一种用于大流量渗漏地层的带水注浆封堵结构及封堵方法

技术领域

本发明涉及土层或岩石的钻进技术领域，特别是涉及一种用于大流量渗漏地层的带水注浆封堵结构及封堵方法。

背景技术

在含水地层中施工是地下施工避不开的一项困难，处理不好便会引发管涌、流土、塌方等事故，严重影响施工安全及工程进度。

注浆堵水伴随着在含水地层中的地下施工的始终，开挖前需要进行预注浆堵水，开挖过程中，需要对一些流量较大的漏水点进行封堵以控制积水，开挖完成后还需要进行后注浆堵水。

但在漏失地层中进行施工的时候，注浆堵水便面临着很大的困难。漏失地层分为孔隙地层、裂隙地层、以及岩溶地层三大类，普遍带有很大的孔隙或裂口，地层中包含的水量大且连续，流动迅速，注入的浆液不仅会很快被稀释，而且在快速流动的水体带动下会迅速被冲散。漏失地层在我国分布相当广泛，诸如成都平原、北京小平原这样的冲积扇平原，包含大量以砂卵石地层为代表的孔隙地层；云贵及广西地区，岩溶地层相连成片；东南沿海地区位于环太平洋地震带上，存在大量的裂隙地层。

发泡胶也是一种常用的建筑堵漏材料，通过丙烷将聚氨酯单体浆液喷出形成泡沫，泡沫接触水蒸气固化形成闭孔泡沫塑料。但发泡胶不能用于封堵水流量较大的渗漏口，实际使用中，发泡胶注入水中后固化极快，形成一个个闭孔泡沫塑料颗粒，无法停留在地层中，在水流带动下迅速会被冲出。

发明内容

本发明提供一种用于大流量渗漏地层的带水注浆封堵结构及封堵方法。

解决的技术问题是：在带有较大的孔隙的地层中注浆堵水时，注入的浆液不仅会很快被稀释，而且在快速流动的水体带动下会迅速被冲散，导致堵水效果不佳甚至无法堵水。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种用于大流量渗漏地层的带水注浆封堵结构，用于封堵地层中渗水量大的区域的渗漏口；包括塞堵在渗漏口附近地层孔隙中的多孔树脂固结体以及注浆固结体；

所述多孔树脂固结体内包裹有渗漏物，所述渗漏物包括水以及水中夹带的颗粒物。

进一步，所述多孔树脂固结体为孔隙中包含有渗漏物的环氧树脂。

进一步，所述多孔树脂固结体中的孔隙为开孔，所述注浆固结体与多孔树脂固结体相互胶结为一体。

一种用于大流量渗漏地层的带水注浆封堵方法，采用上述的一种用于大流量渗漏地层的带水注浆封堵结构来封堵渗漏口，并包括以下步骤：

步骤一：向渗漏口附近地层中分开注入水性环氧树脂液与水溶性的固化剂，使之在地层孔隙中混合并固化，形成包裹有渗漏物的多孔树脂固结体；

步骤二：待渗漏量减小，在渗漏口附近地层中注浆，形成注浆固结体，从而封堵住渗漏口。

进一步，步骤一中，在注入水性环氧树脂液与固化剂的同时，通过发泡的方式加快水性环氧树脂液与固化剂在渗漏物中分散的速度。

进一步，步骤一中，采用以下方式之一进行发泡：

方式1：在注入水性环氧树脂液与固化剂的同时，鼓入压缩空气；

方式2：在水性环氧树脂液和/或固化剂中掺杂化学相容的液化烃，所述液化烃的分子含碳数3-5；

方式3：在水性环氧树脂液和/或固化剂中掺杂化学相容的化学发泡剂。

进一步，所述固化剂为有机酸或酸酐类固化剂，步骤一中采用方式3进行发泡，所述化学发泡剂为碳酸氢铵。

进一步，步骤一中，水性环氧树脂液和/或固化剂在注入前进行预热。

进一步，所述固化剂为脂肪胺类固化剂。

进一步，步骤二中注入的浆液为掺杂有粗骨料的双液浆。

本发明一种用于大流量渗漏地层的带水注浆封堵结构及封堵方法与现有技术相比，具有如下有益效果：

本发明中，通过注水性环氧树脂液在地层孔隙中形成多孔树脂固结体，从而将大的地层孔隙变成小孔，壁效应明显提升，增加了流体在地层孔隙中流动的阻力，减小地层孔隙水的流动速度，使后续注入的浆液不易被冲出；同时，将地层孔隙中的水体分隔开来，使后续注入的浆液不会被快速稀释；浆液也更容易附着在多孔树脂固结体中的小孔壁上；

本发明中，水性环氧树脂分散在水中后固化，形成的是与地层孔隙相匹配的复杂形状，不会像不溶于水的发泡胶那样在表面张力作用下收缩为颗粒或长条，从而使固化后形成的多孔树脂固结体不易被冲跑；

本发明中，水性环氧树脂固化的时候会将水以及水中的颗粒物包裹在内，不仅增加自身重量，不易被冲跑，而且颗粒物使多孔树脂固结体表面粗砺，即使从地层孔隙壁上脱落也能很快再次附着在地层孔隙壁上；

本发明中，多孔树脂固结体中的孔为开孔，水可以进入内部，从而避免多孔树脂固结体承受水流的全部冲击，使多孔树脂固结体不易被冲跑；后续注入的双液浆也能进入多孔树脂固结体中，与多孔树脂固结体紧密结合；

本发明中，水性环氧树脂液注入的同时发泡，气泡不仅使水性环氧树脂液分散均匀以及与固化剂混合均匀，而且增大了水的流动阻力，使水性环氧树脂液不易被过度稀释；

本发明中，在多孔树脂固结体形成后，注入掺杂有粗骨料的双液浆，双液浆凝固较快，能够以多孔树脂固结体以及地层孔隙壁为附着点快速形成注浆固结体，粗骨料作为填充物，不仅使双液浆不易被冲散，而且使注浆固结体与作为骨架的多孔树脂固结体结合紧密。

附图说明

图1是本发明一种用于大流量渗漏地层的带水注浆封堵方法的流程图。

具体实施方式

一种用于大流量渗漏地层的带水注浆封堵结构，用于封堵地层中渗水量大的区域的渗漏口；包括塞堵在渗漏口附近地层孔隙中的多孔树脂固结体以及注浆固结体；多孔树脂固结体内包裹有渗漏物，渗漏物包括水以及水中夹带的颗粒物。

多孔树脂固结体为孔隙中包含有渗漏物的环氧树脂。注意，本发明中对环氧树脂的要求，与涂料对环氧树脂的要求完全不同，只需要其能够延缓水流并且将一些沙土包裹在内即可，很低的固化程度即可满足要求，不需要其在短时间内固化到耐磨的程度，市面上现有的环氧树脂普遍能够满足需求，不需要专门挑选急速固化的环氧树脂。

多孔树脂固结体中的孔隙为开孔，注浆固结体与多孔树脂固结体相互胶结为一体。我们在使用中发现，水性环氧树脂液在水中固化的时候，与明矾净水颇为类似，先是絮凝，形成絮状物，水中的沙土被絮状物包进去，然后絮状物不断发展，连为一体，形成疏松的多孔材料，孔隙不会闭合。

如图1所示，一种用于大流量渗漏地层的带水注浆封堵方法，在找到漏水点后，采用上述的一种用于大流量渗漏地层的带水注浆封堵结构来封堵渗漏口，并包括以下步骤：

步骤一：向渗漏口附近地层中分开注入水性环氧树脂液与水溶性的固化剂，使之在地层孔隙中混合并固化，形成包裹有渗漏物的多孔树脂固结体；

这里注水性环氧树脂液与水溶性的固化剂时，可采用专用的齿轮泵来泵送，没有的话，也可以采用工地上的注浆设备，用二重管注入，但注完要对设备及管道进行清洗。但无论采用何种设备，均不可以将水性环氧树脂液与固化剂混合后注入，必须分开注。虽然很多环氧树脂的固化时间很长，但固化时间指的是具有一定强度的时间，实际上环氧树脂与固化剂混合后就已经开始反应固化了，即使还没完全固化，也足以损坏设备。

步骤二：待渗漏量减小，在渗漏口附近地层中注浆，形成注浆固结体，从而封堵住渗漏口。注浆后通过检测注浆压力和流量来判断是否密实。

步骤一中，在注入水性环氧树脂液与固化剂的同时，通过发泡的方式加快水性环氧树脂液与固化剂在渗漏物中分散的速度。

步骤一中，发泡方式不限，可采用以下方式之一进行发泡：

方式1：在注入水性环氧树脂液与固化剂的同时，鼓入压缩空气；这是混凝土发泡常用的手段，属于采用表面活性剂进行发泡的方式，由于水性环氧树脂液中本身就含有表面活性剂，所以直接鼓泡即可。当然，如果水性环氧树脂液中的表面活性剂发泡效果不佳，则可以额外补充，比如常用的菱镁水泥发泡剂。补充的表面活性剂可以在注入前掺到水性环氧树脂液和/或固化剂中，只要不在混合时起反应即可，也可以单独注入。

方式2：在水性环氧树脂液和/或固化剂中掺杂化学相容的液化烃，液化烃的分子含碳数3-5；化学相容，指的是掺入后不发生明显的化学反应，也不造成明显的分层；

这是另一类发泡手段，各种发泡胶以及美发用品均采用这种方式发泡。大部分固化剂都能与液化烃完全相溶且不发生反应。液化烃可选用市面上的液化石油气，有条件的话选用正丁烷，正丁烷沸点-0.5摄氏度，能够在水中气化，同时又不至于挥发过快。注意液化烃掺入后要马上注入地层，且采用的泵应为柱塞泵、螺杆泵、或齿轮泵，不可以用离心泵，否则易造成气缚。

方式3：在水性环氧树脂液和/或固化剂中掺杂化学相容的化学发泡剂。这里的化学发泡剂最好选用水溶性的，以分散均匀。

本实施例中，固化剂为有机酸或酸酐类固化剂，步骤一中采用方式3进行发泡，化学发泡剂为碳酸氢铵，在使用前掺杂在水性环氧树脂液中。有机酸或酸酐要过量，以与碳酸氢铵反应产生以乳液滴为中心的二氧化碳气泡。

注意，碳酸氢铵有微弱的破乳效果，因此必须在使用前掺杂在水性环氧树脂液中，现配现用，不可以掺入后长时间存放。也不能用碳酸氢钠或纯碱代替碳酸氢铵，碳酸氢钠或纯碱对水性环氧树脂液的破乳效果相当明显，会导致分层，影响水性环氧树脂液的分散。此外，碳酸氢钠的溶解度低很多，不利于掺入。

由于有机酸或酸酐类固化剂的固化较慢，因此步骤一中，水性环氧树脂液和/或固化剂在注入前需进行预热，以快速固化。当然，若固化剂为脂肪胺类固化剂等固化较快的类型，则不需要预热。

步骤二中注入的浆液为掺杂有粗骨料的双液浆。在通常的水玻璃-氯化钙双液浆，或水玻璃-水泥浆的基础上额外加了诸如粗砂这样的粗骨料。一般地层中，这种掺杂了粗骨料的浆液会很难注入地层，但由于大流量渗漏口所在的地层中孔隙很大，不存在注浆困难的问题，粗骨料不仅使双液浆不易被冲散，而且使注浆固结体与作为骨架的多孔树脂固结体结合紧密。

以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。