一種對(duì)富水圍巖注漿控水效果的評(píng)估方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于地下工程中安全技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種在地下工程中進(jìn)行掘進(jìn)施工 過程時(shí)對(duì)富水圍巖注漿控水效果的評(píng)估方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 在地下工程施工的過程中，由于巖層本身的復(fù)雜性以及現(xiàn)有探測(cè)技術(shù)探測(cè)范圍及 精準(zhǔn)度的制約，在地下工程開挖的過程中可能會(huì)遇到富水巖層涌水的情況。
[0003] 目前，當(dāng)鉆機(jī)在鉆進(jìn)過程中遇到含水層時(shí)，常常采用注漿的方法實(shí)現(xiàn)對(duì)圍巖內(nèi)部 含水層的封堵，但由于不同施工地區(qū)地質(zhì)條件的復(fù)雜性及施工質(zhì)量在一定程度上的不確定 性，使得地下工程在繼續(xù)掘進(jìn)之前必須對(duì)注漿控水效果進(jìn)行精確的定量檢測(cè)評(píng)估，傳統(tǒng)的 對(duì)于富水圍巖注漿后控水效果的評(píng)估常用的方法有瞬變電磁法、地質(zhì)雷達(dá)法、鉆探法，但這 幾種方法存在以下問題：
[0004] 1、由于施工現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)條件的復(fù)雜性采用瞬變電磁法和地質(zhì)雷達(dá)法往往難以獲得 準(zhǔn)確的結(jié)果。
[0005] 2、當(dāng)遇到周邊有大的金屬結(jié)構(gòu)或低阻層礦化帶時(shí)，瞬變電磁法所測(cè)到的數(shù)據(jù)不可 使用。
[0006] 3、瞬變電磁法和地質(zhì)雷達(dá)法只能對(duì)加固后的富水圍巖通過圖像進(jìn)行定性的分析 判斷，無法實(shí)現(xiàn)對(duì)加固效果的準(zhǔn)確定量分析。
[0007] 4、使用鉆探法會(huì)對(duì)已經(jīng)進(jìn)行注漿加固的富水圍巖造成一定的損傷。
[0008] 若無法實(shí)現(xiàn)對(duì)注漿控水效果的準(zhǔn)確評(píng)估將會(huì)為工程的后續(xù)施工帶來極大的安全 隱患，若注漿后未能達(dá)到預(yù)期的加固效果，將會(huì)引發(fā)突水突泥等重大事故，成為制約工程施 工的關(guān)鍵因素。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 鑒于此，為了解決上述問題，本發(fā)明提供一種以巖層涌水主要指標(biāo)等數(shù)據(jù)為基礎(chǔ) 的對(duì)富水圍巖注漿控水效果的評(píng)估方法，通過對(duì)主要指標(biāo)信息進(jìn)行采集、綜合分析對(duì)比，從 而對(duì)巖層注漿后的控水效果作出評(píng)估。
[0010] 為了實(shí)現(xiàn)該目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：
[0011] 包括以下步驟：
[0012] 步驟1 :確定控水效果達(dá)標(biāo)值A(chǔ)(P)，注漿臨界涌水壓力值P'，注漿臨界涌水流量 Q'，開挖臨界涌水流量Q"和注漿體所需厚度H' ；
[0013] 步驟2 :在含水區(qū)域，獲取初始涌水壓力Pi和初始涌水流量Q i，比較初始涌水壓力 PjP注漿臨界涌水壓力值P'，初始涌水流量Q i和注漿臨界涌水流量Q'，當(dāng)初始涌水壓力P i 大于臨界涌水壓力值P'，或初始涌水流量％大于臨界涌水流量Q'時(shí)，對(duì)圍巖進(jìn)行注漿，否 則不予注漿；
[0014] 步驟3:對(duì)于需要注漿的圍巖段，獲取注漿穩(wěn)定后的控水效果參數(shù)F(P)，穩(wěn)定涌水 流量Q2和注漿體實(shí)際厚度H ;
[0015] 步驟4:對(duì)相應(yīng)各指標(biāo)進(jìn)行比較，當(dāng)控水效果參數(shù)F(P)大于控水效果達(dá)標(biāo)值 入（P)、穩(wěn)定涌水流量9 2小于開挖臨界涌水流量Q"、注漿體實(shí)際厚度H大于注漿體所需厚度 H'時(shí)，注漿合格，若有任一個(gè)因素不滿足則需進(jìn)行補(bǔ)漿操作。
[0016] 其中，步驟1中，所述控水效果達(dá)標(biāo)值a(P)通過在圍巖性質(zhì)與工程地質(zhì)條件大致 相同的若干條試驗(yàn)段圍巖的注漿加固試驗(yàn)確定：所述控水效果達(dá)標(biāo)值A(chǔ) (P)將開挖后所有 每延米檢查孔涌水量都趨近于檢查孔合格涌水量時(shí)的控水效果參數(shù)F(P)的平均值作為其 取值。
[0017] 所述控水效果參數(shù)F(P)為注漿前后涌水壓力變化量的絕對(duì)值與注漿前的初始涌 水壓力值的比值。
[0018] 步驟1中，所述注漿體所需厚度H'通過現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)和數(shù)值模擬實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)擬合得到： 通過現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)分析，得到注漿體所需厚度H'與初始涌水壓力P和初始涌水流量Q的關(guān)系數(shù) 據(jù)，并得到進(jìn)行數(shù)值模擬所需的條件參數(shù)；然后通過大量數(shù)值模擬實(shí)驗(yàn)得到不同地質(zhì)條件 下的H'與P和Q關(guān)系的數(shù)據(jù)，通過相關(guān)軟件擬合出其關(guān)系公式為：
[0019] H'=F(P，Q)
[0020] 其中，H'為開挖后所有每延米檢查孔涌水量都趨近于檢查孔合格涌水量時(shí)所對(duì)應(yīng) 的注漿體厚度。
[0021] 步驟1中，所述確定注漿體所需厚度H'的試驗(yàn)段在圍巖性質(zhì)和富水狀況不同的地 下工程中選??；所述檢查孔合格涌水量為0. 15L/min。
[0022] 步驟1中，所述關(guān)系式H' = F(P，?還需通過在另一試驗(yàn)段重復(fù)上述現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)得 到的實(shí)際值進(jìn)行對(duì)比，從而驗(yàn)證此關(guān)系式的正確性。
[0023] 步驟1中，所述注漿臨界涌水壓力值P'，注漿臨界涌水流量Q'，開挖臨界涌水流量 Q"根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)條件、類似工程對(duì)比數(shù)據(jù)與專家數(shù)據(jù)庫綜合得到。
[0024] 步驟2中，所述含水區(qū)域通過安裝在鉆機(jī)上的激發(fā)極化探測(cè)預(yù)報(bào)裝置對(duì)地下工程 周圍一定范圍內(nèi)的含水情況進(jìn)行超前預(yù)報(bào)分析獲得。
[0025] 步驟2中，所述初始涌水流量Q通過安裝在鉆機(jī)鉆頭上的流量傳感器測(cè)得；所述初 始涌水壓力值P通過安裝在鉆機(jī)鉆頭上的滲壓計(jì)測(cè)得。
[0026] 步驟3中，所述控水效果參數(shù)F (P)滿足下式：
[0027] FQ3) = iPfPj/PiXlOO%
[0028] 其中，匕為注漿后的穩(wěn)定涌水壓力值，P 注漿前的初始涌水壓力值。
[0029] 步驟3中，所述注漿體實(shí)際厚度H利用地質(zhì)雷達(dá)測(cè)得。
[0030] 步驟4中，利用鉆孔電視及地質(zhì)雷達(dá)組合成像觀測(cè)法對(duì)注漿效果進(jìn)行輔助評(píng)估。
[0031] 步驟4中，所述鉆孔電視及地質(zhì)雷達(dá)對(duì)鉆孔內(nèi)的漿液擴(kuò)散情況及富水圍巖封堵效 果進(jìn)行圖像及數(shù)據(jù)的采集并傳輸至計(jì)算機(jī)三維精細(xì)化成像系統(tǒng)，通過系統(tǒng)所成圖像觀察注 漿對(duì)于富水圍巖的控水效果。
[0032] 步驟4中，根據(jù)所述地質(zhì)雷達(dá)發(fā)射的反射波的時(shí)間間隔和相應(yīng)的相對(duì)介電常數(shù)等 數(shù)據(jù)與原有數(shù)據(jù)庫的比對(duì)分析，判斷注漿巖層的力學(xué)性質(zhì)的改變情況。
[0033] 步驟4中，利用安裝在鉆機(jī)上的激發(fā)極化裝置對(duì)注漿區(qū)域進(jìn)行探測(cè)，評(píng)估注漿控 水效果，當(dāng)在注漿區(qū)域內(nèi)探測(cè)到水或含水量高于某一標(biāo)準(zhǔn)值時(shí)，認(rèn)為注漿控水效果不合格， 需要補(bǔ)漿；否則注漿合格，不需補(bǔ)漿。
[0034] 本發(fā)明的有益效果為：
[0035] 本發(fā)明由激發(fā)極化實(shí)時(shí)探水法、涌水危險(xiǎn)性主要指標(biāo)判定法、注漿后控水效果指 標(biāo)法、H-P-Q關(guān)系式法、鉆孔電視地質(zhì)雷達(dá)組合成像觀測(cè)法組成。
[0036] 通過安裝在鉆機(jī)上的激發(fā)極化探測(cè)預(yù)報(bào)裝置對(duì)地下工程周圍的含水情況進(jìn)行超 前預(yù)報(bào)分析，可以有效探測(cè)含水區(qū)域的大體范圍，為是否采用鉆孔測(cè)量相應(yīng)指標(biāo)提供依據(jù)。
[0037] 通過安裝在鉆頭上的流量傳感器、滲壓計(jì)等測(cè)得在地質(zhì)鉆孔施工過程中的涌水現(xiàn) 象主要指標(biāo)因素，即初始圍巖涌水壓力P1、初始圍巖涌水流量Q1，可以實(shí)時(shí)方便的確定涌 水量的情況，為定量描述涌水危險(xiǎn)性提供依據(jù)。
[0038] 對(duì)涌水指標(biāo)因素進(jìn)行實(shí)時(shí)采集并與需要進(jìn)行注漿加固的臨界涌水壓力值P'，臨界 涌水流量Q'進(jìn)行對(duì)比分析，可以定量評(píng)估富水圍巖涌水的危險(xiǎn)性并判斷是否需要進(jìn)行注漿 封水操作。
[0039] 在進(jìn)行注漿封水操作后，利用注漿后控水效果指標(biāo)法，實(shí)時(shí)測(cè)定涌水壓力P2、涌水 流量Q2等主要指標(biāo)，根據(jù)測(cè)得的穩(wěn)定涌水流量Q2和計(jì)算的注漿控水效果參數(shù)F (P)可以定 量地評(píng)估注漿控水效果。
[0040] 利用H-P-Q關(guān)系式法，地質(zhì)雷達(dá)測(cè)得的注漿完成后注漿體的厚度H'與理論值H的 關(guān)系同樣可以定量地評(píng)估注漿控水效果。
[0041] 對(duì)于傳統(tǒng)的注漿方法，在加固后需要鉆探確定注漿是否合格；采用注漿控水效果 指標(biāo)法和H-P-Q關(guān)系式法可以在免去鉆探的基礎(chǔ)上，確定注衆(zhòng)效果是否合格，不僅避免對(duì) 工程圍巖造成損傷，而且可以大大的提高工作效率，節(jié)省了傳統(tǒng)方法利用設(shè)多個(gè)檢查孔來 判斷預(yù)注漿效果的時(shí)間
[0042] 利用鉆孔電視及地質(zhì)雷達(dá)可以對(duì)鉆孔內(nèi)的漿液擴(kuò)散情況及富水圍巖封