高速、大流量巖溶管道骨料綜合添加技術(shù)的應(yīng)用

李紅偉 劉功杰 李曉亮

（1.濟(jì)南力穩(wěn)巖土工程有限公司，山東 濟(jì)南 250000；2.華潤(rùn)水泥控股運(yùn)營(yíng)部，廣西 南寧 530000）

平南河景石灰石礦山一采區(qū)-5m 水平東部崖壁突水和鉆孔泄水點(diǎn)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(lián)通的鉆孔對(duì)主要過(guò)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(nèi)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(rùn)水泥（平南）有限公司河景礦石灰石礦山采用凹陷式開(kāi)采，一采區(qū)-5m 水平東北側(cè)有兩個(gè)集中涌水點(diǎn)，分別是崖壁突水和鉆孔泄水，這兩個(gè)地點(diǎn)的涌水總水量約3.15 萬(wàn)m3/d，泄水鉆孔孔口流速約5.2m/s（圖1）。

經(jīng)綜合物探及鉆探驗(yàn)證，采坑崖壁及鉆孔泄水的水源來(lái)自礦坑?xùn)|部的秦川河，河水水位24.68m，河水沿強(qiáng)發(fā)育的巖溶管道排泄至泄水點(diǎn)，增加了礦坑排水量，增加了排水費(fèi)用，造成了農(nóng)田塌陷、房屋開(kāi)裂等次生地質(zhì)災(zāi)害。

圖1 崖壁及鉆孔泄水圖片

2 地質(zhì)特征

根據(jù)水文地質(zhì)調(diào)查資料，秦川河河水沿巖溶地下水通道經(jīng)巖溶地面塌陷T43 →T42 →T44 →泄水點(diǎn)，平面上表現(xiàn)為串聯(lián)狀巖溶地面塌陷帶。水文地質(zhì)勘查在T42 投入示蹤劑食用胭脂紅作示蹤試驗(yàn)，結(jié)果在崖壁及鉆孔泄水點(diǎn)發(fā)現(xiàn)紅色示蹤劑，說(shuō)明T42 塌陷點(diǎn)與崖壁及鉆孔泄水點(diǎn)連通性好。

3 治理方案

針對(duì)復(fù)雜的地質(zhì)條件及涌水點(diǎn)實(shí)際，采用了“坑外布置帷幕帶、鉆孔添加骨料阻水、雙孔聯(lián)合注漿”封堵方案。由于堵水性能、可灌性、價(jià)格、取材等方面具有綜合優(yōu)勢(shì)，目前截流堵水材料基本上形成了以石材類(lèi)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(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際，在河景石灰石采坑近地表處靠近T42 塌陷點(diǎn)處垂直徑流帶方向布置帷幕帶。帷幕帶距離坑內(nèi)涌水點(diǎn)約91m，帷幕帶鉆孔采用垂直地表鉆進(jìn)，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(wú)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(jìn)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(guò)在突水點(diǎn)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(duì)流速大，漿液留存率低的現(xiàn)實(shí)，注漿方案按照由小到大，由輕到重的添加方式逐步進(jìn)行。輕質(zhì)骨料主要采用黃豆、海帶、棉絮。黃豆采用市場(chǎng)上常見(jiàn)的黃豆，海帶人工剪成寬2cm、長(zhǎng)5cm 的細(xì)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?dāng)y帶黃豆、海帶進(jìn)入巖溶通道內(nèi)。添加黃豆、海帶時(shí)發(fā)現(xiàn)堵塞的現(xiàn)象可以采用壓水或鉆桿旋轉(zhuǎn)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(guò)對(duì)崖壁和鉆孔泄水點(diǎn)觀察，黃豆、海帶添加到一定程度后，繼續(xù)添加的黃豆和海帶被水流攜帶跑出，這表明，輕質(zhì)骨料添加到一定程度后很難留存，需要添加重骨料。細(xì)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(yōu)先使用細(xì)沙，采購(gòu)的細(xì)沙需過(guò)篩，篩網(wǎng)規(guī)格為2×2mm，除去黏土，降低粒徑。細(xì)沙仍采用骨料添加器從WZ18 鉆孔直接添加，添加時(shí)用水?dāng)y帶細(xì)沙進(jìn)入鉆孔，采用“少加、勤加、均勻”的原則，添加細(xì)沙時(shí)發(fā)現(xiàn)堵塞的現(xiàn)象可以利用鉆桿旋轉(zhuǎn)的方式疏通鉆孔。通過(guò)對(duì)崖壁和鉆孔泄水點(diǎn)觀察，大量添加細(xì)沙后，細(xì)沙也出現(xiàn)從出水點(diǎn)跑出的現(xiàn)象，這說(shuō)明，細(xì)沙已經(jīng)充填了黃豆、海帶的空隙，達(dá)到平衡點(diǎn)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(guò)篩去除雜質(zhì)后直接添加，添加過(guò)程中采用大水流攜帶，確保碎石能在通道內(nèi)長(zhǎng)距離留存。碎石添加到一定量后，鉆孔被堵塞，利用鉆桿旋轉(zhuǎn)疏通后再次添加，如此反復(fù)多次，直到碎石距離孔口20m 左右時(shí)停止添加。

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

3.3 雙孔聯(lián)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(shí)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(nèi)留存率增大至90%左右，注漿壓力也從初始?jí)毫?MPa 逐漸上升至3MPa，經(jīng)過(guò)連續(xù)5 個(gè)小時(shí)的注漿，崖壁和鉆孔泄水點(diǎn)涌水量?jī)H剩5m3/h。根據(jù)實(shí)際情況，雙液注漿壓力達(dá)到3.5MPa后，又采用密度為1.4g/cm3的水泥漿進(jìn)行注漿補(bǔ)強(qiáng)，單液注漿壓力最終達(dá)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(jié)論

（1）現(xiàn)有的封堵流速快、流量大的強(qiáng)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(nèi)的留存率較低，材料浪費(fèi)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(jù)管道體積大小而定，骨料添加總體積應(yīng)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(dá)到一定程度后需用稀水泥漿繼續(xù)補(bǔ)強(qiáng)，用單液充填小裂隙，單液終壓根據(jù)情況而定。