伴有涌水的大型溶洞地下暗河處理方法及其結構的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種伴有涌水的大型溶洞地下暗河處理方法，該方法包括通過補充勘探和CT物探測試，探明溶洞的形態(tài)和發(fā)育規(guī)模；將該溶洞部位灌漿洞向下游方向擴挖；將封堵該溶洞的堵頭的上游側設在溶洞的高度和寬度大的部位，下游側設在溶洞的高度和寬度小的部位，以利于封堵體的穩(wěn)定；在堵頭下游側設置鋼管欄柵樁；在鋼管欄柵樁上游側設置灌漿模袋；在灌漿模袋的上游側充填級配料；對級配料進行預固結灌漿和控制性灌漿；沿帷幕線進行帷幕灌漿。對于溶洞發(fā)育規(guī)模大、地下暗河水流湍急并伴有涌水的情況下，本發(fā)明的鋼管欄柵樁結合灌漿膜袋能夠在水流湍急的情況下阻水成壩，再結合后期固結灌漿和帷幕灌漿，就能夠實現對這種溶洞的封堵。
【專利說明】
伴有涌水的大型溶洞地下暗河處理方法及其結構
技術領域
[0001]本發(fā)明涉及水利水電工程中地下暗河處理技術領域，尤其涉及貴州喀斯特高原地貌中伴有涌水的大型溶洞地下暗河處理方法及其所采用的處理結構。
【背景技術】
[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，設計、施工質量無統(tǒng)一規(guī)范標準，在以往興建水庫時是盡量避開喀斯特復雜滲流場的。
[0003]然而，在喀斯特洼地建設水庫具有占用耕地資源少，庫容可由地表庫容和地下庫容組成，效益更大，開發(fā)方式更合理。由于宜建水庫的喀斯特洼地基本位于河源地區(qū)，可基本實現對受水區(qū)的自流供水，是人與自然的和諧工程。同時，由于貴州此種地形分布廣泛，兩者結合可產生巨大的社會效益和工程效益。
[0004]據此，在喀斯特復雜滲流場的定性、定位、定量可完成前提下，滲流場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，尤其是溶洞溶蝕結構發(fā)育多樣且有地下暗河經過的情況下，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的方法，是不能適應這一類復雜滲流場環(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，由于情況復雜，常規(guī)的鉆孔封堵、灌漿成幕阻水成壩難以達到較好效果，因此這類溶洞的處理難度極大，在國內外均未有相關報道，屬于世界性難題。

【發(fā)明內容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種貴州喀斯特高原地貌中伴有涌水的大型溶洞地下暗河處理方法及其所采用的處理結構，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題。
[0006]本發(fā)明的技術方案是這樣的:
根據溶洞補充勘探和CT物探成果，對于這一類溶洞，采用如下封堵思路:①將該部位灌漿洞向下游方向擴挖1m;②將堵頭的上游側設在溶洞的高度和寬度較大處，下游側設在溶洞的高度和寬度較小處，以利于封堵體的穩(wěn)定;③在堵頭下游側溶洞斷面較小的部位設置鋼管欄柵粧;④在鋼管欄柵粧上游側設置灌漿模袋;⑤在灌漿模袋的上游側充填級配料;⑥對級配料進行預固結灌漿和控制性灌漿;⑦沿帷幕線進行帷幕灌漿。
[0007]具體包括如下步驟:
步驟1:通過補充勘探和CT物探測試，探明溶洞的形態(tài)和發(fā)育規(guī)模；
步驟2:將該溶洞部位灌漿洞向下游方向擴挖；
步驟3:將封堵該溶洞的堵頭的上游側設在溶洞的高度和寬度大的部位，下游側設在溶洞的高度和寬度小的部位，以利于封堵體的穩(wěn)定；
步驟4:在堵頭下游側設置鋼管欄柵粧；
步驟5:在鋼管欄柵粧上游側設置灌漿模袋；
步驟6:在灌漿模袋的上游側充填級配料；
步驟7:對級配料進行預固結灌漿和控制性灌漿；
步驟8:沿帷幕線進行帷幕灌漿。
[0008]基于上述方法，本發(fā)明采用了這樣一種利用鋼管欄柵粧封堵溶洞地下暗河的結構，它包括鋼管欄柵粧，所述鋼管欄柵粧穿過溶洞頂板上方的灰?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設置灌漿模袋并在灌漿膜袋中充填水泥砂漿。在灰?guī)r的頂部設有底板砼，鋼管欄柵粧的頂部穿過底板砼并出露在底板砼的上方。
[0009]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。
[0010]由于采用了本發(fā)明的技術方案，對于溶洞發(fā)育規(guī)模大、地下暗河水流湍急并伴有涌水的情況下，本發(fā)明的鋼管欄柵粧結合灌漿膜袋能夠在水流湍急的情況下阻水成壩，再結合后期固結灌漿和帷幕灌漿，就能夠實現對這種溶洞的封堵。而且，由于先設置了鋼管欄柵粧，可以先形成一道闌珊，對于后面投入的封堵膜袋材料能夠起到預先攔截作用，這樣就避免了湍急的水流對材料的沖刷，可以大幅度降低溶洞封堵的成本。因此，本發(fā)明的技術方案對于縮短工期、縮減工程預算具有重要意義。
【附圖說明】
[0011]
圖1是本發(fā)明的大型溶洞地下暗河處理結構示意圖；
附圖標記說明: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。
【具體實施方式】
[0012]下面結合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步的詳細說明。
[0013]如圖1所示，本發(fā)明的一種利用鋼管欄柵粧封堵溶洞地下暗河的結構，它包括鋼管欄柵粧2，所述鋼管欄柵粧2穿過溶洞頂板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的上游側設置灌漿模袋6并在灌漿膜袋6中充填水泥砂漿5。在灰?guī)r3的頂部設有底板砼I，所述鋼管欄柵粧2的頂部穿過底板砼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。
[0014]本發(fā)明采用如下步驟進行施工:
步驟1:通過補充勘探和CT物探測試，探明溶洞的形態(tài)和發(fā)育規(guī)模；
步驟2:將該溶洞部位灌漿洞向下游方向擴挖；
步驟3:將封堵該溶洞的堵頭的上游側設在溶洞的高度和寬度大的部位，下游側設在溶洞的高度和寬度小的部位，以利于封堵體的穩(wěn)定；
步驟4:在堵頭下游側設置鋼管欄柵粧2; 步驟5:在鋼管欄柵粧上游側設置灌漿模袋6;
步驟6:在灌漿模袋6的上游側充填級配料；
步驟7:對級配料進行預固結灌漿和控制性灌漿；
步驟8:沿帷幕線進行帷幕灌漿。
[0015]
實施例1:
下面結合貴州鹿角壩水庫工程建設中遇到的該類溶洞的封堵說明本發(fā)明的技術方案的具體應用。
[0016](I)溶洞發(fā)育情況
通過后期補充勘探和物探測試，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K 0+300m?K左0+330m范圍內，埋深28m?46m之間。根據鉆探資料，溶洞高度2.0m?18.0m，最大高度為18m，沿帷幕線長度24m，為不規(guī)則橢圓形，洞內水流速度最大0.25m/s，邊緣最小流速0.lm/s，平均流速約0.16m/s，估計流量為Im3/s?3 m3/s ；該溶洞與下游相距800m的下層廊道排水洞出口聯通，聯通時間為25min。在封堵處理工程總出現了大股涌水，涌水壓力0.05Mpa?0.1OMpa0
[0017](2)施工方法及工藝流程
根據該溶洞補充勘探和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挖1m;②將堵頭的上游側設在溶洞的高度和寬度較大處，下游側設在溶洞的高度和寬度較小處，以利于封堵體的穩(wěn)定;③在堵頭下游側溶洞斷面較小的部位設置鋼管欄柵粧2;④在鋼管欄柵粧2上游側設置灌漿模袋6;⑤在灌漿模袋6的上游側充填級配料;⑥對級配料進行預固結灌漿和控制性灌漿;⑦沿帷幕線進行帷幕灌漿。
[0018]具體工藝流程如下:
補充勘探—設置鋼管欄柵粧2—設置灌漿模袋6—灌漿模袋6充填灌漿—充填級配料—級配料預固結灌漿(膏狀漿液或水泥水玻璃雙液灌漿)—灌注砂漿—帷幕灌漿—質量檢查。
[0019](3)鉆孔
鉆孔采用XY-2、XY_2B型回轉式地質鉆機，清水沖洗，金剛石鉆頭鉆進，下設灌漿模袋的孔徑為I 1mm，級配料回填孔直徑為Φ 220mm和Φ 150mm，孔斜率控制在0.5%以內。
[0020]每排鉆孔分兩序施工，從溶洞中心向兩側依次施工。鉆孔過程中詳細記錄孔內情況，以便準確判斷溶洞的規(guī)模和尺寸。鉆孔穿過溶洞后如遇覆蓋層，穿過覆蓋層再鉆進基巖lm。鉆孔結束后，孔口安善保護，以免掉入雜物。
[0021](4)鋼管欄柵粧
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.Sm。鉆孔完成后，根據溶洞高度確定鋼管下設長度，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，采用跟管鉆進法施工。格柵鋼管內充填M30砂漿，以提高鋼管欄柵粧2的強度和剛度。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。
[0022]欄柵粧鋼管經試驗采用了強度較高的地質管，以保證鋼管欄柵粧2強度，在進行后續(xù)施工時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)施工時出現了欄柵變形的情況，不得已補充了部分欄柵粧。
[0023](5)模袋灌漿
模袋灌漿主要作用是緊貼鋼管欄柵粧2上游側形成類似墻體結構，對暗河形成初步封堵。
[0024](I)模袋材料
模袋材料采用高強機織丙綸模袋土工布;該材料具有高強度、易變形、輕薄、柔軟等特點;在高速流水條件下進行充填灌漿，水能析出而水泥顆粒不會被帶走;水泥漿經模袋析水后，不但硬化速度加快，而且固化強度有很大的提高。模袋在灌漿壓力作用下膨脹，可以堵塞不同形狀的漏洞。
[0025](2)模袋綁扎方法
根據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，并設置定位箍，以免灌漿時模袋下滑。綁扎模袋時，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。在灌漿的過程中，模袋能夠順利打開，并保持形狀良好，不會影響漿液的灌注。
[0026](3)模袋的下設和定位
模袋綁扎完成后，通過Φ 50mm鉆桿與Φ73πιπι鋼管連接把模袋下入孔內。根據實測孔深和模袋高度，準確定位下設深度。灌漿完成后，次日退出上部Φ 50mm鉆桿。
[0027](4)模袋內灌漿
模袋下設完成后，即開始進行模袋內灌漿。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。灌漿量可通過理論計算進行控制，通過現場試驗，膨脹系數在
1.2?1.5之間。灌漿過程中控制好壓力，以免對模袋產生破壞。
[0028](5)級配料充填
下游側格柵模袋阻隔體形成后，開始進行上游側封堵體空腔級配料回填。級配料主要采用最大粒徑20mm?40mm左右的級配碎石；空腔回填主要通過4個Φ 220mm鉆孔進行，其它Φ 150mm鉆孔輔助。級配料回填過程中應注意控制速度，避免堵塞鉆孔。出現堵塞現象后需進行掃孔作業(yè)，在級配料充填后期隨著過水通道的大部封堵，水流變的很小，這時可在級配料中摻加部分膠凝材料。
[0029](6)預固結灌漿和回填砂漿
級配料回填的過程中，為了盡快形成穩(wěn)定的堆積體，避免水流沖走級配料;在級配料回填厚度達到3m以上后，開始對下部級配料進行預固結灌漿。灌漿采用預埋花管出漿，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，預固結灌漿對級配料的穩(wěn)定起到了重要的作用。
[0030]為確保上部空腔充填密實，在級配料充填至接近溶洞頂部時，改用MlO水泥砂漿灌注。不同部位的鉆孔經過數次復灌后，充填均較密實；帷幕灌漿鉆孔過程中，未發(fā)現頂部有較大的空腔。
[0031]當然，以上只是本發(fā)明的具體應用范例，本發(fā)明還有其他的實施方式，凡采用等同替換或等效變換形成的技術方案，均落在本發(fā)明所要求的保護范圍之內。
【主權項】
1.一種伴有涌水的大型溶洞地下暗河處理方法，其特征在于該方法包括如下步驟: 步驟1:通過補充勘探和CT物探測試，探明溶洞的形態(tài)和發(fā)育規(guī)模； 步驟2:將該溶洞部位灌漿洞向下游方向擴挖； 步驟3:將封堵該溶洞的堵頭的上游側設在溶洞的高度和寬度大的部位，下游側設在溶洞的高度和寬度小的部位，以利于封堵體的穩(wěn)定； 步驟4:在堵頭下游側設置鋼管欄柵粧； 步驟5:在鋼管欄柵粧上游側設置灌漿模袋； 步驟6:在灌漿模袋的上游側充填級配料； 步驟7:對級配料進行預固結灌漿和控制性灌漿； 步驟8:沿帷幕線進行帷幕灌漿。2.—種利用鋼管欄柵粧封堵溶洞地下暗河的結構，其特征在于:它包括鋼管欄柵粧(2)，所述鋼管欄柵粧(2)穿過溶洞頂板(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)的上游側設置灌漿模袋(6)并在灌漿膜袋(6)中充填水泥砂漿(5)03.根據權利要求2所述的利用鋼管欄柵粧封堵溶洞地下暗河的結構，其特征在于:在所述灰?guī)r(3)的頂部設有底板砼(1)，所述鋼管欄柵粧(2)的頂部穿過底板砼(I)并出露在底板砼(I)的上方。4.根據權利要求2或3所述的利用鋼管欄柵粧封堵溶洞地下暗河的結構，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】E21B33/13GK105821894SQ201610043963
【公開日】2016年8月3日
【申請日】2016年1月22日
【發(fā)明人】趙克欣, 趙攀峰, 王龍, 陳志強, 高成城, 任水源
【申請人】中國水電基礎局有限公司