文/江永華 浙江省送變電工程公司 浙江杭州 310000

巖溶地區(qū)注漿擴(kuò)散半徑理論計(jì)算研究

文/江永華 浙江省送變電工程公司 浙江杭州 310000

本文基于波依塞維爾斯平面流體理論，并結(jié)合原杭州220kV變電站站址地質(zhì)概況及采用的注漿方法，得出該工程巖溶注漿擴(kuò)散半徑的計(jì)算公式，分析表明：通過計(jì)算公式得出的擴(kuò)散半徑值與試注漿后現(xiàn)場(chǎng)取樣結(jié)果較相近，說明該計(jì)算公式合理且適用于該工程場(chǎng)地注漿擴(kuò)散半徑的計(jì)算；注漿擴(kuò)散半徑R的平方與注漿壓力成正比，與水泥漿液粘度成反比；當(dāng)水灰比不變時(shí)，R值的增大速率隨注漿壓力的增大而減少；當(dāng)注漿壓力不變時(shí)， R值的減小速率隨水泥漿液粘度的增大而減?。唤Y(jié)合地質(zhì)巖溶發(fā)育情況，可以從中尋找最適合該工程或類似地層條件的注漿壓力及水泥漿液水灰比，使其注漿效果更經(jīng)濟(jì)、合理、準(zhǔn)確。

巖溶；注漿擴(kuò)散半徑；注漿壓力

本文基于波依塞維爾斯平面流體理論[1-2]，推導(dǎo)出在溶巖地區(qū)注漿擴(kuò)散半徑的計(jì)算公式，結(jié)合本工程的地質(zhì)概況和試注漿情況，得出該工程場(chǎng)地注漿擴(kuò)散半徑的計(jì)算公式，并通過與試注漿擴(kuò)散半徑對(duì)比和分析該地區(qū)巖溶注漿擴(kuò)散半徑與注漿壓力和水泥漿的水灰比（漿液粘度）的關(guān)系，認(rèn)證了該計(jì)算公式適合本工程場(chǎng)地注漿擴(kuò)散半徑的計(jì)算，為此類地層條件下注漿施工的經(jīng)濟(jì)性和準(zhǔn)確性提供了決策依據(jù)。

1、巖溶注漿擴(kuò)散半徑計(jì)算公式推導(dǎo)

由能量守衡定律可知，當(dāng)注漿壓力P保持不變時(shí)，注漿段斷面漿液的平均流速和徑向流距成反比，隨著流距的增大，漿液的流速就越小，壓力坡度也隨之減小 [5]。

根據(jù)波依塞維爾斯的平面流體理論，注漿液在裂隙中的流速為

由流速為流量與過流斷面積商可知

因此

式中，R為注漿擴(kuò)散半徑（m）， 為注漿孔半徑 ，b為裂隙寬度（m），P為注漿壓力（MPa），為漿液粘度（Pa.s），T為注漿時(shí)間（s）， 為巖體裂隙率， 為注漿段的有效長(zhǎng)度（m）。

2、工程計(jì)算實(shí)例概況

2.1 水文地質(zhì)條件

站址范圍內(nèi)地下水類型主要以第四系空隙潛水為主，水位埋深0.5～1.5m。站址淺部地基土以上更新統(tǒng)沖洪積成因的粉質(zhì)粘土、角礫（碎石）為主，下伏基巖為寒武系泥灰?guī)r和石英巖。

2.2 溶洞發(fā)育情況

根據(jù)地質(zhì)報(bào)告，本工程站址位于灰?guī)r區(qū)，潛在的不良地質(zhì)作用為巖溶塌陷。結(jié)合勘探點(diǎn)平面布置圖綜合分析，場(chǎng)地巖溶發(fā)育地段主要集中在場(chǎng)地中部，南北兩端發(fā)育較少，深度一般不大。本次鉆孔揭露全填充溶洞頂板基巖厚度0.4～2.1m，當(dāng)填充物承載力無法承受上覆壓力，頂板巖石塌落入溶洞，將擠溢洞中充填物到塌落空隙。

3、計(jì)算實(shí)例分析

3.1 計(jì)算過程

由于本工程注漿孔半徑較小，可令 ，其中 很小，可忽略不計(jì)代入上式可得

根據(jù)本站的地質(zhì)勘察報(bào)告可知，巖體的裂隙率為25%～35%，取平均裂隙率28%；巖體中節(jié)理裂隙寬度為3～20mm，其中3～10mm的裂隙占大多數(shù)，取平均裂隙寬度6mm。

3.2 計(jì)算及結(jié)果分析

為分析巖溶注漿的擴(kuò)散半徑與注漿壓力和水灰比（漿液粘度）的關(guān)系，本文分別取水灰比為0.5、0.6、0.75、1.0、1.2和注漿壓力為0.8MPa、1.2 MPa、1.5 MPa、1.8 MPa、2.0 MPa代入式（12）進(jìn)行分析，其中取注漿時(shí)間為30min，漿液粘度為40s時(shí)的粘度。結(jié)果如下圖1、圖2。

圖1 擴(kuò)散半徑與注漿壓力曲線圖

圖1中為當(dāng)水灰比為0.5、0.6、0.75、1.0、1.2時(shí)擴(kuò)散半徑R與注漿壓力P的關(guān)系曲線圖，由圖中可看出，當(dāng)水灰比一定時(shí)，注漿擴(kuò)散半徑R的平方與注漿壓力成正比，擴(kuò)散半徑隨著注漿壓力的增大而增大，但其增大速率隨注漿壓力的增大而減少。

圖2 擴(kuò)散半徑與漿液粘度曲線圖

圖2中為當(dāng)注漿壓力P為0.8MPa、1.2 MPa、1.5 MPa、1.8 MPa、2.0 MPa時(shí)擴(kuò)散半徑R與水泥漿液粘度的關(guān)系曲線圖，由圖中可看出，一方面，當(dāng)注漿壓力P一定時(shí)，注漿擴(kuò)散半徑R的平方與水泥漿液粘度成反比，擴(kuò)散半徑隨著水泥漿液粘度的增大而減小，但其減小速率隨水泥漿液粘度的增大而減小。

本站試注漿材料采用32.5級(jí)普通硅酸鹽水泥，水灰比為0.6，當(dāng)注漿壓力達(dá)到2.0MPa后上拔注漿管0.5m并繼續(xù)注漿，結(jié)束后鉆孔取樣進(jìn)行土工試驗(yàn)。鉆孔取樣發(fā)現(xiàn)離試注漿孔3m處有水泥痕跡，而在4m處無水泥痕跡，由此可知本站注漿擴(kuò)散半徑為3m～4m；按本文推導(dǎo)公式計(jì)算為R=2.998m（注漿壓力為2.0MPa，漿液水灰比為0.6），與實(shí)際較相似，因此本文推導(dǎo)公式可以用來計(jì)算本站址巖溶注漿擴(kuò)散半徑。

結(jié)論：

1）本文推導(dǎo)出的計(jì)算公式充分考慮了注漿壓力、水泥漿液粘度、巖溶地質(zhì)情況、注漿時(shí)間等因素，通過計(jì)算公式得出的擴(kuò)散半徑值與試注漿后現(xiàn)場(chǎng)取樣結(jié)果較相近，說明該計(jì)算公式合理且適用于該工程場(chǎng)地注漿擴(kuò)散半徑的計(jì)算。

2）結(jié)合本工程地質(zhì)概況，本文分別考慮了不同注漿壓力及水灰比對(duì)注漿擴(kuò)散半徑的影響，分析可知注漿擴(kuò)散半徑R的平方與注漿壓力成正比，與水泥漿液粘度成反比；當(dāng)水灰比不變時(shí)，R值的增大速率隨注漿壓力的增大而減少；當(dāng)注漿壓力不變時(shí)， R值的減小速率隨水泥漿液粘度的增大而減小。

3）通過分析該注漿擴(kuò)散半徑計(jì)算公式，可以從中尋找最適合該工程或類似地層條件下的注漿壓力及水泥漿液水灰比，使其注漿結(jié)果更經(jīng)濟(jì)、合理、準(zhǔn)確。

[1]巖土注漿理論與工程實(shí)例協(xié)作組巖土注漿理論與工程實(shí)例[M].北京科學(xué)出版社,2001.

[2]阮文軍.注漿擴(kuò)散與漿液若干基本性能研究[J].巖土工程學(xué)報(bào),2005,27(1):69～73.