動(dòng)水注漿堵漏技術(shù)研究現(xiàn)狀與發(fā)展情況

中圖分類號(hào)：TU753 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2025）13-0177-04

Abstract：Dynamicwatergroutingandpluggingtechnologyiswidelyused inundergroundprojectstosolveleakageproblems， especiallyinundergroundprojectssuchastunelsandmines.Thispaperreviewstheresearchstatusofthistechnologyfocusing ontheprogressingroutingmaterials，groutingprocesesandequipment，theoreticalanalysisandnumericalsimulationandmodel tests，andsummarizesthemainachievementsintheseresearchdirectionsathomeandabroadinrecentyears.Finaly，thefuture research trend and development direction of grouting and plugging technology are prospected.

Keywords： grouting plugging; grouting material; grouting technology; numerical simulation; model test

動(dòng)水注漿堵漏技術(shù)作為一種重要的地下工程防水技術(shù)，廣泛應(yīng)用于地鐵隧道、礦井等地下工程中。動(dòng)水注漿堵漏技術(shù)的核心就是將具有快速凝固性能的漿液材料通過機(jī)械設(shè)備注入至滲漏通道或孔隙中，在動(dòng)水環(huán)境下槳液與滲水作用形成不易被沖刷的固結(jié)體，從而達(dá)到防水堵漏的效果。由于動(dòng)水環(huán)境下水流的沖刷作用，傳統(tǒng)的注槳堵漏技術(shù)難以有效封堵滲漏，且堵漏效果易受水流沖刷影響而失效。因此，動(dòng)水環(huán)境下的注漿堵漏技術(shù)成為當(dāng)前研究的重點(diǎn)。本文綜述了動(dòng)水注漿堵漏技術(shù)的研究現(xiàn)狀，并探討了未來的發(fā)展趨勢(shì)。

1動(dòng)水注漿堵漏研究現(xiàn)狀

1.1動(dòng)水注漿堵漏材料研究現(xiàn)狀

目前，地下工程中的動(dòng)水問題通常采用注漿封堵技術(shù)進(jìn)行處理，常用的注漿材料包括水泥基漿液及其改性材料、水泥-水玻璃及其改性材料以及化學(xué)漿液。由于不同類型的注漿材料在施工方法和工作性能上存在較大差異，且其適用的工程環(huán)境各不相同，因此在選擇注漿材料時(shí)，應(yīng)綜合考慮工程環(huán)境、治理目標(biāo)和施工條件等因素，以確保實(shí)現(xiàn)最佳的封堵效果。表1為目前常見的動(dòng)水注漿材料分類及特點(diǎn)。

1.1.1 水泥基注漿材料

在注漿工程中被廣泛使用。然而，水泥基材料在動(dòng)水

水泥基材料因其低成本、高強(qiáng)度及施工簡(jiǎn)便性，條件下表現(xiàn)出較差的抗沖刷性和較慢的固化速度，難

以保證封堵效果。為解決這一問題，國(guó)內(nèi)外學(xué)者開展了大量研究，嘗試通過加入外加劑、改性劑及納米材料對(duì)傳統(tǒng)水泥基漿液進(jìn)行改性。例如，袁超鵬開發(fā)了一種納米水泥基注漿材料，針對(duì)傳統(tǒng)水泥在高壓動(dòng)水條件下抗沖刷能力不足的問題進(jìn)行改進(jìn)。該材料具備抗沖刷能力強(qiáng)、凝膠時(shí)間可控、強(qiáng)度高等優(yōu)點(diǎn)，已成功應(yīng)用于引黃取水工程，取得了顯著成效。

1.1.2 水泥-水玻璃材料

水泥-水玻璃雙液漿其改性注漿材料具有凝膠時(shí)間短、早期強(qiáng)度高的優(yōu)勢(shì)，且在富水環(huán)境中能夠迅速形成具有一定強(qiáng)度的固結(jié)體，并可以有效抵御水流的沖刷和稀釋，廣泛應(yīng)用于動(dòng)水注槳工程中。國(guó)內(nèi)外許多學(xué)者對(duì)水泥-水玻璃及其改性材料的性能展開了大量研究。李召峰等研究了水溶性植物膠對(duì)水泥-水玻璃漿液性能的影響，結(jié)果顯示，摻入瓜爾豆膠能夠延緩凝結(jié)時(shí)間，而黃原膠及其與瓜爾豆的復(fù)合物則可以縮短凝結(jié)時(shí)間，不同種類的水溶性植物膠能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)凝結(jié)時(shí)間的有效調(diào)控。

1.1.3 化學(xué)注漿材料

化學(xué)注漿材料，如聚氨酯、丙烯酰胺等，因其凝膠時(shí)間可調(diào)、反應(yīng)迅速且抗沖刷性強(qiáng)，逐漸成為動(dòng)水注漿堵漏的重要選擇。聚氨酯材料具有優(yōu)異的膨脹性能和較高的黏結(jié)強(qiáng)度，能夠迅速封堵流動(dòng)中的水流，并形成穩(wěn)定的固結(jié)體。丙烯酰胺漿液則因其低黏度和良好的滲透性，在動(dòng)水環(huán)境下表現(xiàn)出卓越的流動(dòng)性和擴(kuò)散能力4。國(guó)外學(xué)者尤其關(guān)注環(huán)保型化學(xué)注漿材料的開發(fā)，通過低毒性、低揮發(fā)性的化學(xué)材料，提高注漿施工的安全性和環(huán)保性。

1.2動(dòng)水注漿堵漏工藝與設(shè)備的研究

動(dòng)水注漿堵漏工藝與設(shè)備是確保在復(fù)雜的動(dòng)水環(huán)境下有效進(jìn)行堵漏作業(yè)的關(guān)鍵。由于水流的沖刷和壓力作用，動(dòng)水環(huán)境下的注漿堵漏難度遠(yuǎn)高于靜水環(huán)境。這就要求注漿技術(shù)具備在動(dòng)水條件下實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)注漿和控制達(dá)到快速封堵的目的。因此，近年來關(guān)于動(dòng)水注漿堵漏工藝與設(shè)備的研究成為了動(dòng)水注漿堵漏技術(shù)研究的重點(diǎn)。

1.2.1 分段注漿工藝

分段注漿是一種常見的注漿工藝，特別適用于動(dòng)水環(huán)境。其基本原理是將注漿區(qū)域進(jìn)行分段處理，每次只對(duì)局部區(qū)域進(jìn)行注漿，從而控制漿液的流動(dòng)范圍和擴(kuò)散速率。分段注漿工藝的優(yōu)勢(shì)在于： ① 減少漿液在動(dòng)水中的過度擴(kuò)散，提高封堵效果； ② 控制每段的漿液用量，避免材料浪費(fèi)； ③ 有助于在高流速水體中逐步形成固結(jié)體，逐段封堵滲漏通道。

1.2.2 雙液注漿技術(shù)

雙液注漿技術(shù)是在動(dòng)水條件下常用的一種注漿封堵方法。這種技術(shù)就是通過機(jī)械設(shè)備將2種不同的漿液按照預(yù)設(shè)配比同時(shí)注人地層中，利用其化學(xué)反應(yīng)或物理混合形成高強(qiáng)度固結(jié)體，快速封堵滲漏。雙液注漿常采用的注入方式有： ① 交替注入法，在此方法中，2種漿液交替注入，確保其在指定位置混合，從而實(shí)現(xiàn)良好的反應(yīng)效果； ② 連續(xù)注入法，同時(shí)將2種漿液注人注漿孔，依靠其流動(dòng)特性實(shí)現(xiàn)混合。這種方法在施工中可提高效率，但對(duì)設(shè)備和工藝控制要求較高。

1.2.3 定向注漿技術(shù)

定向注漿技術(shù)是在動(dòng)水環(huán)境下通過精確定位注漿孔，直接注人到滲漏點(diǎn)附近，減少槳液的流失。該技術(shù)通常與自動(dòng)化設(shè)備結(jié)合使用，以提高注漿精度和效率。定向注漿技術(shù)具有精準(zhǔn)封堵及減少材料浪費(fèi)2大優(yōu)點(diǎn)。

1.2.4 真空注漿工藝

真空注漿工藝是在注漿前對(duì)注漿區(qū)域進(jìn)行真空處理，排除部分水分或空氣，使得漿液能更好地填充滲漏通道。此工藝尤其適用于低壓動(dòng)水環(huán)境，具有以下優(yōu)勢(shì)：提高漿液的滲透性，使其更容易進(jìn)入細(xì)小裂縫。減少漿液受到的水流干擾，保證注漿質(zhì)量。

1.2.5 動(dòng)水注漿設(shè)備

近年來，智能化技術(shù)逐漸被應(yīng)用于注漿設(shè)計(jì)和施工中。通過大數(shù)據(jù)分析、機(jī)器學(xué)習(xí)等技術(shù)，施工人員能夠?qū)?fù)雜工況下的注漿過程進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控和調(diào)整，根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，自動(dòng)化系統(tǒng)可以智能調(diào)節(jié)注漿速度和漿液用量，減少人為干預(yù)，提高施工精度和效率，并且自動(dòng)化設(shè)備減少了人工操作，降低了施工過程中潛在的安全風(fēng)險(xiǎn)。例如，基于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)注漿系統(tǒng)可以根據(jù)水流速、注漿壓力等參數(shù)，自動(dòng)調(diào)節(jié)漿液流量和成分，從而實(shí)現(xiàn)高效封堵。

1.3動(dòng)水注漿堵漏理論分析與數(shù)值模擬研究現(xiàn)狀

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，國(guó)內(nèi)學(xué)者逐漸采用數(shù)值模擬方法對(duì)動(dòng)水注漿堵漏過程進(jìn)行了深入研究。通過建立注漿擴(kuò)散模型、滲流-注漿耦合模型等，研究者能夠有效預(yù)測(cè)和分析注漿材料的滲透規(guī)律、注漿帷幕的形成機(jī)制以及堵漏效果，從而為實(shí)際工程提供了強(qiáng)有力的理論支持

1.3.1 滲流-注漿耦合模型

動(dòng)水條件下注漿堵漏過程涉及流體力學(xué)、化學(xué)反應(yīng)和力學(xué)特性的多場(chǎng)耦合問題。通過建立滲流-注漿耦合模型，研究者能夠模擬漿液在水流中的擴(kuò)散、反應(yīng)及固化過程，并預(yù)測(cè)漿液的擴(kuò)散范圍和堵漏效果。國(guó)內(nèi)學(xué)者基于遷曲度理論構(gòu)建了動(dòng)水條件下漿液柱形擴(kuò)散模型，揭示了地下水流速、漿液黏度及注漿速率對(duì)漿液擴(kuò)散的影響。研究表明，動(dòng)水條件下漿液的擴(kuò)散范圍受水流速顯著影響，順?biāo)鞣较虻臄U(kuò)散距離大于逆水流方向。

1.3.2 數(shù)值模擬優(yōu)化設(shè)計(jì)

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，數(shù)值模擬技術(shù)為注漿施工設(shè)計(jì)提供了有力支持。通過數(shù)值模擬，研究者能夠?qū)ψ{材料的擴(kuò)散行為進(jìn)行預(yù)測(cè)，并優(yōu)化注漿參數(shù)。劉虎等采用有限元數(shù)值模擬方法，分析了水泥-水玻璃漿液在動(dòng)水條件下的擴(kuò)散規(guī)律，提出了優(yōu)化注漿效果的建議。通過數(shù)值模擬，研究者發(fā)現(xiàn)注漿速率與地下水流速的匹配性對(duì)漿液的擴(kuò)散范圍和固結(jié)效果至關(guān)重要，這為實(shí)際施工提供了理論依據(jù)。

1.4動(dòng)水注漿堵漏模型試驗(yàn)研究現(xiàn)狀

1.4.1 室內(nèi)模型試驗(yàn)

室內(nèi)模型試驗(yàn)是研究動(dòng)水注漿堵漏材料性能及其適用性的有效手段。通過模擬動(dòng)水條件，研究者可以測(cè)試不同注漿材料的凝膠時(shí)間、抗沖刷能力和固結(jié)體強(qiáng)度。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，硅灰和乳粉的組合可以顯著縮短水泥基漿液的凝膠時(shí)間，并提高其抗沖刷能力。此外，通過模擬裂隙中的水流，有學(xué)者發(fā)現(xiàn)漿液的流變性能和擴(kuò)散能力在不同裂隙寬度下表現(xiàn)出顯著差異，進(jìn)一步揭示了漿液與水流的相互作用機(jī)理8。

1.4.2 實(shí)地工程應(yīng)用

為了驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)室研究的有效性，有學(xué)者在實(shí)際工程中進(jìn)行了大量動(dòng)水注漿堵漏的應(yīng)用實(shí)踐。例如，某高速公路隧道施工中，采用改性水玻璃材料進(jìn)行動(dòng)水注漿堵漏，成功封堵了大流量突涌水源，并顯著提升了工程的安全性和穩(wěn)定性。實(shí)地應(yīng)用表明，合適的漿液配比及注漿參數(shù)設(shè)計(jì)是確保動(dòng)水注漿成功的關(guān)鍵

2存在的問題與挑戰(zhàn)

盡管動(dòng)水注漿堵漏技術(shù)取得了顯著進(jìn)展，但仍面臨以下一些問題與挑戰(zhàn)。

2.1注槳材料目前存在的問題及挑戰(zhàn)

1）材料性能的適應(yīng)性：動(dòng)水條件下，漿液需要具備快速固化、高擴(kuò)散性、抗沖刷等特性，但常用的水泥基和化學(xué)注漿材料在復(fù)雜環(huán)境中仍存在局限性。例如，水泥基材料固化速度較慢，可能導(dǎo)致漿液在高流速條件下被沖刷，無法實(shí)現(xiàn)有效封堵。而一些高性能的化學(xué)材料成本較高，可能增加工程成本。

2）長(zhǎng)效封堵與耐久性不足：在動(dòng)水環(huán)境下，漿液不僅需要實(shí)現(xiàn)短期的封堵效果，還需要保持長(zhǎng)期的耐久性。然而，長(zhǎng)期暴露于地下水、化學(xué)侵蝕、溫度變化等因素下，許多傳統(tǒng)材料的封堵效果可能衰減。對(duì)高效且長(zhǎng)效的注漿材料，尤其是新型環(huán)保材料的研發(fā)需求迫切。

3）環(huán)保型材料的開發(fā)與應(yīng)用挑戰(zhàn)：隨著環(huán)保要求的提高，注槳材料需要具備低毒性、低環(huán)境影響的特性。目前常用的聚氨酯、環(huán)氧樹脂等化學(xué)材料可能對(duì)環(huán)境產(chǎn)生不利影響，如何開發(fā)高效、環(huán)保且可持續(xù)的注漿材料是一個(gè)重要挑戰(zhàn)

2.2動(dòng)水注漿堵漏工藝與設(shè)備目前存在的問題及挑戰(zhàn)

盡管動(dòng)水注漿工藝和設(shè)備的研究已經(jīng)取得了顯著進(jìn)展，但在高流速、高壓水體中的堵漏仍存在一些技術(shù)挑戰(zhàn)。

1）漿液擴(kuò)散控制難度大。在高流速動(dòng)水環(huán)境下，漿液容易被水流帶走，難以精準(zhǔn)封堵滲漏點(diǎn)。

2）設(shè)備適應(yīng)性不足?，F(xiàn)有的一些設(shè)備在極端動(dòng)水條件下的適應(yīng)性仍需進(jìn)一步提高，特別是在水壓變化劇烈或空間受限的情況下。

未來，動(dòng)水注漿堵漏技術(shù)在設(shè)備與工藝方面的研究將朝著以下幾個(gè)方向發(fā)展。

1）設(shè)備智能化升級(jí)。隨著人工智能和傳感器技術(shù)的發(fā)展，未來的注漿設(shè)備將更加智能化，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)控和自適應(yīng)注漿，進(jìn)一步提高堵漏精度和效率。

2）綠色環(huán)保設(shè)備。未來的注漿設(shè)備將更加注重環(huán)保性能，減少對(duì)環(huán)境的污染，特別是在地下水資源保護(hù)方面，開發(fā)無污染或可降解的設(shè)備和注漿材料將成為重點(diǎn)。

3）便攜式設(shè)備發(fā)展。針對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)條件的多樣化，開發(fā)便攜式、高效的注漿設(shè)備以適應(yīng)狹小空間的注漿需求。

2.3動(dòng)水注漿堵漏理論分析與數(shù)值模擬存在的問題與挑戰(zhàn)

多物理場(chǎng)耦合的復(fù)雜性：動(dòng)水注漿堵漏過程涉及流體力學(xué)、固化反應(yīng)、裂隙滲透和力學(xué)應(yīng)力等多物理場(chǎng)的相互作用，單一場(chǎng)的模擬已不能滿足工程需求。目前的數(shù)值模擬多采用簡(jiǎn)化模型，無法完全描述這些復(fù)雜的多場(chǎng)耦合效應(yīng)，導(dǎo)致模擬結(jié)果與實(shí)際情況存在偏差。

數(shù)值模型的精度與計(jì)算成本問題：建立高精度的數(shù)值模型需要考慮漿液與地質(zhì)介質(zhì)的相互作用、裂隙網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜性等因素，然而隨著模型的精細(xì)化，計(jì)算成本顯著增加。如何在保證精度的同時(shí)降低計(jì)算成本，是當(dāng)前數(shù)值模擬面臨的重大挑戰(zhàn)。

2.4動(dòng)水注漿堵漏模型試驗(yàn)存在的問題與挑戰(zhàn)

試驗(yàn)條件與實(shí)際工況差距大：室內(nèi)模型試驗(yàn)中，實(shí)驗(yàn)條件相對(duì)理想化，裂隙形態(tài)、地下水流速和流向、壓力等參數(shù)的設(shè)置通常較為簡(jiǎn)化，難以完全模擬復(fù)雜的實(shí)際工況。這導(dǎo)致試驗(yàn)結(jié)果的可推廣性受限，無法充分反映實(shí)際工程中的多變環(huán)境。

試驗(yàn)規(guī)模有限：室內(nèi)模型試驗(yàn)通常規(guī)模較小，無法完全模擬大規(guī)模地下工程中復(fù)雜的注漿封堵過程。在大尺度條件下，漿液擴(kuò)散、固化的表現(xiàn)與小規(guī)模試驗(yàn)可能存在顯著差異。因此，如何在實(shí)驗(yàn)室條件下更接近真實(shí)工程環(huán)境是亟待解決的問題。

長(zhǎng)效性能試驗(yàn)不足：現(xiàn)有的室內(nèi)模型試驗(yàn)多集中于短期效果評(píng)價(jià)，缺乏對(duì)注漿材料和工藝在長(zhǎng)期使用中的耐久性、抗老化性、化學(xué)侵蝕和機(jī)械磨損等多方面因素的研究。工程中漿液的長(zhǎng)期封堵效果能否維持仍是重要的研究空白。

總的來說，動(dòng)水注漿堵漏技術(shù)在材料、工藝與設(shè)備、理論與數(shù)值模擬以及模型試驗(yàn)等方面仍面臨諸多問題與挑戰(zhàn)。材料性能和環(huán)保性亟待提升，工藝更加適配工程條件及設(shè)備的自動(dòng)化智能化需求，數(shù)值模擬的復(fù)雜性和精度需進(jìn)一步提高，而室內(nèi)模型試驗(yàn)需要更接近實(shí)際工況，并加強(qiáng)對(duì)長(zhǎng)效封堵效果的研究。這些問題的解決將有助于動(dòng)水注漿技術(shù)在地下工程中更加廣泛和有效地應(yīng)用。

3 結(jié)論與展望

動(dòng)水注漿堵漏技術(shù)的研究已在材料開發(fā)、理論分析和模型試驗(yàn)等方面取得了顯著進(jìn)展。水泥基材料因其高強(qiáng)度、低成本的優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用，但在動(dòng)水條件下需通過改性提高其抗沖刷性能?；瘜W(xué)注漿材料則以其快速凝固、可調(diào)節(jié)凝膠時(shí)間等優(yōu)點(diǎn)在動(dòng)水封堵中表現(xiàn)優(yōu)異。新工藝和新設(shè)備的不斷發(fā)展為動(dòng)水注漿堵漏帶來了新解決思路。此外，數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)研究對(duì)注漿擴(kuò)散機(jī)制及封堵效果的深入分析，為復(fù)雜工況下的工程應(yīng)用提供了重要支持。未來的研究應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注材料的環(huán)保性、長(zhǎng)效封堵性能以及智能化模擬技術(shù)，以進(jìn)一步提升動(dòng)水注漿堵漏的效果和應(yīng)用廣度。

參考文獻(xiàn)：

[1]袁超鵬.納米復(fù)合水泥基動(dòng)水注漿材料研究與應(yīng)用[D].成都：成都理工大學(xué)，2017.

[2]吳國(guó)棟.酸性水玻璃化學(xué)注漿材料的實(shí)驗(yàn)研究及注漿工藝設(shè)計(jì)[D].長(zhǎng)沙：中南大學(xué)，2008.

[3]李召峰，高益凡，張健，等.水溶性植物膠改性水泥-水玻璃封堵材料試驗(yàn)研究[J].巖土工程學(xué)報(bào)，2020，42（7）：1312-1321.

[4]郝哲，母久深，劉斌.三乙醇胺為還原劑的丙烯酰胺材料在壁后注漿的應(yīng)用[J].中國(guó)礦業(yè)，1997（3）：45-49.

[5]劉軍，申精，張宇，等.動(dòng)水條件下卵石地層帷幕注漿漿液擴(kuò)散機(jī)理[J/OL].地下空間與工程學(xué)報(bào)，1-10[2025-02-11].http：//kns.cnki.net/kcms/detail/50.1169.TU.20240506.1336.006.html.

[6]劉虎，婁培杰.基于漿液黏度時(shí)變性的水泥-水玻璃漿液動(dòng)水注漿模擬研究[J].河南科技，2023，42（22）：74-78.

[7]李小飛，孫江濤，陳衛(wèi)忠，等.纖維硅灰水泥石強(qiáng)度與漿液抗沖刷特性[J].巖土力學(xué)，2018，39（9）：3157-3163，3173.

[8]綦建峰.巖體裂隙潰水潰砂注漿治理模擬試驗(yàn)[D].徐州：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)，2015.

[9]潘東東.復(fù)雜巖溶裂隙-管道介質(zhì)注漿擴(kuò)散模擬分析方法及應(yīng)用[D].濟(jì)南：山東大學(xué)，2020.