[發(fā)明專利]一種高壓泥漿護(hù)壁施工方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202210172235.3
• 申請(qǐng)日: 2022-02-24
• 公開（公告）號(hào): CN114508095B
• 公開（公告）日: 2023-04-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 曹平;劉智振;樊至;韓東亞;鄧林;劉濤影;謝渭平;趙慶雄;鄧慧娟;羅新飏
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中南大學(xué);中國水利水電第八工程局有限公司
• 主分類號(hào): E02D5/18
• 分類號(hào): E02D5/18
• 代理公司: 長沙永星專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 43001
• 代理人: 周詠;林毓俊

1.一種高壓泥漿護(hù)壁施工方法，包括以下步驟：

1）根據(jù)鉆機(jī)成孔過程中取出的土或巖樣的質(zhì)量和體積，計(jì)算確定鉆孔所處地層中的軟弱地層的厚度以及其他地層厚度；

2）根據(jù)步驟1）中確定的各地層的厚度，對(duì)靠近鉆孔孔底的穩(wěn)定地層進(jìn)行常規(guī)泥漿護(hù)壁；

3）待步驟2）中的護(hù)壁工藝完成后，安裝高壓泥漿護(hù)壁設(shè)備：高壓護(hù)壁設(shè)備包括有空氣壓縮機(jī)、下封堵囊、上封堵囊、泥漿泵和泥漿導(dǎo)管，空氣壓縮機(jī)與下封堵囊和上封堵囊分別通過導(dǎo)管連接；泥漿泵與泥漿導(dǎo)管連通；將下封堵囊裝設(shè)至軟弱地層的下方，上封堵囊裝設(shè)至軟弱地層的上方，將泥漿導(dǎo)管裝設(shè)至軟弱地層或易塌孔地層的位置；

下封堵囊和上封堵囊為高韌性材料制成的膠囊型結(jié)構(gòu)的封堵囊，充入高壓氣體后易膨脹，且膨脹后的外形為圓柱或圓餅狀，其直徑大于鉆孔直徑，封堵囊與鉆孔壁接觸的部位附有柔性密封墊層，能夠確保高壓泥漿保持穩(wěn)定；

4）啟動(dòng)空氣壓縮機(jī)通過導(dǎo)管向下封堵囊和上封堵囊中充入高壓空氣，使軟弱地層處于密閉的空間，然后通過泥漿泵將預(yù)制泥漿通過泥漿導(dǎo)管輸送至軟弱地層鉆孔段，并保持壓力穩(wěn)定，確保泥漿形成穩(wěn)定護(hù)壁層；

5）步驟4）中的護(hù)壁層施工完成后，通過空氣壓縮機(jī)抽出下封堵囊和上封堵囊中的高壓空氣，并且回收封堵囊；

6）對(duì)鉆孔上部的穩(wěn)定地層進(jìn)行常規(guī)泥漿護(hù)壁。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高壓泥漿護(hù)壁施工方法，其特征在于，所述步驟1）中，根據(jù)取出的土或巖樣的質(zhì)量除以其密度再除以鉆孔的橫截面積，即可得到不同土/巖層對(duì)應(yīng)的鉆孔長度。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高壓泥漿護(hù)壁施工方法，其特征在于，所述步驟3）中，所述的高壓護(hù)壁設(shè)備還包括有空氣壓力計(jì)、空氣流量計(jì)、泥漿流量計(jì)和泥漿壓力計(jì)，空氣壓力計(jì)和空氣流量計(jì)安裝于空氣壓縮機(jī)與導(dǎo)管連接的位置，泥漿流量計(jì)和泥漿壓力計(jì)安裝于泥漿泵與泥漿導(dǎo)管連接的位置。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高壓泥漿護(hù)壁施工方法，其特征在于，所述步驟4）中，在空氣壓縮機(jī)向下封堵囊和上封堵囊中充入高壓空氣后，需要計(jì)算出下封堵囊和上封堵囊與鉆孔壁之間的摩擦力F_a；高壓泥漿護(hù)壁時(shí)，摩擦力F_a需要大于泥漿作用在封堵囊上的力F_s。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的高壓泥漿護(hù)壁施工方法，其特征在于，所述的摩擦力F_a的計(jì)算過程為：首先利用空氣壓力計(jì)和空氣流量計(jì)讀取下封堵囊和上封堵囊中的空氣壓力P_a，假設(shè)鉆孔直徑為D，封堵囊高度為h，封堵囊與孔壁之間的摩擦系數(shù)為k，則通過式F_a=πDhP_ak計(jì)算摩擦力F_a。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的高壓泥漿護(hù)壁施工方法，其特征在于，所述步驟4）中，泥漿作用在封堵囊上的力F_s，通過式F_s=πD²P_s/4計(jì)算高壓泥漿作用在封堵囊上的力F_s，式中P_s為泥漿壓力。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的高壓泥漿護(hù)壁施工方法，其特征在于，所述步驟4）中，保持高壓泥漿壓力穩(wěn)定時(shí)，泥漿壓力P_s應(yīng)大于軟弱地層的孔隙水壓力P_W，通過泥漿壓力計(jì)和泥漿流量計(jì)分別讀取泥漿壓力P_s和泥漿體積V₀，高壓泥漿護(hù)壁時(shí)，孔隙水壓力作用在鉆孔壁的力為F_w，需要判斷條件：F_aF_sF_w成立，即可保證高壓泥漿對(duì)軟弱地層鉆孔壁的護(hù)壁質(zhì)量。