隧道涌水段地表深孔分段帷幕灌浆方法及钻具组件与流程

1.本公开涉及路面工程改造技术领域，尤其涉及一种隧道涌水段地表深孔分段帷幕灌浆方法及钻具组件。


背景技术：

2.当埋深大于200m隧洞掘进过程中遇到河床水通过覆盖层及断层涌入隧洞造成突涌水，且水源补给充足，水头压力较大时，我们首先想到的思路是重新组织抽排水工作，并进行隧洞内注浆堵水。然而，此种思路在实施过程中存在诸多缺点，如：施工困难、耗时长及投入人力物力较大等，且由于水头压力大于2.0mpa且涌水量大于1000m3/h，在进行抽排水及洞内堵水过程中，易造成二次伤害。


技术实现要素：

3.为了解决上述技术问题或者至少部分地解决上述技术问题，本公开提供了一种隧道涌水段地表深孔分段帷幕灌浆方法及钻具组件。
4.本公开提供了一种隧道涌水段地表深孔分段帷幕灌浆方法，包括：
5.在地表设置多个钻孔位置和多个所述钻孔位置的排布方式；
6.根据非灌浆段的预设长度尺寸，采用钻具组件在每个所述钻孔位置处钻孔以形成所述非灌浆段；
7.根据灌浆段的预设长度尺寸，采用钻具组件向所述非灌浆段的底部继续打孔，以形成所述灌浆段；
8.向所述灌浆段进行灌浆，相邻所述灌浆段之间连接，形成涌水通道阻隔层。
9.本公开提供的方法中，首先针对突涌水地段的位置，在地表上设置钻孔位置和钻孔位置的排布方式，然后根据非灌浆段的预设长度尺寸在设置的钻孔位置进行打孔形成所述非灌浆段，之后根据灌浆段的预设长度尺寸，采用钻具组件向非灌浆段的底部继续打孔，以形成灌浆段，在灌浆过程中，相邻灌浆段之间通过浆液连接，以形成涌水通道阻隔层，将涌水通道隔断，从而保证河床水无法流入隧洞。
10.通过上述方法阻断涌水通道，有效降低了阻断涌水通道的施工难度，缩短了施工所需时间，降低了施工成本，并有效避免了在阻断涌水通道施工过程中，对隧道造成伤害。
11.可选地，在所述根据灌浆段的预设长度尺寸，采用钻具组件向非灌浆段的底部继续打孔，以形成所述灌浆段之前，还包括：
12.在所述非灌浆段靠近开口的位置处埋设第一套管；
13.向所述非灌浆段中放置第二套管，所述第二套管的一端穿过所述第一套管，另一端延伸至所述非灌浆段外。
14.可选地，所述向灌浆段进行灌浆，相邻灌浆段之间连接，形成涌水通道阻隔层，包括：
15.对所述灌浆段进行分段灌浆。
16.可选地，所述对灌浆段进行分段灌浆，包括：
17.向所述第二套管内灌浆以使所述第二套管位于所述非灌浆段内的端部处形成第一灌浆段；
18.将钻具组件放置于第二套管中，对所述第一灌浆段进行钻孔；
19.取出钻具组件；
20.向所述第一灌浆段远离所述第一套管的一侧灌浆，以形成第二灌浆段。
21.可选地，所述根据非灌浆段的预设长度尺寸，采用钻具组件在每个钻孔位置处钻孔以形成所述非灌浆段、和所述根据灌浆段的预设长度尺寸，采用钻具组件向非灌浆段的底部继续打孔，以形成所述灌浆段均包括：
22.矫正所述钻具组件的钻进方向，以使所述钻具组件沿竖直方向钻进。
23.可选地，所述矫正钻具组件的钻进方向，以使钻具组件沿竖直方向钻进包括：
24.减小对所述钻具组件的下压力，使所述钻具组件中的第一钻具靠近钻头的钻环对其下表面位置处形成的台阶部进行打磨以形成平面；
25.根据所述钻具组件钻进形成的钻孔深度，在所述钻具组件靠近所述非灌浆段的开口的一端增加第二钻具；
26.增大对所述钻具组件的下压力，以使所述钻具组件继续钻进。
27.可选地，所述向第二套管内灌浆以使第二套管位于非灌浆段内的端部处形成第一灌浆段之前，还包括：
28.对所述第二套管进行冲洗。
29.可选地，所述第二套管进行冲洗包括：
30.采用压力水进行冲洗，冲洗压力为灌浆压力的80％且不大于1mpa。
31.本公开还提供了一种钻具组件，包括第一钻具，所述第一钻具上设置有钻头和至少两个钻环，所述钻环的外径大于所述钻头的外径。
32.可选地，还包括至少一个第二钻具，所述第二钻具与所述第一钻具远离所述钻头的一端连接，所述第二钻具上设置有一个所述钻环。
附图说明
33.此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。
34.为了更清楚地说明本公开实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
35.图1为本公开实施例所述一种隧道涌水段地表深孔分段帷幕灌浆方法的流程图；
36.图2为本公开实施例所述钻孔位置的示意图；
37.图3为本公开实施例所述非灌浆段钻孔的示意图；
38.图4为本公开实施例所述灌浆形成第一灌浆段的示意图；
39.图5为本公开实施例所述对第一灌浆段钻孔的示意图；
40.图6为本公开实施例所述灌浆形成第二灌浆段的示意图；
41.图7为本公开实施例所述灌浆完成后形成涌水通道阻隔层的示意图；
42.图8为本公开实施例所述第一钻具的结构示意图。
43.其中，1
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非灌浆段；2
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灌浆段；3
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涌水通道阻隔层；4
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第一套管；5
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第二套管；6
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第一灌浆段；7
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第二灌浆段；8
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钻具组件；9
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第一钻具；10
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钻环；11
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浓浆镶铸套管；12
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法兰盘；13
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孔口封闭器；14
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进浆口；15
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回浆口；16
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射浆管；17
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钻头。
具体实施方式
44.为了能够更清楚地理解本公开的上述目的、特征和优点，下面将对本公开的方案进行进一步描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本公开的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
45.在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本公开，但本公开还可以采用其他不同于在此描述的方式来实施；显然，说明书中的实施例只是本公开的一部分实施例，而不是全部的实施例。
46.如图1至图7所示，本公开实施例提供了一种隧道涌水段地表深孔分段帷幕灌浆方法，包括：
47.s101：在地表设置多个钻孔位置和多个钻孔位置的排布方式；
48.s102：根据非灌浆段1的预设长度尺寸，采用钻具组件在每个钻孔位置处钻孔以形成非灌浆段1；
49.s103：根据灌浆段2的预设长度尺寸，采用钻具组件向非灌浆段1的底部继续打孔，以形成灌浆段2；
50.s104：向灌浆段2进行灌浆，相邻灌浆段2之间连接，形成涌水通道阻隔层3。
51.本公开实施例提供的方法中，首先针对突涌水地段的位置，在地表上设置钻孔位置和钻孔位置的排布方式，然后根据非灌浆段1的预设长度尺寸在设置的钻孔位置进行打孔形成非灌浆段1，之后根据灌浆段2的预设长度尺寸，采用钻具组件向非灌浆段1的底部继续打孔，以形成灌浆段2，在灌浆过程中，相邻灌浆段2之间通过浆液连接，以形成涌水通道阻隔层3，将涌水通道隔断，从而保证河床水无法流入隧洞。
52.通过上述方法阻断涌水通道，有效降低了阻断涌水通道的施工难度，缩短了施工所需时间，降低了施工成本，并有效避免了在阻断涌水通道施工过程中，对隧道造成伤害。
53.在地表设置钻孔位置以及钻孔位置的排布方式可按照图2进行分布，图2中，1
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1至1
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17、2
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1至2
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15、a1至a3、b1至b6、c1至c5、d1至d5均为钻孔位置。
54.在一些实施例中，在根据灌浆段2的预设长度尺寸，采用钻具组件向非灌浆段1的底部继续打孔，以形成灌浆段2之前，还包括：
55.在非灌浆段1靠近开口的位置处埋设第一套管4；
56.向非灌浆段1中放置第二套管5，第二套管5的一端穿过第一套管4，另一端延伸至非灌浆段1外。
57.通过在非灌浆段1的开口位置处埋设第一套管4，可避免开口位置处发生塌陷，以增加非灌浆段1开口处的强度。然后，向非灌浆段1中放置第二套管5，第二套管5的一端位于非灌浆段1中，另一端位于非灌浆段1外，以便于向第二套管5内灌浆。并且，第二套管5可阻止非灌浆段1内壁发生塌陷缩小开孔的直径尺寸，保证灌浆过程的稳定进行。
58.在一些实施例中，向灌浆段2进行灌浆，相邻灌浆段2之间连接，形成涌水通道阻隔
层3，包括：
59.对灌浆段2进行分段灌浆。
60.具体地，对灌浆段2进行分段灌浆，包括：
61.向第二套管5内灌浆以使第二套管5位于非灌浆段1内的端部处形成第一灌浆段6；
62.将钻具组件8放置于第二套管5中，对第一灌浆段6进行钻孔；
63.取出钻具组件8；
64.向第一灌浆段6远离第一套管4的一侧灌浆，以形成第二灌浆段7。
65.上述分段灌浆的步骤中，可对灌浆段2分步骤进行多次灌浆，从而形成整体的灌浆段2，整体的灌浆段2包括且不仅包括第一灌浆段6和第二灌浆段7，以制备第一灌浆段6和第二灌浆段7为例，向第二套管5中灌浆，使得非灌浆段1的底部形成第一灌浆段6。然后，通过钻具组件8，对第一灌浆段6打孔，并向第一灌浆段6远离非灌浆段1的一侧进行灌浆，从而形成第二灌浆段7。在制备第三灌浆段时，同理，对第二灌浆段7进行打孔，然后向第二灌浆段7远离第一灌浆段6的一侧灌浆，以形成第三灌浆段。根据上述形成第一灌浆段6、第二灌浆段7和第三灌浆段的方式，可依次制造多个灌浆段2的分段，以形成整体的灌浆段2。
66.通过对灌浆段2进行分段灌浆，可降低灌浆段2的制备难度，同时可保证灌浆段2可沿预设延长方向进行制备，有效防止灌浆段2发生偏移，提高了整体灌浆段2的制备良率。
67.在第二套管5放置入非灌浆段1内后，采用浓浆固定镶铸，在第二套管5外侧形成浓浆镶铸套管11，以对第二套管5进行固定。
68.在一些实施例中，根据非灌浆段1的预设长度尺寸，采用钻具组件在每个钻孔位置处钻孔以形成非灌浆段1、和根据灌浆段2的预设长度尺寸，采用钻具组件向非灌浆段1的底部继续打孔，以形成灌浆段2均包括：
69.矫正钻具组件8的钻进方向，以使钻具组件8沿竖直方向钻进。
70.具体地，矫正钻具组件8的钻进方向，以使钻具组件8沿竖直方向钻进包括：
71.减小对钻具组件8的下压力，使钻具组件8中的第一钻具靠近钻头的钻环对其下表面位置处形成的台阶部进行打磨以形成平面；
72.根据钻具组件8钻进形成的钻孔深度，在钻具组件8靠近非灌浆段的开口的一端增加第二钻具；
73.增大对钻具组件8的下压力，以使钻具组件8继续钻进。
74.上述钻具组件中，钻头17的外径小于钻环10的外径，在钻孔过程中，钻头17与钻环10之间形成有台阶部。在矫正钻具组件位置过程中，减小下压力，使钻具组件8停止钻进，原地旋转，钻环10可对台阶部朝向钻环10的表面进行打磨，以形成平面，从而保证整体钻具组件8保持竖直，并能够保证在钻具组件8远离钻头的一端加装第二钻具时，第二钻具可保持竖直，从而保证了钻孔的竖直，提高钻孔效果以及涌水通道阻隔层3的结构强度。
75.若在矫正过程中，发现钻具组件8已发生偏移，且偏移量较大，则更换更大尺寸的钻具组件重新进行钻孔。
76.在一些实施例中，向第二套管5内灌浆以使第二套管5位于非灌浆段1内的端部处形成第一灌浆段6之前，还包括：
77.对第二套管5进行冲洗。
78.具体地，对第二套管5进行冲洗包括：
79.采用压力水进行冲洗，冲洗压力为灌浆压力的80％且不大于1mpa。
80.在对第二套管5进行冲洗时，需冲洗至回水澄清时停止或冲洗时间不大于20分钟。钻孔越深冲水压力和冲洗时间将越大。对于超过200米深度孔段冲洗压力需达到1mpa，冲洗时间应达到20分钟。
81.在一些实施例中，向非灌浆段1中放置第二套管5，第二套管5的一端穿过第一套管4，另一端延伸至非灌浆段1外之后，还包括：
82.在第二套管5位于非灌浆段1外侧的端部设置法兰盘12；
83.在法兰盘12处安装孔口封闭器13。
84.上述孔口封闭器13将第二套管5的顶部的开口进行封堵，孔口封闭器13上设置有进浆口14和回浆口15，以便于向灌浆段2内进行灌浆操作。
85.例如，开孔埋设直径为110mm的第一套管4，第一套管4可以为耐压无缝地质钢管，第一套管4深入基岩0.5m，然后变径为直径91mm孔径钻进到灌浆段2顶部，并下入直径为89mm的第二套管5，第二套管5的孔口高于第一套管430cm，第二套管5的管口焊接与孔口封闭器13同规格法兰盘12，便于后续灌浆施工安装孔口封闭器13。第二套管5全部下入设计孔深后采用浓浆固定镶铸。待镶铸套管凝固72h后，采用直径为76mm的钻具组件8钻孔，进行分段钻孔灌浆。
86.具体地，向第二套管5内灌浆以使第二套管5位于非灌浆段1内的端部处形成第一灌浆段6之前，还包括：
87.向第二套管5中放置射浆管16至第二管套的底端。
88.上述射浆管16与孔口封闭器13中连通，通过设置射浆管16可直接将灌浆物料直接灌注至目标位置，可提高灌浆的准确性和效率。
89.在灌浆过程中，当灌浆压力保持不变，注入率持续减少时，或注入率不变而压力持续升高时，不改变水灰比；当某一灌浆段浆液注入量达300l以上，或灌注时间达30min，而灌浆压力和注入率均无显著改变时，换浓一级的水灰比浆液灌注；当注入率大于30l/min时，根据施工具体情况，可越级变浓。
90.图8为本公开实施例所述第一钻具的结构示意图，如图8所示，本公开实施例还提供了一种钻具组件8，包括第一钻具9，第一钻具9上设置有钻头17和至少两个钻环10，钻环10的外径大于钻头17的外径。
91.上述钻具组件8中，钻环10的外径大于钻头17的直径，在钻孔过程中，钻头17与钻环10之间形成有台阶部。在矫正钻具组件位置过程中，减小下压力，使钻具组件8停止钻进，原地旋转，钻环10可对台阶部朝向钻环10的表面进行打磨，以形成平面，从而保证整体钻具组件8保持竖直，保证了钻孔的竖直，提高钻孔效果以及灌浆段形成的涌水通道阻隔层3的结构强度。
92.具体地，钻具组件8还包括至少一个第二钻具，第二钻具与第一钻具9远离钻头的一端连接，第二钻具上设置有一个钻环10。
93.也就是说，第二钻具上的钻环10应保持与第一钻具9上的钻环10平行。钻具组件8包括多个第二钻具时，多个第二钻具沿第一钻具的轴线方向顺次连接。在第一钻具的钻环打磨台阶部时，第一钻具和每个第二钻具上钻环的外周面均与钻孔内表面抵接，即可判定钻具组件为竖直状态。
94.需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
95.以上所述仅是本公开的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本公开。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本公开的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本公开将不会被限制于本文所述的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。