利用鋼管欄柵樁封堵溶洞地下暗河的結(jié)構(gòu)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開(kāi)了一種利用鋼管欄柵樁封堵溶洞地下暗河的結(jié)構(gòu)，它包括鋼管欄柵樁（2），所述鋼管欄柵樁（2）穿過(guò)溶洞頂板（4）上方的灰?guī)r（3）和溶洞腔體并深入至溶洞底板（7）下方；在鋼管欄柵樁（2）的上游側(cè)設(shè)置灌漿模袋（6）并在灌漿膜袋（6）中充填水泥砂漿（5）。對(duì)于溶洞發(fā)育規(guī)模大、地下暗河水流湍急并伴有涌水的情況下，本實(shí)用新型的鋼管欄柵樁結(jié)合灌漿膜袋能夠在水流湍急的情況下阻水成壩，再結(jié)合后期固結(jié)灌漿和帷幕灌漿，就能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)這種溶洞的封堵。
【專利說(shuō)明】
利用鋼管欄柵樁封堵溶洞地下暗河的結(jié)構(gòu)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型涉及水利水電工程中地下暗河處理技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及貴州喀斯特高原地貌中利用鋼管欄柵粧封堵溶洞地下暗河的結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]在貴州喀斯特高原地貌中的峰叢洼地地貌區(qū)，具有分布最廣且面積不等但數(shù)量最多的喀斯特洼地，由于喀斯特洼地中的落水澗、豎井、漏斗和地下管道發(fā)育處理難度大，設(shè)計(jì)、施工質(zhì)量無(wú)統(tǒng)一規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，在以往興建水庫(kù)時(shí)是盡量避開(kāi)喀斯特復(fù)雜滲流場(chǎng)的。
[0003]然而，在喀斯特洼地建設(shè)水庫(kù)具有占用耕地資源少，庫(kù)容可由地表庫(kù)容和地下庫(kù)容組成，效益更大，開(kāi)發(fā)方式更合理。由于宜建水庫(kù)的喀斯特洼地基本位于河源地區(qū)，可基本實(shí)現(xiàn)對(duì)受水區(qū)的自流供水，是人與自然的和諧工程。同時(shí)，由于貴州此種地形分布廣泛，兩者結(jié)合可產(chǎn)生巨大的社會(huì)效益和工程效益。
[0004]據(jù)此，在喀斯特復(fù)雜滲流場(chǎng)的定性、定位、定量可完成前提下，滲流場(chǎng)中深大管道有效封堵成為此種工程可行的最大施工性難題，尤其是溶洞溶蝕結(jié)構(gòu)發(fā)育多樣且有地下暗河經(jīng)過(guò)的情況下，往往增加處理難度。深層巖溶管道由于埋深大、發(fā)育形式復(fù)雜等因素制約，采用人工探洞選址然后利用混凝土堵洞成庫(kù)的方法，是不能適應(yīng)這一類復(fù)雜滲流場(chǎng)環(huán)境，故采用鉆孔封堵、灌漿成幕阻水成壩的施工工藝具有可行性。帷幕灌漿成單孔布置，在巖溶發(fā)育部位可視情況加密鉆孔或布置雙排、多排帷幕，以形成阻水帷幕，然而溶洞發(fā)育規(guī)模大、地下暗河水流湍急并伴有涌水的情況下，由于情況復(fù)雜，常規(guī)的鉆孔封堵、灌漿成幕阻水成壩難以達(dá)到較好效果，因此這類溶洞的處理難度極大，在國(guó)內(nèi)外均未有相關(guān)報(bào)道，屬于世界性難題。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0005]本實(shí)用新型的目的在于提供一種貴州喀斯特高原地貌中利用鋼管欄柵粧封堵溶洞地下暗河的結(jié)構(gòu)，以解決溶洞發(fā)育規(guī)模大、地下暗河水流湍急并伴有涌水的情況下溶洞的封堵問(wèn)題。
[0006]本實(shí)用新型的技術(shù)方案是這樣的:
[0007]根據(jù)溶洞補(bǔ)充勘探和CT物探成果，對(duì)于這一類溶洞，采用如下封堵思路:①將該部位灌漿洞向下游方向擴(kuò)挖1m;②將堵頭的上游側(cè)設(shè)在溶洞的高度和寬度較大處，下游側(cè)設(shè)在溶洞的高度和寬度較小處，以利于封堵體的穩(wěn)定;③在堵頭下游側(cè)溶洞斷面較小的部位設(shè)置鋼管欄柵粧;④在鋼管欄柵粧上游側(cè)設(shè)置灌漿模袋;⑤在灌漿模袋的上游側(cè)充填級(jí)配料;⑥對(duì)級(jí)配料進(jìn)行預(yù)固結(jié)灌漿和控制性灌漿;⑦沿帷幕線進(jìn)行帷幕灌漿。
[0008]具體包括如下步驟:
[0009]步驟1:通過(guò)補(bǔ)充勘探和CT物探測(cè)試，探明溶洞的形態(tài)和發(fā)育規(guī)模；
[0010]步驟2:將該溶洞部位灌漿洞向下游方向擴(kuò)挖；
[0011 ]步驟3:將封堵該溶洞的堵頭的上游側(cè)設(shè)在溶洞的高度和寬度大的部位，下游側(cè)設(shè)在溶洞的高度和寬度小的部位，以利于封堵體的穩(wěn)定；
[0012]步驟4:在堵頭下游側(cè)設(shè)置鋼管欄柵粧；
[0013]步驟5:在鋼管欄柵粧上游側(cè)設(shè)置灌漿模袋；
[0014]步驟6:在灌漿模袋的上游側(cè)充填級(jí)配料；
[0015]步驟7:對(duì)級(jí)配料進(jìn)行預(yù)固結(jié)灌漿和控制性灌漿；
[0016]步驟8:沿帷幕線進(jìn)行帷幕灌漿。
[0017]基于上述方法，本實(shí)用新型采用了這樣一種利用鋼管欄柵粧封堵溶洞地下暗河的結(jié)構(gòu)，它包括鋼管欄柵粧，所述鋼管欄柵粧穿過(guò)溶洞頂板上方的灰?guī)r和溶洞腔體并深入至溶洞底板下方;在鋼管欄柵粧的上游側(cè)設(shè)置灌漿模袋并在灌漿膜袋中充填水泥砂漿。在灰?guī)r的頂部設(shè)有底板砼，鋼管欄柵粧的頂部穿過(guò)底板砼并出露在底板砼的上方。
[0018]另外，作為優(yōu)選方案，鋼管欄柵粧的底部深入溶洞底板下方的入巖深度至少為lm，鉆孔孔徑為150mm。
[0019]由于采用了本實(shí)用新型的技術(shù)方案，對(duì)于溶洞發(fā)育規(guī)模大、地下暗河水流湍急并伴有涌水的情況下，本實(shí)用新型的鋼管欄柵粧結(jié)合灌漿膜袋能夠在水流湍急的情況下阻水成壩，再結(jié)合后期固結(jié)灌漿和帷幕灌漿，就能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)這種溶洞的封堵。而且，由于先設(shè)置了鋼管欄柵粧，可以先形成一道闌珊，對(duì)于后面投入的封堵膜袋材料能夠起到預(yù)先攔截作用，這樣就避免了湍急的水流對(duì)材料的沖刷，可以大幅度降低溶洞封堵的成本。因此，本實(shí)用新型的技術(shù)方案對(duì)于縮短工期、縮減工程預(yù)算具有重要意義。
【附圖說(shuō)明】
[0020]圖1是本實(shí)用新型的大型溶洞地下暗河處理結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021 ]附圖標(biāo)記說(shuō)明:1-底板砼，2-鋼管欄柵粧，3-灰?guī)r，4-溶洞頂板，5-水泥砂漿，6_灌漿膜袋，7-溶洞底板，8-孔底。
【具體實(shí)施方式】
[0022]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。
[0023]如圖1所示，本實(shí)用新型的一種利用鋼管欄柵粧封堵溶洞地下暗河的結(jié)構(gòu)，它包括鋼管欄柵粧2，所述鋼管欄柵粧2穿過(guò)溶洞頂板4上方的灰?guī)r3和溶洞腔體并深入至溶洞底板7下方;在鋼管欄柵粧2的上游側(cè)設(shè)置灌漿模袋6并在灌漿膜袋6中充填水泥砂漿5。在灰?guī)r3的頂部設(shè)有底板砼I，所述鋼管欄柵粧2的頂部穿過(guò)底板砼I并出露在底板砼I的上方。鋼管欄柵粧2的底部深入溶洞底板7下方的入巖深度至少為lm，即鉆孔的孔底8低于溶洞底板7至少Im，鉆孔孔徑為150mm。
[0024]本實(shí)用新型采用如下步驟進(jìn)行施工:
[0025]步驟1:通過(guò)補(bǔ)充勘探和CT物探測(cè)試，探明溶洞的形態(tài)和發(fā)育規(guī)模；
[0026]步驟2:將該溶洞部位灌漿洞向下游方向擴(kuò)挖；
[0027 ]步驟3:將封堵該溶洞的堵頭的上游側(cè)設(shè)在溶洞的高度和寬度大的部位，下游側(cè)設(shè)在溶洞的高度和寬度小的部位，以利于封堵體的穩(wěn)定；
[0028]步驟4:在堵頭下游側(cè)設(shè)置鋼管欄柵粧2;
[0029]步驟5:在鋼管欄柵粧上游側(cè)設(shè)置灌漿模袋6;
[0030]步驟6:在灌漿模袋6的上游側(cè)充填級(jí)配料；
[0031]步驟7:對(duì)級(jí)配料進(jìn)行預(yù)固結(jié)灌漿和控制性灌漿；
[0032]步驟8:沿帷幕線進(jìn)行帷幕灌漿。
[0033]實(shí)施例1:
[0034]下面結(jié)合貴州鹿角壩水庫(kù)工程建設(shè)中遇到的該類溶洞的封堵說(shuō)明本實(shí)用新型的技術(shù)方案的具體應(yīng)用。
[0035](I)溶洞發(fā)育情況
[0036]通過(guò)后期補(bǔ)充勘探和物探測(cè)試，探明了主要集中滲漏通道溶洞的形態(tài)和發(fā)育規(guī)模。該溶洞位于下層灌楽廊道粧號(hào)K 0+300m?K左0+330m范圍內(nèi)，埋深28m?46m之間。根據(jù)鉆探資料，溶洞高度2.0m?18.0m,最大高度為18m，沿帷幕線長(zhǎng)度24m，為不規(guī)則橢圓形，洞內(nèi)水流速度最大0.25m/s，邊緣最小流速0.lm/s，平均流速約0.16m/s，估計(jì)流量為lm3/s?3m3/s;該溶洞與下游相距800m的下層廊道排水洞出口聯(lián)通，聯(lián)通時(shí)間為25min。在封堵處理工程總出現(xiàn)了大股涌水，涌水壓力0.05Mpa?0.1OMpa0
[0037](2)施工方法及工藝流程
[0038]根據(jù)該溶洞補(bǔ)充勘探和CT物探成果，封堵綜合處理方案如下:①將該部位灌漿洞向下游方向擴(kuò)挖1m;②將堵頭的上游側(cè)設(shè)在溶洞的高度和寬度較大處，下游側(cè)設(shè)在溶洞的高度和寬度較小處，以利于封堵體的穩(wěn)定;③在堵頭下游側(cè)溶洞斷面較小的部位設(shè)置鋼管欄柵粧2;④在鋼管欄柵粧2上游側(cè)設(shè)置灌漿模袋6;⑤在灌漿模袋6的上游側(cè)充填級(jí)配料;⑥對(duì)級(jí)配料進(jìn)行預(yù)固結(jié)灌漿和控制性灌漿;⑦沿帷幕線進(jìn)行帷幕灌漿。
[0039]具體工藝流程如下:
[0040]補(bǔ)充勘探—設(shè)置鋼管欄柵粧2—設(shè)置灌漿模袋6—灌漿模袋6充填灌漿—充填級(jí)配料—級(jí)配料預(yù)固結(jié)灌漿(膏狀漿液或水泥水玻璃雙液灌漿)—灌注砂漿—帷幕灌漿—質(zhì)量檢查。
[0041](3)鉆孔
[0042]鉆孔采用XY-2、XY_2B型回轉(zhuǎn)式地質(zhì)鉆機(jī)，清水沖洗，金剛石鉆頭鉆進(jìn)，下設(shè)灌漿模袋的孔徑為I 1mm，級(jí)配料回填孔直徑為Φ 220mm和Φ 150mm，孔斜率控制在0.5%以內(nèi)。
[0043]每排鉆孔分兩序施工，從溶洞中心向兩側(cè)依次施工。鉆孔過(guò)程中詳細(xì)記錄孔內(nèi)情況，以便準(zhǔn)確判斷溶洞的規(guī)模和尺寸。鉆孔穿過(guò)溶洞后如遇覆蓋層，穿過(guò)覆蓋層再鉆進(jìn)基巖lm。鉆孔結(jié)束后，孔口安善保護(hù)，以免掉入雜物。
[0044](4)鋼管欄柵粧
[0045]鋼管欄柵粧2位于封堵位置的最下游，孔徑Φ 110mm，鋼管直徑Φ 73mm，間距0.8m。鉆孔完成后，根據(jù)溶洞高度確定鋼管下設(shè)長(zhǎng)度，保證鋼管插入溶洞底部和頂部巖體不小于1.0m。在溶洞底部的覆蓋層中難以成孔時(shí)，采用跟管鉆進(jìn)法施工。格柵鋼管內(nèi)充填M30砂漿，以提高鋼管欄柵粧2的強(qiáng)度和剛度。鋼管格柵2為高速水流條件下的灌漿模袋6定位提供了較好的屏障。
[0046]欄柵粧鋼管經(jīng)試驗(yàn)采用了強(qiáng)度較高的地質(zhì)管，以保證鋼管欄柵粧2強(qiáng)度，在進(jìn)行后續(xù)施工時(shí)才能保證欄柵不變形，在施工初期由于采用了管壁較薄的焊管在后續(xù)施工時(shí)出現(xiàn)了欄柵變形的情況，不得已補(bǔ)充了部分欄柵粧。
[0047](5)模袋灌漿
[0048]模袋灌漿主要作用是緊貼鋼管欄柵粧2上游側(cè)形成類似墻體結(jié)構(gòu)，對(duì)暗河形成初步封堵。
[0049](I)模袋材料
[0050]模袋材料采用高強(qiáng)機(jī)織丙綸模袋土工布;該材料具有高強(qiáng)度、易變形、輕薄、柔軟等特點(diǎn);在高速流水條件下進(jìn)行充填灌漿，水能析出而水泥顆粒不會(huì)被帶走;水泥漿經(jīng)模袋析水后，不但硬化速度加快，而且固化強(qiáng)度有很大的提高。模袋在灌漿壓力作用下膨脹，可以堵塞不同形狀的漏洞。
[0051 ] (2)模袋綁扎方法
[0052]根據(jù)模袋分層堆積高度和溶洞空間大小，確定模袋的尺寸。按照理論尺寸兩頭收口牢固綁扎在Φ 73mm鋼管(花管)上，并設(shè)置定位箍，以免灌漿時(shí)模袋下滑。綁扎模袋時(shí)，采用“之”字形折疊法將模袋全部收攏在鋼管上，用紙繩綁扎牢固。在灌漿的過(guò)程中，模袋能夠順利打開(kāi)，并保持形狀良好，不會(huì)影響漿液的灌注。
[0053](3)模袋的下設(shè)和定位
[0054]模袋綁扎完成后，通過(guò)Φ50mm鉆桿與Φ 73mm鋼管連接把模袋下入孔內(nèi)。根據(jù)實(shí)測(cè)孔深和模袋高度，準(zhǔn)確定位下設(shè)深度。灌漿完成后，次日退出上部Φ50_鉆桿。
[0055](4)模袋內(nèi)灌漿
[0056]模袋下設(shè)完成后，即開(kāi)始進(jìn)行模袋內(nèi)灌漿。采用3SNS灌漿栗灌注0.5:1的純水泥漿液，灌漿流量不宜大于50L/min。灌漿量可通過(guò)理論計(jì)算進(jìn)行控制，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，膨脹系數(shù)在1.2?1.5之間。灌漿過(guò)程中控制好壓力，以免對(duì)模袋產(chǎn)生破壞。
[0057](5)級(jí)配料充填
[0058]下游側(cè)格柵模袋阻隔體形成后，開(kāi)始進(jìn)行上游側(cè)封堵體空腔級(jí)配料回填。級(jí)配料主要采用最大粒徑20mm?40mm左右的級(jí)配碎石；空腔回填主要通過(guò)4個(gè)Φ 220mm鉆孔進(jìn)行，其它Φ 150mm鉆孔輔助。級(jí)配料回填過(guò)程中應(yīng)注意控制速度，避免堵塞鉆孔。出現(xiàn)堵塞現(xiàn)象后需進(jìn)行掃孔作業(yè)，在級(jí)配料充填后期隨著過(guò)水通道的大部封堵，水流變的很小，這時(shí)可在級(jí)配料中摻加部分膠凝材料。
[0059](6)預(yù)固結(jié)灌漿和回填砂漿
[0060]級(jí)配料回填的過(guò)程中，為了盡快形成穩(wěn)定的堆積體，避免水流沖走級(jí)配料;在級(jí)配料回填厚度達(dá)到3m以上后，開(kāi)始對(duì)下部級(jí)配料進(jìn)行預(yù)固結(jié)灌漿。灌漿采用預(yù)埋花管出漿，漿液采用膏狀漿液或水泥-水玻璃雙液灌注。在高速水流條件下，預(yù)固結(jié)灌漿對(duì)級(jí)配料的穩(wěn)定起到了重要的作用。
[0061]為確保上部空腔充填密實(shí)，在級(jí)配料充填至接近溶洞頂部時(shí)，改用MlO水泥砂漿灌注。不同部位的鉆孔經(jīng)過(guò)數(shù)次復(fù)灌后，充填均較密實(shí)；帷幕灌漿鉆孔過(guò)程中，未發(fā)現(xiàn)頂部有較大的空腔。
[0062]當(dāng)然，以上只是本實(shí)用新型的具體應(yīng)用范例，本實(shí)用新型還有其他的實(shí)施方式，凡采用等同替換或等效變換形成的技術(shù)方案，均落在本實(shí)用新型所要求的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種利用鋼管欄柵粧封堵溶洞地下暗河的結(jié)構(gòu)，其特征在于:它包括鋼管欄柵粧(2)，所述鋼管欄柵粧(2)穿過(guò)溶洞頂板(4)上方的灰?guī)r(3)和溶洞腔體并深入至溶洞底板(7)下方;在鋼管欄柵粧(2)的上游側(cè)設(shè)置灌漿模袋(6)并在灌漿膜袋(6)中充填水泥砂漿(5)02.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用鋼管欄柵粧封堵溶洞地下暗河的結(jié)構(gòu)，其特征在于:在所述灰?guī)r(3)的頂部設(shè)有底板砼(1)，所述鋼管欄柵粧(2)的頂部穿過(guò)底板砼(I)并出露在底板砼(I)的上方。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的利用鋼管欄柵粧封堵溶洞地下暗河的結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述鋼管欄柵粧(2)的底部深入溶洞底板(7)下方的入巖深度至少為lm，鉆孔孔徑為150mm。
【文檔編號(hào)】E21B33/13GK205475292SQ201620064274
【公開(kāi)日】2016年8月17日
【申請(qǐng)日】2016年1月22日
【發(fā)明人】趙攀峰, 王龍, 趙克欣, 陳志強(qiáng), 高成城, 任水源
【申請(qǐng)人】中國(guó)水電基礎(chǔ)局有限公司