冲洗方法有以下几种,各适用于不同地质条件和灌浆用途。
1.压水冲洗法
利用灌浆泵,通过下入孔内的灌浆管向孔底压送水流。这时,一部分水挟带着岩粉和铁屑返出地面,一部分水进入岩缝将缝口处的松软泥质冲带到远处。给水压力一般为该段灌浆压力的80%左右。在用循环灌浆法作这种冲洗时,要一直进行到返出地面的水变清为止。
有的为了提高冲洗效果,不是将压水压力保持不变,而是忽高忽低,称为压力脉动冲洗。意图是想使岩缝内更多的松软物质顺反向水流被带到孔外。
2.风水联合冲洗法
风水联合冲洗法又分为单孔风水联合冲洗与群孔风水联合冲洗两种。
(1)单孔风水联合冲洗。这是将具有一定压力的风和水用两根管下到孔底,先打开水管注水到一定程度后,再打开风管将水扬出。这种将风和水断续地送入和扬出,孔内及缝内的部分松软物质便被挟带出来,直至扬出的水基本呈清为止。所用的风压,至少应大于满孔时水柱的压力,再大一些更好。喷出的速度越高,冲洗效果越好。其作用原理是,在喷出水气的瞬间,孔中形成低压乃至负压区,泥质便顺反向水流被带出孔外。
也有的只下一根管子。在管子上端有两根岔管分别与风管和水管相接,并有阀门控制反复启闭,从而可将水流断续扬出。在青铜峡工地曾自制一种小型机械——自动冲孔器(图7-13)代替人工掌握阀门,十分方便。
当地下水位较高且补给充裕时,可只向孔内断续送风不送水,冲洗效果更好。
(2)群孔风水联合冲洗。这是为将同一个溶洞、裂隙或夹层中的松软充填物尽量清除出来而采取的一种冲洗办法。具体做法是:将位于该范围内的全部或一批灌浆孔同时钻穿那个溶洞、裂隙或夹层;选择1孔或数孔压水,其余孔送风扬水(图7-16);待扬出水基本呈清后再交换位置。如此反复进行,直到每一个孔都能得到一次到数次压水和扬水的机会,扬出的水不再浑浊为止。
每批群孔数量的确定,主要视地层状况而定,同时要考虑设备能力。如果需要冲洗的范围很大,包括的灌浆孔很多,宜分批进行,即首先在较小的范围内做第一批孔,待冲洗完毕并灌浆后,再做第二批孔。
用此法冲洗,不宜分次序灌浆。因灌浆后再作冲洗,会将已形成的“结石”破坏掉。
图7-16 群孔风水联合冲洗示意图
按想像,群孔风水联合冲洗的效果应当更好。但是实践证明多不理想。究其原因,可能是当两孔之间的通道断面积已扩展到某一程度后,再冲就不会继续扩大了。而且,实行起来十分繁琐、费工、费时。例如:青铜峡平均每段冲洗16h,此后在检查孔中仍发现有大量的泥土存在。乌江渡在初期灌浆试验时,平均每段冲洗114h,再冲仍出浑水。
此外,各孔串通以后的灌浆效果将会下降且易引起上抬。
因此,此种冲洗方法只能用于有特殊需要的地方,其它都不宜采用。
3.液态CO2洗井法
这是在工农业生产取用地下水打井建设中发展起来的一种新的洗井技术。有许多实践经验证明,采用这种洗井法,可以使因淤塞已减小或停止出水的旧井恢复出水,使新井的出水量增加。经初步试验,将它用于对灌浆孔的冲洗上亦能收到提高冲洗质量,加快速度,降低成本的效果。
液态二氧化碳(CO2)洗井的基本原理是:将经过高压而形成的液态CO2输送到井(孔)底,CO2由于“解放”和吸热迅速由液体转变为气体,体积剧增,因而对周围的水体产生强大的瞬时压力,造成井喷。这时裂隙或孔隙内的松软物质便随着喷出的高速水流被抽吸、冲刷出来,从而达到清洗井(孔)壁及缝隙的目的。它与风水联合冲洗的作用原理相同,但因它产生的气体压力更大,因而效果更好。
使用的设备很简单,有盛装液态CO2的耐高压钢瓶(与氧气瓶相同),高压胶管(内径10mm)、高压阀门和压力表等。洗孔时,将高压管伸入孔底,打开阀门输入液态CO2,数秒钟之内,孔内水(如地下水不丰富或是在地下水位以上时可向孔内加水)即可喷出。喷水高度可达数十米,直径数厘米的石块可被冲带出来。一般,这样的输入和喷出过程,在一般岩层中有5、6个回次,十几分钟时间即可完全冲洗干净。
1983年在葛洲坝针对用CYQ—100型全液压潜孔钻做的最深达20m的固结灌浆孔进行的冲洗试验,还施测了发生井喷前后孔内的压力状况及其对抬动变形问题的影响。所获得的p~t曲线如图7-17所示。可以看出,液态CO2从气化到喷出结束,正压力的历时过程极短,8~12m的孔只需2~5s,而负压的历时较长。在喷出后孔内造成真空,只有等周围地下水慢慢涌进来,才能恢复到原地下水位。这个过程在当地条件下需要几到十几分钟。试验还表明没有发生抬动变形和其他不良现象。
该项试验的冲洗效果表明,在裂隙比较发育,具有中等透水性的岩层中,用此法洗孔后岩层的每分钟吸水量比用常规法(指压水冲洗)冲洗有明显增大,见表7-4。
图7-17 用液态CO2洗孔记录的p~t曲线
(a)8—1号孔洗孔记录;(b)6—2号孔洗孔记录(www.xing528.com)
表7-4 葛洲坝工程用CO2洗孔岩层漏水量变化情况
另外,它的费用亦较低,在灌浆有特殊要求、尤其采用全断面钻孔时,有推广价值。
4.高压喷射冲洗法
在铜街子坝基针对蚀变带C5所做的固结灌浆中第一次采用了这一方法。对于类似的软夹层或充填溶洞来说,要想做到比较彻底的清除,这可能是一种目前最好的办法。
它运用的是高喷造墙技术中的主要原理和设备。
高压喷射冲洗法的作用原理是:让具有很高压力的水和气从喷嘴中喷出,对准所要处理的软夹层或者充填溶洞作高速喷射。所射出的高流速水束,使土体承受很大动压力和水劈力,以及由脉动压力和连续喷射造成的土体强度疲劳等综合作用,使土体破坏,对土体实行切割。被切割下来的较细小颗粒与水和气搅混在一起,随后又被带出地面;剩下的较大颗粒(岩块),由于改变了级配,孔隙度增大,可被后来的灌浆胶结起来。使用的压力越大,喷射的时间越长,则所作用的范围也就越大。其作用的基本方式如图7-18所示。
在这一作用过程中,水束是在25~35MPa泵压力的作用下,从直径2~3mm的喷嘴中喷出的,出口流速达200m/s以上。水气同轴喷射,压缩空气在水束周围形成气幕,减小水束摩阻,使水束能量不致过早散失。根据实验,使用水气同轴喷射后可提高切割范围1~7倍;同时,由于气压的混合扬出作用,可大大增强冲洗效率。喷射冲洗布置如图7-19所示。
高压喷射冲洗作用的主要设备有:
图7-18 喷射冲洗作用方式
1—喷嘴;2—充泥裂隙
图7-19 喷射冲洗设备布置示意图
1—空压机;2—高压水泵
(1)高压水泵。高压柱塞式定量排水泵,工作压力25~35MPa排水量75~100L/min,型号为3W—6BZ。工作时泵压力大小与所用喷嘴直径有关。如泵排水量为75L/min,2个2mm直径的喷嘴,泵压力可达25~28MPa;2个25mm的喷嘴,压力可达20~23MPa。
(2)空压机。风量3~6m3/min,工作压力0.7~0.8MPa,排气量600~1800L/min。工作时对气量的控制,一般不应小于400L/min,压力不低于0.7~0.8MPa。
(3)喷射装置。为如图7-20所示的双重管,在管的下端有如图7-21所示的两个对称水气喷嘴。
(4)提升装置。根据需要可选用定向喷射、旋转喷射、摆动喷射三种型式,通过孔口定向机座来控制,用卷扬机控制升降。
(5)高压水汽管路及阀门、压力表等。
图7-20 喷射装置
图7-21 喷嘴形式
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