滲漿堵漏技術(shù)在赤水河穿越工程中的應(yīng)用

羅 芳 方松峰 程朝陽 趙霄龍秦夢喆

（1.鄭州財經(jīng)學(xué)院，河南 鄭州450049；2.濮陽正通管道有限公司，河南 鄭州 457001）

0 引言

長輸管道工程常常會遇到田地、道路、山地、河流等各種復(fù)雜施工環(huán)境，實施管道穿越面臨技術(shù)難度，同時也容易造成對環(huán)境的破壞，因此要保證管道穿越的順利進行，必須針對不同的施工環(huán)境和隱患，采取科學(xué)的技術(shù)措施，加強應(yīng)急處理。比如巖溶地質(zhì)，又稱為喀斯特，是指地下水對以碳酸鹽為主的可溶性巖石分布區(qū)進行溶蝕的各種綜合現(xiàn)象。在巖溶地區(qū)進行管道穿越時，由于地下巖溶水的活動，一旦揭露高壓巖溶水時，就會造成巖溶涌突水，給施工帶來嚴重困難和安全問題，同時造成環(huán)境影響。本文介紹巖溶地質(zhì)條件下，滲漿堵漏技術(shù)在赤水河穿越工程中的應(yīng)用，為巖溶地區(qū)穿越工程滲漿治理提供技術(shù)參考。

1 工程概況

1.1 項目概況

本項目為四川瀘州古藺縣城鄉(xiāng)管網(wǎng)天然氣管道工程，處于四川盆地與云貴高原過渡帶，地層古老，構(gòu)造復(fù)雜。其中赤水河穿越是本項目關(guān)鍵性節(jié)點工程，設(shè)計穿越管道規(guī)格為DN400mm×8.5mm燃氣管，主管道設(shè)計壓力1.6MPa，輸送介質(zhì)為天然氣。該穿越設(shè)計水平距離800m，其中入土端至河邊穿越長度445m，出土端至河邊穿越長度295m，河道穿越長度60m，設(shè)計曲線段曲率半徑600m，穿越管道水平段主要在赤水河河床以下20.0～25.0m深處。

1.2 工程地質(zhì)

擬建場區(qū)內(nèi)無大斷層經(jīng)過，地層分布連續(xù)，為三迭系下統(tǒng)夜郎組（T1y）薄-中厚層狀灰?guī)r，巖層呈單斜狀產(chǎn)出，巖層產(chǎn)狀為傾向270°，傾角15°。

（1）裂隙發(fā)育情況。場地基巖陡傾節(jié)理較發(fā)育，巖體主要發(fā)育兩組節(jié)理裂隙：L1產(chǎn)狀：16～39°∠77～83°，節(jié)理面線密度2～4條/m，節(jié)理張開度＜0.5cm,，延伸長度1～2.5m不等，無膠結(jié)或泥質(zhì)膠結(jié)，結(jié)合較差～一般；L2產(chǎn)狀：242～295°∠81～83°，節(jié)理面線密度1～3條/m，節(jié)理張開度＜0.2cm，多呈閉合狀，延伸長度0.2～0.5m不等，無膠結(jié)或泥質(zhì)膠結(jié)，結(jié)合較差～一般。

（2）溶洞探測情況。采用鉆探法結(jié)合前期地質(zhì)資料進行初探。鉆孔施工27個，其中含溶洞（泥隙）鉆孔0個，見洞率0，但擬建場地基巖面起伏較大，大于5m，且通過水文地質(zhì)試驗等探查結(jié)果及根據(jù)臨近場地工程開挖揭露情況，后采用物探方法進行勘探，并結(jié)合相鄰已有建筑勘察經(jīng)驗判斷，探明工程縱向穿越區(qū)范圍內(nèi)存在隱伏的溶洞，擬建場地為巖溶強發(fā)育區(qū)。

1.3 項目用途

該工程向古藺縣縣城行政區(qū)域外25個鄉(xiāng)鎮(zhèn)的居民、公共事業(yè)、商業(yè)、工業(yè)、CNG汽車用氣等用戶輸送管道天然氣，對沿線區(qū)域的天然氣供應(yīng)起著至關(guān)重要的保證作用。

1.4 工程問題

赤水河本身具有很高的社會價值、經(jīng)濟價值及環(huán)保價值。赤水河是國內(nèi)唯一一條沒有被開發(fā)過的長江支流。河水清澈透底，兩岸陡峭、多險灘急流。同時，赤水河是沿河眾多酒廠的取水河流，是區(qū)域經(jīng)濟的命脈。因此，赤水河范圍的穿越工程泥漿處理應(yīng)該慎之又慎。盡管鉆探地勘資料顯示擬建場地內(nèi)無溶洞發(fā)育，但由于貴州省喀斯特地貌的特殊性，且經(jīng)物探探測穿越段仍有溶洞和裂隙發(fā)育，在導(dǎo)向孔鉆進、回擴孔和管道回拖過程中，河道兩岸及河床均存在泥漿滲漏風(fēng)險。因此，施工過程中的泥漿堵漏尤為重要。

2 處理技術(shù)方案

2.1 方案選取原則

由于管道工程建設(shè)工期緊，施工難度大，堵漏處理主要是河道河床的泥漿滲漏以及由于貴州省喀斯特地貌可能存在的溶洞地下河等特殊地質(zhì)。根據(jù)工程地質(zhì)情況，判斷溶洞、裂隙的發(fā)育位置及特征，掌控穿越軌跡與漏隙的相對位置是預(yù)防冒漿的關(guān)鍵。同時應(yīng)控制好孔內(nèi)泥漿的壓力大小、泥漿的濾失量、固相含量等參數(shù)。根據(jù)現(xiàn)場具體情況采取相應(yīng)專業(yè)堵漏方案。對于赤水河特殊地質(zhì)，選取方案要注重環(huán)保，不破壞水質(zhì)及沿岸生態(tài)。

2.2 常用堵漏技術(shù)

2.2.1 帷幕灌漿堵漏

帷幕灌漿堵漏是用于提高抗?jié)B能力的常用的一種施工方法，一般采用純水泥漿，巖溶特殊部位采用水泥、水玻璃雙液注漿，各孔中注漿體形成阻水幕。注漿通過2TG2-60/210型雙液注漿專用泵，注漿前先采用高壓水對注漿孔進行排沖，至管道暢通后，及時進行注漿作業(yè)。

2.2.2 化學(xué)注漿堵漏

化學(xué)注漿堵漏技術(shù)是一種利用新型堵漏材料的施工工藝，廣泛應(yīng)用于各種建筑物的防水堵漏、隧道防止滴水、裂縫補強等。化學(xué)注漿堵漏技術(shù)的主要原理是利用注漿針頭將漿液由高壓灌注機高壓壓入到孔隙中，經(jīng)過高壓壓入的灌注液以灌漿注入孔為中心向孔隙的周邊進行擴展直至空隙都被高壓壓入的灌注漿所充滿，用以實現(xiàn)對冒漿孔隙的封堵。

2.2.3 專業(yè)鉆井堵漏劑堵漏

堵漏劑封堵是使用石油鉆井專業(yè)堵漏劑對滲漏進行封堵，該方法通過對防漏材料選擇及試驗配比進行混合液配制，可靜置堵漏也可隨鉆防漏堵漏，適用于各種復(fù)雜地層。

3 方案設(shè)計

3.1 工況分析

針對本項目所處的特殊地質(zhì)，解決滲漏冒漿問題，應(yīng)結(jié)合具體情況確定施工方案。

（1）根據(jù)物探探測顯示赤水河穿越項目的場地基巖存在兩組不同類型的節(jié)理裂隙，兩組裂隙張開度不同，性狀特征有顯著差異，且?guī)r面起伏最大處超過5m,變化較大，在鉆孔過程中如采用上述傳統(tǒng)單一的堵漏方法，顯然不能適應(yīng)其地貌特點，容易造成封堵成本增加且堵漏不徹底，效果不明顯。因此，對不同類型的裂隙特點應(yīng)制定相應(yīng)的有效方案。

（2）為預(yù)防冒漿，應(yīng)進一步在前期物探勘測的基礎(chǔ)上精確探測可能隱匿的溶洞及裂隙情況，設(shè)計穿越軌跡，在導(dǎo)向及擴孔過程中，控制不同地段的泥漿孔內(nèi)壓力、配比及排量等，避免遇溶洞時鉆孔內(nèi)泥漿量流失減少。因此，針對不同的裂隙地段的堵漏方案的不同，泥漿的配比、濾失量、固相含量等參數(shù)的控制要求應(yīng)更嚴格。

（3）堵漏施工后，注意觀測泥漿返出量，確定堵漏效果。再遇溶洞或裂隙地段時，擴孔應(yīng)反復(fù)進行短距離洗孔、整體洗孔，注意記錄數(shù)據(jù)，結(jié)合地質(zhì)情況對各段扭矩和拉力數(shù)據(jù)進行比較，適時調(diào)整方案，積極采取應(yīng)對措施，預(yù)防因溶洞或裂隙，造成泥漿流失導(dǎo)致鉆屑沉積引起抱死現(xiàn)象。

3.2 制定方案

根據(jù)《水平定向鉆進技術(shù)規(guī)程》11.5.1對裂隙大小的分類方法，并經(jīng)過廣東省非開挖技術(shù)協(xié)會和中國非開挖協(xié)會專家組對現(xiàn)場條件的分析研究，將現(xiàn)場可能存在的裂隙分為四類，即：微漏隙（≤1mm）、小漏隙（1～3mm）、中漏隙（3～10mm）、大漏隙（≥10mm）[1]。針對各種類型的漏隙，采取相應(yīng)的專業(yè)堵漏方案進行堵漏。

3.2.1 鉆孔堵漏方案

（1）針對微漏隙及小漏隙，采用專業(yè)鉆井堵漏劑進行堵漏。堵漏劑封堵是使用石油鉆井專業(yè)堵漏劑對滲漏進行封堵，石油鉆井堵漏劑是一種小粒徑物料和膠合體組成的混合料，比重小于泥漿，具有懸浮特性，依靠小顆粒粒料通過滲漏點沉積的方法進行堵漏，按一定比例配置泥漿，泥漿混合液體注入導(dǎo)向孔，在裂隙點的堆積對裂隙起到封堵效果，已使用多次，成功率很高，同時摸索出一套改良實施方案，將專業(yè)堵漏劑進行改進配置，效果很好。

但是這種封堵方法也有一定的局限性，即對小漏隙效果很好，對大漏隙效果不明顯，但仍是定向鉆施工首選封堵方法。使用這種方法需要把握時機，必須及時發(fā)現(xiàn)滲漿，及時封堵，做到隨漏隨堵，防止冒漿縫隙加大。

（2）一般小裂隙的堵漏使用隨鉆堵漏劑進行堵漏。堵漏劑占鉆進液體積的1%～4%，視漏失情況調(diào)整；需要準備的堵漏材料有顆粒狀堵漏劑、纖維狀堵漏劑和片狀堵漏劑，或者直接使用堵漏王之類的綜合堵漏劑。但考慮成本問題，建議對三種堵漏劑進行配比使用。如顆粒狀堵漏劑采用橡膠粒，纖維狀堵漏劑選用鋸末，片狀堵漏劑選用谷殼或者麥麩，顆粒狀、纖維狀、片狀材料的配方為5∶2∶1。

（3）針對中漏隙，采取大顆粒懸浮物進行堵漏。采用大顆粒懸浮物做成球狀包裹，通過鉆頭推入導(dǎo)向孔送至冒漿點，使用鉆頭將封堵物料磨碎產(chǎn)生大顆粒懸浮物，大顆粒懸浮物在漏漿點堆積實現(xiàn)封堵目的。

3.2.2 注漿堵漏方案

注漿技術(shù)就是利用送壓設(shè)備將能夠固化的漿液材料注入地層中的間隙或巖層裂縫內(nèi)，使其擴張、膠結(jié)、固化，達到封堵漏漿的效果。對于巖溶地區(qū)，溶洞、裂縫發(fā)育錯綜復(fù)雜，會出現(xiàn)較大的溶洞和裂縫，采用鉆井堵漏不再經(jīng)濟且起不到封堵的效果，這時就要采用注漿堵漏對溶洞和大裂縫進行封堵[2]。

巖溶地區(qū)常用注漿材料，粒裝材料有水泥類和水泥黏土類。水泥為普通硅酸鹽水泥，標號為32.5級～52.5級，常用水灰比為0.7∶1，1∶1。化學(xué)材料有水泥水玻璃類，水玻璃模數(shù)為2.4～3.0，濃度為30～40Be。水玻璃:水泥漿為1∶1～1∶2，或水玻璃作為初凝劑，用量占水泥漿的2%～3%。對于大的裂隙、溶洞，必須采用水泥漿灌注方能達到堵漏效果，不過，為盡量縮短灌漿對工期的影響，應(yīng)選用速凝水泥。對于注漿材料應(yīng)符合以下要求：

（1）漿液固化收縮性小，結(jié)石率高，結(jié)石體具有一定的抗壓、抗拉強度、防滲性能好、耐久性好；

（2）漿液的凝膠時間可以在幾分鐘到幾小時內(nèi)任意調(diào)整，并能準確控制；

（3）漿液來源豐富，價格便宜，配方方便，操作簡單；

（4）漿液對管道無腐蝕，無毒無害，不污染環(huán)境。

3.3 應(yīng)急預(yù)案

施工過程中應(yīng)考慮出現(xiàn)滲漿點的應(yīng)急處理預(yù)案：如河道兩岸漏漿應(yīng)預(yù)先在漏漿點或漏漿點附近開挖砌筑蓄漿池，將漏點泥漿引入蓄漿池后用泥漿泵將泥漿抽至入土端，同步采取堵漏措施；如遇河床漏漿，立即停止施工降低孔內(nèi)泥漿壓力并通知項目部，同時上報業(yè)主，同步根據(jù)堵漏方案進行堵漏或根據(jù)現(xiàn)場條件考慮加深鉆進深度。

4 工程施工

4.1 施工流程

為確保堵漏方案的順利實施，應(yīng)進一步采用物探（CT透視技術(shù)）、水文地質(zhì)試驗等精確探測確定溶洞位置、大小、數(shù)量，以充分掌握溶洞和裂隙的發(fā)育情況。根據(jù)探測結(jié)果，對不同溶洞裂隙進行針對性設(shè)計堵漏方案，并按方案進行施工。

具體流程為：檢查定位→定位鉆孔→注漿→檢查→封孔及管泵清洗。注漿孔孔深1m以上，孔徑38mm。注漿孔鉆好以后，對灌漿孔段的裂隙采用大流量高壓水沖洗，沖洗壓力為灌漿壓力的80%，直至回水澄清為止。孔口管插入后四周用棉紗塞緊，充填密實，然后用木楔強行楔入，用這種方法，孔口管一般可以封住。為防止孔口管脫出，用鋼管或木棍頂住孔口管或注漿三通。一個鉆孔準備就緒后開始注漿，當(dāng)漿液從混凝土縫或附近漏漿點跑出時，用事先準備好的棉、木楔堵漏，或加大水玻璃、氯化鈣比例；漏漿嚴重時，采用雙液同時注漿，主要漏漿點堵住后，更多地采用雙液交替注漿[3]。一個注漿孔施工完后，拔出孔口管，注漿孔迅速用快干水泥封住。

4.2 實施效果

注漿施工中，主注漿孔漿液擴散較遠，一般達到10～30m，并且對于漏漿嚴重的輔助注漿孔注漿時，漿液擴散較近，一般3m以內(nèi)，而且極少漏漿。注漿完成后，漏漿裂隙均被注漿液填充封堵，且對注漿區(qū)布置檢查孔進行取芯直觀檢查及壓水試驗檢查。檢查孔壓水結(jié)束后，選取部分孔進行耐久性壓水試驗。從耐壓情況看，在試驗過程中比較穩(wěn)定，沒有出現(xiàn)大的異常，說明注漿區(qū)在高壓力水頭長期作用下是穩(wěn)定的，注漿堵漏效果良好。

5 環(huán)境保護及文明施工

隨著社會發(fā)展水平和文明程度的提高，對于環(huán)境保護的重視程度越來越高，施工過程中的環(huán)境保護尤為重要。赤水河又是唯一一條未被開發(fā)的長江支流，對兩岸經(jīng)濟發(fā)展有重要作用，因此在施工過程中，要做到以下要求：

（1）施工場地內(nèi)布置環(huán)境監(jiān)測器，監(jiān)測空氣污染和噪音同時進行，并隨時提醒；

（2）控制揚塵，堆料做到全覆蓋；

（3）做好廢棄泥漿處理及注漿廢料處理工作；

（4）不破壞赤水河水質(zhì)，做到工程廢水處理后排放，定期對水質(zhì)進行檢測；

（5）注漿材料環(huán)保無毒，不污染環(huán)境，不污染水質(zhì)；

（6）安全第一，文明施工。

6 結(jié)束語

巖溶裂隙發(fā)育地區(qū)，地層破碎且地質(zhì)情況復(fù)雜。巖溶地區(qū)施工，溶洞及漏漿處理是一項復(fù)雜而又繁瑣的工作，要做好這項工作，必須親臨現(xiàn)場詳細觀察滲漏部位的實際情況，找到滲漏的孔洞或裂隙進行針對性分析，根據(jù)裂縫的不同，采取相對應(yīng)的封堵方法，選取對應(yīng)的封堵材料，在處理上一定要因地適宜，切不可采用經(jīng)驗主義或抱著“試試看”的態(tài)度去堵漏。例如：小漏不處理則容易造成大漏；溶洞堵漏不判斷形狀貿(mào)然注漿，會造成漿液的浪費。除此之外，豐富的堵漏經(jīng)驗、完善的應(yīng)對措施、人員的高度責(zé)任心及充足的物資材料準備，也是在喀斯特地質(zhì)條件下成功施工的制勝法寶。