[發明專利]一種水下鉆孔快速封堵氣囊及其封堵方法

有效

• 申請號: 201410071046.2
• 申請日: 2014-02-28
• 公開（公告）號: CN103867158B
• 公開（公告）日: 2017-01-25
• 發明（設計）人: 任城國;馬林坡;楊國亮;張勇攀;孟祥輝
• 申請（專利權）人: 中鐵隧道集團有限公司
• 主分類號: E21B33/10
• 分類號: E21B33/10
• 代理公司: 洛陽市凱旋專利事務所41112
• 代理人: 陸君

技術領域

本發明涉及一種封堵氣囊，尤其是涉及一種水下鉆孔快速封堵氣囊及其封堵方法。

背景技術

在水下巖層中修建隧道，一般采用鉆爆法。在爆破開挖時，即使前期進行了處理，在爆破震動以及高水壓作用下，上部既有地質鉆孔位置依然是薄弱環節，一旦出現涌水現象，就會對隧道內作業人員、設備的安全造成極大的威脅，這時就需要對涌水鉆孔部位進行快速封堵，保證作業人員、設備的安全并為后面的處治措施贏得時間。

在水下松軟地層中修建隧道常用盾構法。盾構機在江海中段掘進時，由于覆土厚度一般較小，且水壓較大，切削面穩定難以控制，如有不慎，就有可能導致泥水劈裂地層，產生“冒頂”現象，從而產生塌陷和江(海)水倒灌等重大工程事故。特別是在穿越既有地質鉆孔過程中，由于上部存在的既有鉆孔是個薄弱環節，即使盾構前部的刀盤位置是封閉的，但是在掘進過程中，依然會出現涌水現象，給隧道中的作業人員帶來安全威脅，并對設備造成短時間內難以修復的損害，若處理不好會給施工企業帶來極大的經濟損失，更會造成隧道建成后運營環境惡劣。因此必須在既有地質鉆孔位置進行快速封堵，確保盾構機在掘進過程中的安全。

目前，水下地質鉆孔封堵的方法，大多采用袖閥管或鋼花管在鉆孔周邊進行注漿，注漿結束后將鉆孔上方泥漿清理，然后施作混凝土蓋板，將該區域封堵。但是，上述的注漿及混凝土填埋封堵方式存在以下缺點：1、必須選擇在江（河）等枯水期水面平靜時采用圍堰或水上鉆井平臺施工，作業時間被大大限制，且成本高昂；水下注漿時，漿液的擴散范圍很難得到有效控制，注漿效果檢驗較難；2、由于注漿漿液難免會擴散到水中，導致堿性漿液對水體造成嚴重污染；3、水下鉆孔封堵難度大，由于在水面上不可能有穩定的工作平臺，因此作業時間長，作業環境要求苛刻，在水下遇到緊急情況時，采用填埋、灌漿等封堵方法無法及時對水下地質鉆孔進行封堵，根本無法提供足夠的時間來確保人員和設備安全。

發明內容

為解決上述問題，本發明的目的是提供一種耐磨、不易刺穿、能夠快速充氣和放氣的水下鉆孔快速封堵氣囊，其在水下可以與各種土和巖石緊密膠結，能夠方便、快捷、有效的解決快速封堵水下既有地質鉆孔的問題，確保盾構法隧道和鉆爆法隧道下穿既有鉆孔地段江底時人員和設備的安全。

為實現上述發明目的，本發明采用如下技術方案：

一種水下鉆孔快速封堵氣囊，其包括橡膠材質的圓球形氣囊本體，氣囊本體頂部具有圓柱狀凸起，圓柱狀凸起外壁上開設有進出氣口，進出氣口經由圓柱狀凸起內部設置的通道與氣囊本體的內腔相通，進出氣口處安裝有導氣管，導氣管另一端設置有控制閥門；氣囊本體上套設有一連接環，連接環位于氣囊本體上部，連接環上沿圓周方向均勻分布有若干根連接繩，連接繩末端設有墜體。

另一種水下鉆孔快速封堵氣囊，其包括橡膠材質的橢圓球形氣囊本體，氣囊本體頂部具有圓柱狀凸起，圓柱狀凸起外壁上開設有進出氣口，進出氣口經由圓柱狀凸起內部設置的通道與氣囊本體的內腔相通，進出氣口處安裝有導氣管，導氣管另一端設置有控制閥門；氣囊本體上套設有一連接環，連接環位于氣囊本體上部，連接環上沿圓周方向均勻分布有若干根連接繩，連接繩末端設有墜體。

進一步地，上述的橢圓球形氣囊本體內注有立體交叉結構的高性能無機物聚合物復合封堵材料。

上述水下鉆孔快速封堵氣囊的封堵方法，其包括以下步驟：

（1）、確定水下鉆孔位置

查閱相關地質資料或采用物探方式對水下鉆孔位置進行定位；

（2）、封堵氣囊準備

通過導氣管向圓球形氣囊本體或橢圓球形氣囊本體的內腔充氣，四周均勻布置好墜體，將定位桿與氣囊本體頂部的圓柱狀凸起連接好；

（3）、封堵氣囊下放

通過定位桿將封堵氣囊下沉到既有鉆孔位置，再將氣體排出一部分，把定位桿取出，通過墜體與氣囊本體的自身重力下沉到指定位置后緩慢的放出氣體，此時可以通過導氣管控制氣囊上升與下沉；在氣體的排放過程中，由于氣囊本體的遇水膨脹特性，氣囊本體會貼緊孔壁四周，達到封堵止水的目的。

在上述的水下鉆孔快速封堵氣囊的封堵方法中，采用橢圓球形氣囊本體時，在橢圓球形氣囊本體到達指定位置時，通過導氣管注入立體交叉結構的高性能無機物聚合物復合封堵材料。

立體交叉結構的高性能無機物聚合物復合封堵材料在水下能夠快速固化，彈性高，與氣囊本體內表面具有良好的粘結力，且在延伸率大于200％時，粘結牢固不脫落。

本發明中的氣囊本體采用主要材料為三元乙丙橡膠、丙烯酸類共聚物和甲基纖維素的橡膠。