通过钻孔孔径变化进行垂向截水和侧向堵水的压水试验止水方法技术

本发明专利技术提供一种通过钻孔孔径变化进行垂向截水和侧向堵水的压水试验止水方法。该止水方法依次包括钻探成孔至试验段顶；小孔径钻探成孔至试验段底；下橡皮塞止水件至试验段顶；通过钻杆自带液压系统进行垂向施压截水和侧向膨胀堵水；压水试验；停水、泄压；完成压水试验。本发明专利技术止水效果好、能精确定位试验段位置，且试验装置结构简单、操作方便，故障率低；该压水试验止水方法尤其适用试验场地复杂多变的山区和地层岩性复杂、岩芯较破碎地段，在岩芯较破碎地层中止水成功率100％，测试精度较常规孔径压水试验高2倍。

Water Pressure Test Method for Vertical Water Cut-off and Lateral Water Cut-off by Borehole Diameter Change

The present invention provides a water pressure test method for vertical water closure and lateral water closure by changing borehole diameter. The water stop method includes drilling hole to the top of the test section, small-bore drilling hole to the bottom of the test section, rubber plug water stop to the top of the test section, vertical pressure closure and lateral expansion water closure through the hydraulic system of the drill pipe, water pressure test, water shutdown and pressure relief, and completion of water pressure test. The water-stopping method of the present invention has good water-stopping effect, can accurately locate the position of the test section, and has simple structure, convenient operation and low failure rate. The water-stopping method of the water-pressing test is especially suitable for mountainous areas with complex and changeable test site, strata with complex lithology and fragmented core. The success rate of water-stopping in fragmented core formation is 100%, and the test accuracy is 2 times higher than that of conventional pore-diameter water-pressing test.

【技术实现步骤摘要】
通过钻孔孔径变化进行垂向截水和侧向堵水的压水试验止水方法
本专利技术涉及一种通过钻孔孔径变化进行垂向截水和侧向堵水的压水试验止水方法，属于工程勘察和工程施工检测

技术介绍
钻孔压水试验是工程勘察和水坝、隧道等地下工程施工检测常用的方法，是在做好试验段封堵的前提下，采用高压方式把水压入钻孔试验段，根据试验段岩体吸水量计算了解试验段岩体裂隙发育情况和透水性的一种原位试验。目前国内压水试验采用的止水方法是通过止水栓塞或胶囊在水压、气压等外部供压的条件下，使止水栓塞或胶囊产生侧向膨胀被动堵水，该方法试验设备繁多笨重，不易搬运，且结构复杂，故障率高，被动堵水效果一般。压水试验要求各试段互相衔接，不允许漏试，因此准确定位试验段位置至关重要，目前国内多通过采用预定置栓塞或气囊来确定试段位置，精确度不高，且实验过程中在外压的作用下栓塞或气囊可能整体下滑，使得试段位置变化。
技术实现思路
为解决上述技术不足，本专利技术提供一种通过钻孔孔径变化进行垂向截水和侧向堵水的压水试验止水方法，该止水方法水效果好、能精确确定试验段位置，且试验装置结构简单、操作方便，故障率低。本专利技术通过以下技术方案得以实现：所述一种通过钻孔孔径变化进行垂向截水和侧向堵水的压水试验止水方法，其特征在于具体步骤如下：(1)结合试验区域地层岩性特征和场地条件，在所设计的压水试验钻孔点钻设止水孔，其成孔深度至所设计的目标试验段的顶面；(2)采用直径小于步骤(1)中止水孔孔径的的金刚石钻头从已完成的止水孔底部继续向下钻探，钻探深度至目标试验段底，形成孔径小于止水孔的目标试验孔；(3)采用带止水件的止水钻杆完成止水件的安装，其止水件包括套设在止水钻杆上的多个橡胶塞和置于相邻两个橡胶塞之间的铁垫圈，在最上层橡胶塞的顶面也设有铁垫圈；所述橡胶塞和铁垫圈的直径大于步骤(2)中施工的目标试验孔孔径，小于或等于步骤(1)中施工的止水孔的孔径；(4)将止水钻杆安装到钻机上，其下端对准目标试验孔，并利用钻机自带液压系统对钻杆进行垂向施压，将止水钻杆下压至目标试验孔，在下压过程中，最下层的橡皮塞下压至止水孔底面时，由于孔径的变化，其橡皮塞不继续下降，直接坐落在目标试验段顶面，精确定位试验段位置，钻机自带液压系统继续工作，在压力作用下最下层橡皮塞受压产生变形，紧贴目标试验段顶面，实现垂向截水；顶部橡皮塞和中间橡皮塞受压产生侧向膨胀，紧贴止水孔的孔壁，实现侧向堵水；(5)在步骤(4)中止水完成后通过止水钻杆向目标试验孔压水，进行压水试验，在压水试验中其钻机液压系统持续工作，直至试验完成；(6)压水试验完成后，停止压水、控制钻机自带液压系统对钻杆进行泄压，然后提拔出试验装置，在同一个孔中重复步骤(1)至(6)完成下一个目标试验段的压水试验，直到完成整个钻孔的压水试验。本专利技术较优的技术方案：所述步骤(2)的止水件包括一个底层橡胶塞、一个顶层橡胶塞、1～3个中间橡胶塞、一个置于顶层橡胶塞上部的铁垫圈和分散设置在两相邻橡胶塞之间的多个铁垫圈，所述多个橡胶塞和铁垫圈的直径均与止水孔的孔径相等，中央位置均开设有与止水钻杆的直径相等的钻杆套孔，并通过钻杆套孔套设在止水钻杆上。本专利技术较优的技术方案：所述目标试验段的试验孔孔径为75-80mm，所述止水孔的孔径为105-110mm。本专利技术较优的技术方案：所述步骤(2)中的橡胶塞采用弹性和膨胀好、耐高压且变形恢复能力强的天然橡胶。本专利技术的有益效果：(1)本专利技术的试验段成孔采用变孔径施工，可准确定位目标试验段顶面和底面深度，一次止水成功率和试验精度较常规孔径试验均有所提高；(2)本专利技术的止水件采用橡皮塞和铁垫圈间隔的方式，橡皮塞材质为弹性和膨胀性良好、耐高压且变形恢复能力强的天然橡胶，其最上层橡皮塞顶部设有铁垫圈，最下层橡皮塞底部不设铁垫圈，该止水结构物受压变形后，可截堵来自试验段顶部和侧向的渗水，并通过生产测试表明该止水结构物止水效果良好；(3)本专利技术利用钻机自带液压系统，通过钻杆垂向传导试验止水压力，其试验装置结构简单、操作方便，故障率低；本专利技术施工简单、止水效果好、能精确确定试验段位置，且试验装置结构简单、操作方便，故障率低；该压水试验止水方法尤其适用试验场地复杂多变的山区和地层岩性复杂、岩芯较破碎地段，生产测试表明：该止水方法在岩芯较破碎地层中止水成功率100％，测试精度较常规孔径压水试验高2倍。附图说明图1是本专利技术的流程示意图图2是本专利技术中的钻孔结构示意图；图3是本专利技术止水结构示意图。图中：1-目标试验段顶；2-目标试验段底；3-顶部橡皮塞；4-中间橡皮塞；5-铁垫圈；6-底部橡皮塞；7-钻机自带液压系统。具体实施方式下面结合附图进一步描述本专利技术的技术方案，但它们并不构成对本专利技术的限定，仅作举例而已，同时通过说明使本专利技术的优点更加清楚和容易理解。本专利技术提供的一种通过钻孔孔径变化进行垂向截水和侧向堵水的压水试验止水方法，其施工流程如图1所示，具体步骤如下：(1)结合试验区域地层岩性特征和场地条件，在所设计的压水试验钻孔点钻设止水孔，其成孔深度至所设计的目标试验段的顶面；(2)采用直径小于步骤(1)中止水孔孔径的的金刚石钻头从已完成的止水孔底部继续向下钻探，钻探深度至目标试验段底，形成孔径小于止水孔的目标试验孔；(3)采用带止水件的止水钻杆完成止水件的安装，其止水件包括套设在止水钻杆上的多个橡胶塞和置于相邻两个橡胶塞之间的铁垫圈，在最上层橡胶塞的顶面也设有铁垫圈；所述橡胶塞和铁垫圈的直径大于步骤(2)中施工的目标试验孔孔径，小于或等于步骤(1)中施工的止水孔的孔径；(4)将止水钻杆安装到钻机上，其下端对准目标试验孔，并利用钻机自带液压系统对钻杆进行垂向施压，将止水钻杆下压至目标试验孔，在下压过程中，最下层的橡皮塞下压至止水孔底面时，由于孔径的变化，其橡皮塞不继续下降，直接坐落在目标试验段顶面，精确定位试验段位置，钻机自带液压系统继续工作，在压力作用下最下层橡皮塞受压产生变形，紧贴目标试验段顶面，实现垂向截水；顶部橡皮塞和中间橡皮塞受压产生侧向膨胀，紧贴止水孔的孔壁，实现侧向堵水；(5)在步骤(4)中止水完成后通过止水钻杆向目标试验孔压水，进行压水试验，在压水试验中其钻机液压系统持续工作，直至试验完成；(6)压水试验完成后，停止压水、控制钻机自带液压系统对钻杆进行泄压，然后提拔出试验装置，在同一个孔中重复步骤(1)至(6)完成下一个目标试验段的压水试验，直到完成整个钻孔的压水试验。在同一个钻孔的压水试验完成后，再将钻机移至下一个钻孔点按照同样的步骤进行下一个钻孔点的压水试验。下面结合实施例对本专利技术进一步说明，实施例中针对位于偏远山区，场地地形起伏较大、坡度较陡(45°～60°)的某拟建隧道，该隧道所在区域地层岩性复杂，且附近发育数条断裂构造，构造岩为强烈硅化构造角砾岩带、碎裂岩带、糜棱岩带，因此通过钻孔压水试验准确查清拟建隧道各岩层的透水率，尤其是断裂构造带发育处，评价其节理裂隙发育程度和岩体完整性，对拟建隧道的精准设计和安全施工至关重要。拟建场地山高林密、勘探设备搬运极其困难且危险，地层岩性复杂，呈互层状，且各层岩体工程特性差异明显，断裂构造带及附近岩体呈破碎～极破碎状，目前常规的压水试验止水方法难以适应该工程要求。因此使用本专利技术中所本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种通过钻孔孔径变化进行垂向截水和侧向堵水的压水试验止水方法，其特征在于具体步骤如下：(1)结合试验区域地层岩性特征和场地条件，在所设计的压水试验钻孔点钻设止水孔，其成孔深度至所设计的目标试验段的顶面；(2)采用直径小于步骤(1)中止水孔孔径的的金刚石钻头从已完成的止水孔底部继续向下钻探，钻探深度至目标试验段底，形成孔径小于止水孔的目标试验孔；(3)采用带止水件的止水钻杆完成止水件的安装，其止水件包括套设在止水钻杆上的多个橡胶塞和置于相邻两个橡胶塞之间的铁垫圈，在最上层橡胶塞的顶面也设有铁垫圈；所述橡胶塞和铁垫圈的直径大于步骤(2)中施工的目标试验孔孔径，小于或等于步骤(1)中施工的止水孔的孔径；(4)将止水钻杆安装到钻机上，其下端对准目标试验孔，并利用钻机自带液压系统对钻杆进行垂向施压，将止水钻杆下压至目标试验孔，在下压过程中，最下层的橡皮塞下压至止水孔底面时，由于孔径的变化，其橡皮塞不继续下降，直接坐落在目标试验段顶面，精确定位试验段位置，钻机自带液压系统继续工作，在压力作用下最下层橡皮塞受压产生变形，紧贴目标试验段顶面，实现垂向截水；顶部橡皮塞和中间橡皮塞受压产生侧向膨胀，紧贴止水孔的孔壁，实现侧向堵水；(5)在步骤(4)中止水完成后通过止水钻杆向目标试验孔压水，进行压水试验，在压水试验中其钻机液压系统持续工作，直至试验完成；(6)压水试验完成后，停止压水、控制钻机自带液压系统对钻杆进行泄压，然后提拔出试验装置，在同一个孔中重复步骤(1)至(6)完成下一个目标试验段的压水试验，直到完成整个钻孔的压水试验。...

【技术特征摘要】
1.一种通过钻孔孔径变化进行垂向截水和侧向堵水的压水试验止水方法，其特征在于具体步骤如下：(1)结合试验区域地层岩性特征和场地条件，在所设计的压水试验钻孔点钻设止水孔，其成孔深度至所设计的目标试验段的顶面；(2)采用直径小于步骤(1)中止水孔孔径的的金刚石钻头从已完成的止水孔底部继续向下钻探，钻探深度至目标试验段底，形成孔径小于止水孔的目标试验孔；(3)采用带止水件的止水钻杆完成止水件的安装，其止水件包括套设在止水钻杆上的多个橡胶塞和置于相邻两个橡胶塞之间的铁垫圈，在最上层橡胶塞的顶面也设有铁垫圈；所述橡胶塞和铁垫圈的直径大于步骤(2)中施工的目标试验孔孔径，小于或等于步骤(1)中施工的止水孔的孔径；(4)将止水钻杆安装到钻机上，其下端对准目标试验孔，并利用钻机自带液压系统对钻杆进行垂向施压，将止水钻杆下压至目标试验孔，在下压过程中，最下层的橡皮塞下压至止水孔底面时，由于孔径的变化，其橡皮塞不继续下降，直接坐落在目标试验段顶面，精确定位试验段位置，钻机自带液压系统继续工作，在压力作用下最下层橡皮塞受压产生变形，紧贴目标试验段顶面，实现垂向截水；顶部橡皮塞和中间橡皮塞受压产生侧向膨胀，紧贴止水孔的孔壁，实现侧向堵水；(5...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯爱国，杨瑜泽，彭典华，徐勇，孙起孟，
申请(专利权)人：中冶集团武汉勘察研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北,42