模袋法穿越大溶洞地層人工造壁技術(shù)在石灰?guī)r地區(qū)的應(yīng)用

李紅偉 李文姣 韓俊飛

（1.濟(jì)南力穩(wěn)巖土工程有限公司，山東 濟(jì)南 250000；2.泰安市城市建設(shè)設(shè)計院，山東 泰安 271400；3.華潤水泥控股運營部，廣西 南寧 530000）

土工模袋是土工材料中的一種，是由高分子聚合物纖維編織而成的袋狀材料。由于土工模袋充灌填料后具有透水不透漿的特性，充填料在泵壓和自重作用下，能從模袋的孔隙中排出多余水分，降低水灰比，縮短充填料凝結(jié)時間，提高充填料固化后強(qiáng)度，目前已被廣泛應(yīng)用于混凝土護(hù)坡工程和水下工程[1-6]。楊曉東等對大流量、高流速溶洞地層漏水采用土工模袋進(jìn)行灌漿堵漏 ,取得了比較滿意的效果[7]。土工模袋灌漿具有整體性 ,保證了灌漿充填料不被水流沖走 ,能有效封堵較大流量、較高流速涌水。本文通過運用模袋，形成以模袋輸液管為中心的混凝土圓柱，起到局部填充作用，在體積較大溶洞與鉆孔之間形成人造混凝土壁，有利于進(jìn)一步鉆探及實施靶向注漿。

1 工程概況

華潤水泥（平南）有限公司河景礦石灰石礦山采用凹陷式開采，開采面積約5000畝，年產(chǎn)水泥1100 萬 t。

礦區(qū)三面環(huán)水，礦區(qū)南面為尋江，東面為秦川河，北面為無名河，河景石灰石因凹陷式開采標(biāo)高已經(jīng)到-20m水平，低于江水標(biāo)高約40m，導(dǎo)致礦坑三面的流水沿著原有巖溶管道流至采坑內(nèi)，從采坑底部噴涌而出，豐水期日最大涌水量達(dá)36萬m3，枯水期最大涌水量達(dá)21萬m3。

2015年5～11月份采坑被淹，礦井處在停產(chǎn)狀態(tài)。因礦區(qū)長期抽排水，形成大面積的水力降落漏斗，造成周圍農(nóng)田塌陷、線桿傾斜、房屋開裂等次生災(zāi)害。所以，封堵涌水勢在必行。

圖1 采坑內(nèi)突水照片

2 治理方案

2016年1月，礦方采用“非連續(xù)帷幕+關(guān)鍵通道封堵”的方法對涌水進(jìn)行治理。非連續(xù)帷幕就是在物探圈定的低阻區(qū)域布置鉆孔實施注漿，帷幕只是布置在物探低阻區(qū)，非連續(xù)布置。

關(guān)鍵通道封堵就是非連續(xù)帷幕的鉆孔中尋找出關(guān)鍵鉆孔，關(guān)鍵鉆孔揭露主要通道，采用注漿材料封堵主要過水通道，達(dá)到治理孔隙水和管道涌水的目的。

3 K8鉆孔及層位

本工程鉆孔采用LM-200液壓履帶式鉆機(jī)實施，這種鉆進(jìn)方法采用壓風(fēng)驅(qū)動鉆具錘擊巖石，具有效率高、成孔率高的優(yōu)點，缺點是遇到半充填或者無充填的較大溶洞不能返風(fēng)，鉆進(jìn)產(chǎn)生的巖粉不能排出，導(dǎo)致不能繼續(xù)鉆進(jìn)。本工程+10m臺段布置帷幕帶中的K8鉆孔在鉆探的過程中遇到了體積較大的半充填溶洞，導(dǎo)致鉆探停止。

K8鉆孔是帷幕帶中的一個鉆孔，高密度電物探結(jié)果顯示，本孔在-20m～ -35m位置有明顯低阻區(qū)。K8鉆孔0～8.6m為第四系表土層，8.6～11.2m為奧陶紀(jì)石灰?guī)r，11.2m往下?lián)舸┤芏错敯澹@具突然出現(xiàn)下沉，利用接長鉆桿探底，溶洞高5.2m，半充填，充填物為黃色的粘泥，不含水。通過連續(xù)注水體積推測，溶洞體積為230m3左右。利用鉆桿的自重和卡欄的壓力，繼續(xù)鉆進(jìn)1.1m后，因空腔體積較大，鉆機(jī)無法返風(fēng)，導(dǎo)致不能繼續(xù)鉆進(jìn)。

4 模袋人工造壁技術(shù)

為達(dá)到繼續(xù)鉆進(jìn)的目的，K8孔遇到的溶洞需進(jìn)行處理，處理類似溶洞常用的方法是灌漿或者采用碎石充填，因本溶洞體積較大，采用灌漿方式會消耗大量水泥；采用碎石充填必須用特殊鉆井設(shè)備鉆直徑為1.0m的鉆孔，然后再人工投入碎石充填；以上兩種方法治理成本大、費工、耗時。

經(jīng)過綜合比較，最終確定采用模袋注漿法形成人工造壁，確保鉆孔繼續(xù)鉆進(jìn)。模袋是使用土工布作為主要材料，配合輸漿管而成的一種注漿方法。土工布具有透水不透漿的性能，在土工布形成的袋內(nèi)注入混凝土或水泥漿液凝固后形成的結(jié)實體可起到防滲的作用。

4.1 模袋參數(shù)

根據(jù)本溶洞的高度，本次模袋采用土工布長度為7m，展開直徑1.0～1.2m，模袋內(nèi)部分為兩條注漿管，一條為主要注漿管，主要負(fù)責(zé)注漿漿液的輸送，另外一條為模袋充填輸料管。因本孔需要繼續(xù)鉆進(jìn)，兩條注漿管均采用Φ50mm的PVC塑料管（抗壓2.5MPa）（金屬管破壞鉆頭）。為增大透漿量，兩條注漿管末端人工鉆20個Φ5mm的圓孔，圓孔成梅花布置。具體如下圖2所示。

圖2 模袋參數(shù)示意圖

4.2 技術(shù)應(yīng)用

首先把做好的模袋垂直放入K8鉆孔中，帶有梅花圓孔底端向下。如圖3所示，將底端一直深入到K8鉆孔所揭露的鉆孔的最底部。模袋B管連接注漿管路，利用泵壓采用小流量慢慢注入水泥漿，水泥漿水灰比0.8:1～1:1。模袋注漿需采用低檔小流量緩慢注漿，這樣可使?jié){液的水分排出模袋外，形成高結(jié)石率。模袋注漿可采用多次間歇注漿，確保結(jié)石體充滿整個模袋，且不把模袋撐破，總注漿量為模袋容積的1.1倍即可，注漿壓力控制在1.0MPa左右。模袋內(nèi)的水泥漿液把模袋充滿，最終形成一個結(jié)實體，這個結(jié)石體在土工布的約束下形成一個水泥圓柱體，水泥圓柱的體積遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于溶洞的體積。

結(jié)石體達(dá)到終凝后，模袋A管連接注漿管，注水泥-水玻璃雙液漿，C:S配合比為5:1，把溶洞底部裂隙進(jìn)行封堵，A管的注漿量需進(jìn)行控制，避免多余的水泥漿液充填到溶洞空腔，造成浪費。

經(jīng)過以上注漿后，再利用鉆機(jī)從孔口重新鉆進(jìn)，原溶洞空腔內(nèi)鉆孔經(jīng)過模袋形成的水泥圓柱體，鉆孔四周都是水泥結(jié)石體，不產(chǎn)生跑風(fēng)、漏風(fēng)現(xiàn)象，鉆進(jìn)中能夠返風(fēng)，達(dá)到了繼續(xù)往深部鉆進(jìn)的目的。本孔鉆進(jìn)至物探圈定的低阻區(qū)后順利探查到主要過水通道，對整個工程起到了極其重要的作用。

圖3 模袋效果圖

5 結(jié)論

（1）模袋人工造壁法比采用大量灌漿和充填碎石法可充填大體積溶洞行之有效，省時、省力、節(jié)約材料。

（2）模袋注漿管可采用PVC管代替，可實現(xiàn)不損壞鉆頭的情況下繼續(xù)鉆進(jìn)。

（3）在溶洞體積較大的情況下，模袋形成的水泥圓柱體可形成人工造壁，為鉆孔繼續(xù)鉆進(jìn)提供結(jié)石體。