高速、大流量巖溶管道骨料綜合添加技術的應用

李紅偉 劉功杰 李曉亮

（1.濟南力穩巖土工程有限公司，山東 濟南 250000；2.華潤水泥控股運營部，廣西 南寧 530000）

平南河景石灰石礦山一采區-5m 水平東部崖壁突水和鉆孔泄水點流量大，流速快，普通的水泥-水玻璃混合材料抗沖刷能力差、留存率極低，利用聯通的鉆孔對主要過水通道添加骨料，添加順序按照由輕到重、直徑由小到大的順序逐步添加[1]。添加骨料后有效降低了管道內流水速度，大大增加了水泥-水玻璃或新型注漿材料漿的留存率，起到了良好的封堵效果。

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，一采區-5m 水平東北側有兩個集中涌水點，分別是崖壁突水和鉆孔泄水，這兩個地點的涌水總水量約3.15 萬m3/d，泄水鉆孔孔口流速約5.2m/s（圖1）。

經綜合物探及鉆探驗證，采坑崖壁及鉆孔泄水的水源來自礦坑東部的秦川河，河水水位24.68m，河水沿強發育的巖溶管道排泄至泄水點，增加了礦坑排水量，增加了排水費用，造成了農田塌陷、房屋開裂等次生地質災害。

圖1 崖壁及鉆孔泄水圖片

2 地質特征

根據水文地質調查資料，秦川河河水沿巖溶地下水通道經巖溶地面塌陷T43 →T42 →T44 →泄水點，平面上表現為串聯狀巖溶地面塌陷帶。水文地質勘查在T42 投入示蹤劑食用胭脂紅作示蹤試驗，結果在崖壁及鉆孔泄水點發現紅色示蹤劑，說明T42 塌陷點與崖壁及鉆孔泄水點連通性好。

3 治理方案

針對復雜的地質條件及涌水點實際，采用了“坑外布置帷幕帶、鉆孔添加骨料阻水、雙孔聯合注漿”封堵方案。由于堵水性能、可灌性、價格、取材等方面具有綜合優勢，目前截流堵水材料基本上形成了以石材類骨料為主，其他材料為輔的局面[2,3]。

3.1 坑外布置帷幕帶

根據現場實際，在河景石灰石采坑近地表處靠近T42 塌陷點處垂直徑流帶方向布置帷幕帶。帷幕帶距離坑內涌水點約91m，帷幕帶鉆孔采用垂直地表鉆進，鉆孔間距6m，相鄰鉆孔W9 孔和WZ18兩鉆孔均在深26m 處揭露巖溶管道，孔口壓水無壓力。利用P0425R 水泥制漿（密度約1.6g/cm3）和水玻璃（波美度38~39）按照4:1~3:1 的比例混合后進行注漿。因水流速度太大，水泥-水玻璃混合后的漿液難以抗拒水流沖刷，通過在突水點分析，漿液留存率僅為10%左右，封堵效果不佳。

3.2 鉆孔添加骨料阻水

針對流速大，漿液留存率低的現實，注漿方案按照由小到大，由輕到重的添加方式逐步進行。輕質骨料主要采用黃豆、海帶、棉絮。黃豆采用市場上常見的黃豆，海帶人工剪成寬2cm、長5cm 的細條狀。黃豆、海帶從W9 孔口V 字型骨料添加器直接添加，骨料添加器通水攜帶黃豆、海帶進入巖溶通道內。添加黃豆、海帶時發現堵塞的現象可以采用壓水或鉆桿旋轉的方式疏通鉆孔。黃豆、海帶浸水后約72h 后體積膨脹2 倍左右，利用這種方法充填了部分通道，崖壁和鉆孔泄水處水流速度降為4.1m/s 左右。

通過對崖壁和鉆孔泄水點觀察，黃豆、海帶添加到一定程度后，繼續添加的黃豆和海帶被水流攜帶跑出，這表明，輕質骨料添加到一定程度后很難留存，需要添加重骨料。細沙骨料即是混凝土和砂漿的主要原料，也是一種常用的灌漿料[4]。重骨料按照粒徑大小優先使用細沙，采購的細沙需過篩，篩網規格為2×2mm，除去黏土，降低粒徑。細沙仍采用骨料添加器從WZ18 鉆孔直接添加，添加時用水攜帶細沙進入鉆孔，采用“少加、勤加、均勻”的原則，添加細沙時發現堵塞的現象可以利用鉆桿旋轉的方式疏通鉆孔。通過對崖壁和鉆孔泄水點觀察，大量添加細沙后，細沙也出現從出水點跑出的現象，這說明，細沙已經充填了黃豆、海帶的空隙，達到平衡點后，被流速大的水流攜帶至出水口。碎石（瓜子石）粒徑控制在3 ～4mm 左右，過篩去除雜質后直接添加，添加過程中采用大水流攜帶，確保碎石能在通道內長距離留存。碎石添加到一定量后，鉆孔被堵塞，利用鉆桿旋轉疏通后再次添加，如此反復多次，直到碎石距離孔口20m 左右時停止添加。

通過以上綜合骨料添加方法，崖壁、鉆孔泄水點的流速降為2.2m/s，為注漿創造了條件。

3.3 雙孔聯合注漿

骨料添加至一定程度后，在W9 孔注濃稠的水泥單液，水泥漿密度在1.6g/cm3左右，在WZ18 孔注水泥-水玻璃或新型注漿材料雙液，兩孔同時注漿。添加骨料后，在崖壁和鉆孔泄水孔跑漿量大大減少，漿液在通道內留存率增大至90%左右，注漿壓力也從初始壓力0MPa 逐漸上升至3MPa，經過連續5 個小時的注漿，崖壁和鉆孔泄水點涌水量僅剩5m3/h。根據實際情況，雙液注漿壓力達到3.5MPa后，又采用密度為1.4g/cm3的水泥漿進行注漿補強，單液注漿壓力最終達到3.0MPa，涌水量最終為0，徹底地封堵了涌水，封堵率為100%。

4 結論

（1）現有的封堵流速快、流量大的強巖溶管道封堵材料，普通水泥漿及水泥-水玻璃混合后極易被沖散，材料在通道內的留存率較低，材料浪費較多。

（2）添加骨料需按照由輕到重、直徑由小到大的順序逐步均勻添加，添加量需根據管道體積大小而定，骨料添加總體積應為管道體積的1.3~1.5倍左右。

（3）骨料添加后雙液注漿壓力達到一定程度后需用稀水泥漿繼續補強，用單液充填小裂隙，單液終壓根據情況而定。