浆操作。通过增加底板渗控预注浆操作，可以在不探明底板渗水情况的条件下进行初步的渗水控制，可以在拱顶、边墙后注浆操作之后进行；底板保护层的作用防止直接通过爆破的方式形成底板，将爆破层限定在底板保护层之上，当拱顶、边墙后注浆操作完成后，将底板保护层使用纯机械的方式挖除，这样有利于曝露出渗水缝隙并通过底板后注浆操作来控制精确的控制底板的渗水。
51.参见图9，水封洞库还包括有竖井8，竖井8与储油洞室6连通，竖井8中设置有密封塞9，竖井8位于密封塞9的上方填充有膨润土10，膨润土10的高度为10m～30m。竖井8用于油品的输入与输出及储油洞室6内地下渗水的抽出。竖井8密封塞9以上部位，因周边地下水的长期渗入，存在较深的蓄水，进而产生较大的静水压力，为防止水流沿着裂隙渗入储油洞室内，采用回填一定厚度的膨润土，利用膨润土遇水就膨胀的特性可以很好地控制竖井内的渗水进入到储油洞室内。
52.参见图10，水封洞库还包括有水幕巷道11，水幕巷道11位于储油洞室6的上方，对于水幕巷道11的底板部位可能存在渗漏通道的部位，铺设厚度为10cm～30cm的膨润土10。膨润土随着渗漏通道向下渗漏，随着膨润土膨胀就可以较大程度地减小渗漏通道的渗漏，起到控制渗水的效果。
53.回填的膨润土可采用袋装或散状，散状容器应密封。搬运、运输包装件时禁用手钩，禁止翻滚。运输和储存应注意防水、防潮。膨润土应在12h内完成膨润土填筑。膨润土回填过程中，应对井口管道等设备设施进行保护。回填膨润土的参数见表1所示。
54.表1.膨润土技术参数表
55.技术指标技术参数粘度600r/min读数≥30屈服值/塑性粘度≤3滤失量，cm3≤1575μm筛余，质量分数，≤4
56.上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是局限性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护范围之内。