左連濱

（北京中交華聯(lián)科技發(fā)展有限公司，北京 100101）

0 引 言

在巖土地下工程中，常遭遇富水裂隙或破碎巖溶等不良地質(zhì)條件，極易誘發(fā)塌方、涌水等安全事故。注漿是上述災(zāi)害治理工程中應(yīng)用較為廣泛的加固措施。目前常見的水泥單液漿（Blank）、水泥-水玻璃（C-S）等傳統(tǒng)注漿材料普遍存在流動性和初凝時間不可控、可泵期不易調(diào)節(jié)等性能缺陷［1］，導(dǎo)致漿材流失或注漿管堵塞、冒漿等一系列工程問題。目前國內(nèi)在動水注漿材料研制方面已有較多研究成果：李召峰［2］、袁敬強(qiáng)等［3］研制了新型注漿材料，并對其凝膠性能和抗分散性質(zhì)開展了不同程度的研究；李利平等［4］研制了一種高分子化學(xué)注漿材料，并對硬化結(jié)石體強(qiáng)度等方面的性能進(jìn)行了系統(tǒng)分析。但上述研究均未嘗試對注漿材料可泵期進(jìn)行定量控制。

劉人太等［5］對比分析了漿液在靜水與動水條件下的留存率變化；劉健等［6］通過模型試驗和數(shù)值模擬研究了水泥漿液在靜水和動水條件下平面裂隙中的擴(kuò)散規(guī)律；湛鎧瑜等［7］推導(dǎo)了動水條件下的裂隙注漿擴(kuò)散方程；楊志全等［8］探討了冪律型漿液滲透注漿擴(kuò)散機(jī)制。目前針對巖溶裂隙動水注漿漿液擴(kuò)散特征的研究多采用模型試驗或數(shù)值分析，缺乏實際工程的應(yīng)用與驗證。

速凝劑、減水劑和保水劑均為各類水泥基材料制備中常用的功能型外加劑，雖然其摻量只占整個體系的較小比例，但速凝劑的促凝效應(yīng)［9］、減水劑的分散效應(yīng)［10］以及保水劑的儲水作用［11］均會對新拌水泥漿體流動度、析水率等流變特性產(chǎn)生重要影響?；诖?，本文以偏鋁酸鈉速凝劑（SA）、聚羧酸減水劑（Sp）及高吸水性樹脂（SAP）為外摻組分，研制一種改性高聚物水泥基（MPC）注漿材料，并通過大樣本、長周期室內(nèi)調(diào)配試驗，探究其黏度時變特性并嘗試加以控制；基于試驗結(jié)果推導(dǎo)并擬合其流變方程，用于動水條件下裂隙注漿擴(kuò)散特征數(shù)值分析；結(jié)合高速公路工程實例，開展帷幕注漿現(xiàn)場試驗，并運(yùn)用鉆探與物探相結(jié)合的檢測手段對應(yīng)用MPC漿液的注漿治理效果加以驗證，旨在為富水裂隙等復(fù)雜巖溶發(fā)育地層注漿加固設(shè)計及注漿材料的性能優(yōu)化提供借鑒。

1 MPC漿液流變特性研究

1.1 試驗材料

（1）水泥。采用的水泥（C）來自中國建筑材料研究院研制的普通硅酸鹽水泥（細(xì)度為0.5%，比表面積為341m2·kg-1），其化學(xué)組分如表1所示。

（2）水玻璃。試驗選用的水玻璃（S）由山西華凱偉業(yè)有限公司生產(chǎn)。模數(shù)為3.2～3.4，密度為1.38g·cm-3。

（3）聚合物改性溶液。聚合物改性溶液主要由速凝劑、高效減水劑及保水劑混合而成，其中速凝劑（SA）為清華大學(xué)建筑材料研究所合成的Na2OAl2O3-H2O穩(wěn)定膠體，主要組分為偏鋁酸鈉，質(zhì)量濃度為65%。高效減水劑（Sp）主要成分為聚羧酸，折固含量為40%；其作用機(jī)理為改變水泥和礦物摻合料顆粒表面的電學(xué)及空間位阻特征，從而影響水泥顆粒間的相互搭接方式，以顯著改善水泥基材料的分散性。保水劑（SAP）為北京漢力淼新技術(shù)有限公司提供的高分子吸水樹脂，粒徑為180～420μm；其“水庫”作用可有效調(diào)節(jié)水泥漿液流變及水化進(jìn)程中內(nèi)部養(yǎng)護(hù)水及自由拌合水的供給平衡。

表1 試驗用水泥化學(xué)成分組成

1.2 試驗方案

試驗旨在對常規(guī)水泥漿（Blank）、水泥-水玻璃（C-S）和MPC漿液的流變特性進(jìn)行對比分析，不同水泥基注漿材料試樣組分及摻量如表2所示。表2僅列舉了各高聚物的初始摻量調(diào)配范圍，以期通過大量試驗獲取不同可泵期下聚合物體系的最優(yōu)組分及其摻量；各試樣均采用注漿材料常規(guī)水灰比1∶1；高聚物溶液摻量為其折固質(zhì)量與水泥質(zhì)量之比。

表2 水泥基材料試樣組分及其摻量比例

1.3 試樣制備與測試

MPC漿液制備具體步驟為：在摻量范圍內(nèi)稱取SA、Sp和水，采用NJ-160A型水泥凈漿攪拌機(jī)進(jìn)行均勻攪拌，加入普通硅酸鹽水泥，參照《普通混凝土拌合物性能試驗方法標(biāo)準(zhǔn)》（GB／T 50080—2016），先以125r·min-1的轉(zhuǎn)速快速攪拌2min；將SAP置于攪拌鍋，再以62r·min-1的轉(zhuǎn)速慢速攪拌2min。由于SAP高分子具有一定的引氣性，導(dǎo)致攪拌后漿液內(nèi)部含有一定量氣泡，需對試樣進(jìn)行多次振搗，使氣泡懸浮于漿液表面，并加以清除至穩(wěn)定狀態(tài)。

流變試驗采用Brookfield RV-III型流變儀對新拌MPC漿液的流變參數(shù)進(jìn)行測定。在（20±2）℃、相對濕度（70±5）%的條件下，取50mL待測樣品快速攪拌30s后倒入燒杯，分別選定合適量程的圓盤轉(zhuǎn)子及漿式轉(zhuǎn)子，在剪切速率梯度增長下對塑性黏度及屈服應(yīng)力進(jìn)行測定，并繪制試樣的實時應(yīng)力-應(yīng)變曲線。

1.4 結(jié)果與分析

（1）黏度時變特性。水泥基注漿材料黏度隨時間演變的規(guī)律如圖1所示。由圖1可見，不同注漿漿液黏度時變特征存在顯著差異，C-S漿液黏度隨時間呈現(xiàn)單調(diào)遞增趨勢；Blank漿液在較長時間內(nèi)均處于低黏狀態(tài)。

圖1 不同水泥基漿液的黏度-時間曲線

MPC漿液黏度隨時間呈近似階梯型增長，將其階梯特征劃分為3階段：上升期、穩(wěn)定期及固化期。可知MPC漿液黏度首先呈小幅線性增長（上升期），至某一黏度區(qū)間并維持一定時間（穩(wěn)定期），隨后表現(xiàn)為黏度突增，并在短時間內(nèi)迅速達(dá)到初凝狀態(tài)（固化期）；其上升期和穩(wěn)定期內(nèi)漿液均具備可泵性。本研究通過大樣本、長周期室內(nèi)調(diào)配試驗，將MPC漿液可泵期分別定量控制在10、20、30min內(nèi)，以滿足不同發(fā)育程度巖溶地基注漿加固的治理需求；其中，各可泵期下聚合物體系最優(yōu)配合比（MPC-1、MPC-2、MPC-3）及對應(yīng)黏度突變時間（T1、T2、T3）見圖1。

上述不同水泥基漿液黏度時變特性對比分析表明，與C-S漿液相比，高聚物間的協(xié)調(diào)效應(yīng)使MPC-2漿液、MPC-3漿液可泵期顯著延長；相比于Blank漿液，避免了由于低黏狀態(tài)過長而導(dǎo)致流動度不可控進(jìn)而引發(fā)漿材流失、跑漿串漿等工程問題。MPC漿液在注漿初期具備持續(xù)高流態(tài)與擴(kuò)散性，至理想充填效應(yīng)時擴(kuò)散能力驟降并在較短時間內(nèi)迅速凝膠，且其可泵期的定量可控性在不同發(fā)育程度裂隙介質(zhì)注漿充填中具有一定的工程適用性。

（2）基于廣義H-B流體的MPC漿液流變方程。由流變試驗觀察到，MPC漿液是一類具有屈服應(yīng)力的冪律型流體，其流變特性較為復(fù)雜，采用牛頓、賓漢姆等流變模式無法準(zhǔn)確表明該類時變性流體的流變特性。由Herschel和Bulkley提出的三參數(shù)Herschel-Bulkley流變模式（H-B），綜合了牛頓、賓漢姆及冪律型流變模式的特點(diǎn)，可描述流體的塑性及剪切稀釋、膨脹特性，故采用基于H-B流體對MPC漿液流變方程進(jìn)行推導(dǎo)及擬合。其本構(gòu)關(guān)系為

式中：τ0為屈服應(yīng)力（Pa）；c為稠度系數(shù)；n為流變指數(shù)，無量綱，當(dāng)n=1時，漿液為賓漢姆流體；γ為剪切速率。

根據(jù)阮文軍［12］的研究結(jié)論，冪律型水泥漿液的稠度系數(shù)與時間呈冪指數(shù)關(guān)系，具有時變特征；而流變指數(shù)隨時間變化不大，可視為無時變性。因此，H-B型漿液時變特征可推導(dǎo)為

式中：n（t）為漿液t時刻流變指數(shù)，近似等于流變指數(shù)n；c（t）為其t時刻稠度系數(shù)；c0為漿液初始稠度系數(shù)；k可通過流變試驗擬合獲取。

在任意時刻t，流體所受剪切應(yīng)力與剪切速率滿足H-B流變模式，聯(lián)合式（1）～（3）得到基于廣義H-B流體的黏度時變性MPC漿液流變方程為

式（4）表明，基于H-B流體的MPC漿液黏度時變特征的實質(zhì)為稠度系數(shù)具有時變性。

表3 H-B型MPC漿液流變方程與流變參數(shù)時變特征

結(jié)合試驗結(jié)果，對基于H-B流體的3種可泵期下MPC漿液流變方程及其流變參數(shù)進(jìn)行擬合，結(jié)果見表3。由表3可見：MPC漿液屈服應(yīng)力、流變指數(shù)與可泵期時長呈負(fù)相關(guān)；稠度系數(shù)與時間呈冪指數(shù)變化趨勢；不同可泵期MPC漿液流變指數(shù)擬合結(jié)果差率均小于5%，驗證了文獻(xiàn)［12］關(guān)于流變指數(shù)無時變性的研究結(jié)論。擬合結(jié)果的相關(guān)系數(shù)R2均在0.9以上，表明擬合方程收斂程度較高，基于廣義H-B流體的MPC漿液流變方程可作為預(yù)定義黏度時間分布函數(shù)用于理論及數(shù)值計算。

2 動水條件下MPC漿液擴(kuò)散特征

基于MPC漿液流變特性，運(yùn)用Fluent有限元計算軟件建立動水條件下裂隙注漿漿液擴(kuò)散數(shù)值模型；基于兩相流理論，對地下水作用下常規(guī)水泥單液（Blank）、水泥-水玻璃（C-S）以及改性高聚物-水泥漿液（MPC）的擴(kuò)散規(guī)律進(jìn)行對比分析，并探究動水流速與注漿壓力對各漿液留存率和動水流量的影響。

2.1 兩相流理論

當(dāng)漿液在注漿壓力作用下進(jìn)入地層時，其運(yùn)移過程可看作為漿液和地下水在裂隙中的兩相非穩(wěn)定滲流；故可應(yīng)用基于達(dá)西定律的兩相流理論描述水泥基漿液擴(kuò)散運(yùn)移過程，通過穩(wěn)態(tài)計算形式描述漿液的最終擴(kuò)散狀態(tài)。圖2為漿液驅(qū)水的兩相滲流模型。

圖2 漿液擴(kuò)散兩相流模型

在漿液擴(kuò)散過程中存在一個漿液和水驅(qū)替流動的兩相滲流區(qū)，兩者在被注介質(zhì)裂隙中所占的體積比例分別用Sc和Sw表示，則兩者恒滿足

兩相界面控制方程為

式中：φ為水平集變量；γ為重新初始化參數(shù)；ζIS為控制界面厚度參數(shù)；u為動力黏度（Pa·s）。

2.2 幾何模型及計算參數(shù)

有限元數(shù)值計算采用三維平面裂隙模型，長度為4m，寬度為2m，裂隙厚度為5mm。注漿孔位置距離進(jìn)水邊界1m，距離上下邊界各0.5m，其直徑為20mm。幾何模型網(wǎng)格剖分及邊界條件如圖3所示。網(wǎng)格形式采用高精度矩形網(wǎng)格，靠近注漿孔處適當(dāng)加密。模型左側(cè)為進(jìn)水邊界，地下水由此進(jìn)入裂隙空間。注漿孔處設(shè)置為定壓力邊界，漿液由此處以恒定壓力垂向注入裂隙。模型右側(cè)為無壓出流邊界，模型內(nèi)漿液與水均從該邊界流出。模型上下壁面均滿足無滑移邊界條件。

圖3 幾何模型與邊界條件

計算時運(yùn)用基于壓力的穩(wěn)態(tài)隱式求解方式，壓力、速度耦合方式采用PISO。漿水混合區(qū)流體形態(tài)采用體積分?jǐn)?shù)表示方法，模型計算初始狀態(tài)為內(nèi)部充滿地下水，即水的體積分?jǐn)?shù)在整個空間內(nèi)為1。根據(jù)模型的網(wǎng)格尺寸及流體速度，確定計算時間步長為0.01s，每一時間步均對方程進(jìn)行20次迭代。

為研究不同動水流速及注漿壓力下3種水泥基漿液的注漿擴(kuò)散規(guī)律，初始動水流速設(shè)定為0.01、0.06、0.16m·s-1三種工況，注漿壓力分別設(shè)定為0.1、0.3、0.5MPa。漿液流變參數(shù)采用經(jīng)上文推導(dǎo)及擬合的預(yù)定義黏度時變函數(shù)，以UDF文件的形式嵌入進(jìn)行計算。數(shù)值模型基本計算參數(shù)及工況如表4所示。

表4 數(shù)值模型計算參數(shù)及工況

2.3 擴(kuò)散形態(tài)

動水條件下，漿液在水力沖刷、注漿壓力和黏度梯度的共同作用下在模型中擴(kuò)散。限于篇幅，僅以動水流速為0.06m·s-1下C-S漿液、MPC-2漿液和Blank漿液擴(kuò)散形態(tài)為例進(jìn)行對比分析。如圖4所示，云圖中漿液擴(kuò)散跡線上出現(xiàn)了不規(guī)則折曲，分析其原因為：進(jìn)行網(wǎng)格劃分時，自注漿孔由內(nèi)向外遵循由密到疏原，其對漿液擴(kuò)散規(guī)律的描述及計算結(jié)果準(zhǔn)確性影響不大。

由圖4可知，注漿初期不同水泥基漿液擴(kuò)散形態(tài)與其黏度差異規(guī)律基本一致，其中C-S漿液和MPC-2漿液具有相似性，均呈軸對稱圓形分布，漿-水界面在軸線方向與垂直水流方向上共同等速推進(jìn)。而地下水對于Blank漿液在逆水方向的阻滯作用及順?biāo)较虻臎_刷效應(yīng)使其在水流方向上的擴(kuò)散距離及推進(jìn)速率明顯大于逆水方向，漿液逐漸向順?biāo)较驍U(kuò)散。水泥基材料初始擴(kuò)散半徑從大到小表現(xiàn)為Blank、C-S、MPC-2。

圖4 裂隙動水注漿漿液擴(kuò)散形態(tài)

當(dāng)動水注漿進(jìn)行至60s時，隨著漿液黏度增大，動水沖刷作用下MPC-2漿液與C-S漿液沿水流方向和垂直水流方向均形成沉積留核區(qū)和動水繞流區(qū)，但MPC-2漿液留核區(qū)面積明顯大于C-S漿液，且垂直水流方向的留核區(qū)寬度已抵達(dá)模型邊界。這表明：與C-S漿液相比，MPC-2漿液對裂隙的充填效應(yīng)及對動水的封堵能力更為顯著。

3種水泥基漿液黏度的分布特征（圖5）驗證了上述研究觀點(diǎn)。由圖5可見，沉積留核區(qū)內(nèi)C-S漿液和MPC漿液具有明顯的黏度梯度優(yōu)勢，其抵抗動水沖刷的能力較強(qiáng)。由于動水的阻滯作用，Blank漿液僅在逆水方向擴(kuò)散鋒面處形成了面積較小的渦流區(qū)；而在動水的沖刷作用下，順?biāo)较蛏掀漯ざ人p趨勢顯著，漿-水界面存在明顯過渡區(qū)，大量漿液與水共同從出流邊界流失。

2.4 漿液留存率與動水流量

漿液在注漿壓力作用下進(jìn)入裂隙內(nèi)部，動水沖刷作用造成部分漿液流失；而后漿液逐漸凝結(jié)硬化形成結(jié)石體，通過裂隙斷面的動水流量逐漸降低。因此，漿液留存率與動水流量是評價水泥基注漿材料充填擴(kuò)散效應(yīng)和堵水效果的重要指標(biāo)［13-14］。

圖5 流體域黏度分布

（1）漿液留存率。漿液留存率是指注漿結(jié)束后留存下來的漿液質(zhì)量占總注漿量的百分比，動水條件下漿液留存率表征了材料的抗動水沖刷能力，并與漿液的擴(kuò)散能力和堵水能力緊密關(guān)聯(lián)［15-18］。不同動水流速工況下注漿材料的留存率如圖6所示。

圖6 不同動水流速下的漿液留存率對比

由圖6可見：低流速動水條件下速凝類漿液在完成對裂隙的飽滿充填后迅速凝結(jié)硬化，故C-S漿液和MPC-2漿液仍保持較高的動水留存率；而當(dāng)動水流速高達(dá)0.16m·s-1時，部分漿液來不及形成凝膠體便被稀釋、沖刷，表現(xiàn)為漿液流失程度加劇。不同動水流速下C-S漿液動水留存率與MPC-2漿液差異不大，前者略高于后者。而由于Blank漿液在相當(dāng)長的時間內(nèi)處于低黏狀態(tài)，故其在不同動水流速下均表現(xiàn)為較嚴(yán)重的漿液流失，表明其抗動水沖刷能力較差。

（2）累計動水流量。以整個注漿進(jìn)程出流邊界累計動水流量表征漿液的堵水能力。各水泥基材料累計動水流量變化如圖7所示。圖7表明不同動水流速下，MPC-2漿液及C-S漿液注漿出流邊界處動水流量明顯低于Blank漿液；且提高動水流速對MPC-2漿液及C-S漿液影響不大，累計動水流量保持穩(wěn)定。

圖7 不同水泥基漿液累計動水流量曲線

注漿壓力的提高有利于C-S漿液和MPC-2漿液擴(kuò)散區(qū)域的擴(kuò)大，減少裂隙內(nèi)部斷面過水面積，使動水流量得到一定程度降低。由于增大注漿壓力加劇了Blank漿液的漿-水分離程度，故其注漿斷面動水流量隨注漿壓力的增加而明顯提高。

上述研究表明，MPC漿液兼具擴(kuò)散能力及堵水能力，可實現(xiàn)對裂隙的飽滿充填并對動水進(jìn)行有效封堵。

3 工程應(yīng)用

3.1 工程概況

廣西百色至靖西高速公路巖溶地基注漿加固試驗段位于廣西西南區(qū)域，屬百色市境內(nèi)，起訖里程為DK27+309～DK27+526，全長217m。工程地處低中山區(qū)巖溶洼地，地面標(biāo)高變化較大。地層主要為第四系人工填筑層、坡積粉質(zhì)黏土，下伏基巖為三疊系下統(tǒng)大冶群組灰?guī)r。地表水主要為清水河上游源頭引水渠流水，受大氣降水補(bǔ)給；地下水主要為巖溶裂隙溶洞水，賦存于巖溶裂隙、溶洞內(nèi)，主要受大氣降水、巖溶洼地邊緣泉水與洼地中積水補(bǔ)給。地下水位約5～30m，呈NE流向。

采用高密度電法對試驗段地層進(jìn)行了物理探測，解譯結(jié)果揭示斷面電阻率差異明顯，基巖含水區(qū)域主要集中于深度8～27m范圍內(nèi)，其中存在2個主要賦水區(qū)域，其視電阻率較低，可判斷該處為主要含水導(dǎo)水構(gòu)造，其余區(qū)域為含水裂隙發(fā)育區(qū)域。

為驗證高密度電物探技術(shù)的解譯結(jié)果，沿線路中線左、右10m范圍內(nèi)共布置了100個勘查孔，對試驗段含水裂隙發(fā)育情況進(jìn)行鉆探分析，如圖8所示。

圖8 鉆孔探測結(jié)果及帷幕注漿方案

其中，59個孔鉆揭露含水裂隙發(fā)育，線溶蝕率為9.2%，巖溶強(qiáng)烈發(fā)育。DK27+355～DK27+368段、DK27+473～DK+484段揭示較大空腔且無充填，空腔走向與線路呈大角度斜交，規(guī)模分別為22.4m和11.8m。

3.2 群孔多序帷幕注漿加固機(jī)制

單一注漿孔對于地下水的有效封堵區(qū)域有限，面對發(fā)育規(guī)模較為復(fù)雜的巖溶區(qū)域，須采用多孔多序注漿的方法實現(xiàn)動水封堵。漿液擴(kuò)散及留核分布特征數(shù)值分析結(jié)果表明，鉆孔的設(shè)計應(yīng)遵循橫密軸稀的原則，即漿液在水流方向（擴(kuò)散軸向）的有效擴(kuò)散距離較大，鉆孔設(shè)計間距可適當(dāng)加大，在與軸向垂直的方向（橫向擴(kuò)散）鉆孔間距應(yīng)盡量密集。

結(jié)合前期物探、鉆探手段的解譯結(jié)論，將試驗段劃分為4個注漿治理區(qū)域（圖8）。根據(jù)上文不同可泵期MPC漿液黏度試驗及擴(kuò)散特征數(shù)值分析結(jié)果，在1＃、2＃、3＃注漿治理區(qū)的水流方向設(shè)計雙序注漿孔，注漿孔間距為7m；并采用MPC-1漿液（凝膠時間較短、擴(kuò)散區(qū)域較?。┬纬芍顾∧蝗Γ瑢?～27m富水區(qū)域進(jìn)行深部封堵；形成止水帷幕后，內(nèi)部設(shè)計第三序列注漿孔，間距為14m，灌注MPC-2漿液（流態(tài)期較長、擴(kuò)散距離較遠(yuǎn)）對裂隙發(fā)育進(jìn)行徑向注漿充填；最后采用靜壓滲透注漿方式對淺部地層完成補(bǔ)充加固。從而形成一套針對地下水作用下復(fù)雜巖溶發(fā)育地基、組合應(yīng)用MPC漿液的“群孔多序帷幕注漿加固”的技術(shù)體系。由于4＃注漿治理區(qū)巖溶發(fā)育程度較低，故內(nèi)部以灌注常規(guī)水泥單液漿為主，目的在于與MPC漿液治理區(qū)的注漿效果進(jìn)行對比分析。MPC漿液治理區(qū)內(nèi)部多序注漿孔的布置方案如圖9所示。

圖9 群孔多序組合帷幕注漿孔位布置

MPC漿液攪拌及泵送裝置如圖10所示。將水泥與2種液體高聚物混合加入攪拌桶內(nèi)快速攪拌2min，置于儲漿桶內(nèi)并摻入保水劑進(jìn)行慢速攪拌以待注。設(shè)計注漿壓力為靜水壓力的2～3倍，注漿速率控制在80～100L·min-1。整個注漿過程中采用浙江大學(xué)研發(fā)的CJ-G3型注漿自動記錄儀對注漿參數(shù)進(jìn)行實時監(jiān)控，并及時對注漿壓力、注漿速率、漿液組分摻量等進(jìn)行動態(tài)調(diào)整。考慮到地層局部存在大型溶洞發(fā)育，如遇吃漿量較大、注漿壓力持續(xù)偏低的情況時，可采取間歇式壓注方式（停注時間不得超過漿液凝膠時間）。注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)采取定壓定量的雙重控制，即注漿壓力上升至設(shè)計終壓（0.03 MPa）且注漿速率小于5L·min-1，穩(wěn)定3～5min后停止本孔注漿。3.3 注漿效果與分析

（1）注漿監(jiān)測結(jié)果分析。3＃治理區(qū)（MPC漿液）和4＃治理區(qū)（Blank漿液）所監(jiān)測的關(guān)鍵注漿孔注漿壓力-注漿速率-注漿時間（p-q-t）曲線見圖11。由圖11可見，3＃治理區(qū)帷幕處注漿孔注漿壓力隨時間呈快速上升趨勢，在注漿進(jìn)行至42min時達(dá)到設(shè)計注漿終壓，且注漿速率隨時間持續(xù)衰減，結(jié)束前注漿速率為1.25L·min-1。4＃治理區(qū)關(guān)鍵孔30min內(nèi)注漿壓力在0.08MPa（靜水壓力）上下波動，表明此階段地層吃漿量較大，漿液均處于跑漿狀態(tài)；隨后注漿壓力隨時間緩慢增長，至147min時達(dá)到設(shè)計注漿終壓，注漿速率為3.7L·min-1，雖達(dá)到注漿結(jié)束控制標(biāo)準(zhǔn)，但單孔注漿量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于設(shè)計注漿量。p-q-t曲線對比結(jié)果表明，相比于常規(guī)水泥單液漿，MPC漿液在更短時間內(nèi)實現(xiàn)了對裂隙的有效充填并形成帷幕圈，且注漿量大幅下降。

圖10 MPC漿液注漿裝置

圖11 不同注漿治理區(qū)p-q-t曲線

（2）檢查孔透水率。檢查孔壓水試驗段單位透水率是衡量注漿效果重要的指標(biāo)之一，其計算公式為

式中：V為透水率（Lu）；Q為最大壓力階段單位注水量（L·min-1）；P 為最大壓力階段的壓力值（MPa）；L為試驗段長度。

在1＃、2＃注漿治理區(qū)和3＃帷幕內(nèi)各布置若干檢查孔，于注漿前、后分別進(jìn)行透水率試驗，試驗裝置如圖12所示。

注漿前、后不同治理區(qū)帷幕內(nèi)關(guān)鍵檢查孔透水率試驗結(jié)果如表5所示。分析表5可知，注漿前治理區(qū)內(nèi)檢查孔平均透水率高達(dá)80Lu以上，屬強(qiáng)透水地層；注漿后1＃、2＃和3＃治理區(qū)內(nèi)檢查孔透水率均低于10Lu以下，較注漿前分別降低90%、91.8%和91%，表明針對富水地層應(yīng)用MPC漿液注漿堵水的效果明顯。

表5 治理區(qū)帷幕內(nèi)檢查孔透水率試驗

（3）探地雷達(dá)。采用SIR-2000型地質(zhì)雷達(dá)（GPR）以及頻率為80MHz的收發(fā)一體天線進(jìn)行檢測，檢測時將天線緊貼檢測剖面并沿測線移動，數(shù)據(jù)采集主要參數(shù)為：采樣數(shù)為879，掃描率為60次·s-1，主機(jī)脈沖重復(fù)頻率為100kHz。

采用自帶分析軟件對DK27+355～DK27+365段富水區(qū)域的原始雷達(dá)圖像進(jìn)行濾波、回波變換等一系列數(shù)字化信號處理，解譯結(jié)果見圖13。由圖13（a）可見：注漿前基巖深度2～8m范圍內(nèi)存在明顯的反射波峰，表明該處富水裂隙極發(fā)育；而深度位于8～15m范圍內(nèi)存在大片連續(xù)的信號異常區(qū)域，揭示該處受地下水溶蝕嚴(yán)重，基巖破碎程度較高，為極薄弱區(qū)域。注漿治理后，視野內(nèi)異常區(qū)域基本消失，淺層原富水裂隙處波形及其振幅與完整石灰基巖無明顯差異，表明漿液實現(xiàn)了對裂隙水的驅(qū)替效應(yīng)；且深層破碎巖體得到有效加固，巖體穩(wěn)定性顯著增強(qiáng)。

圖13 典型富水區(qū)域GPR探測剖面

4 結(jié) 語

（1）針對富水裂隙等復(fù)雜巖溶發(fā)育地層，研制了一種改性高聚物-水泥基（MPC）注漿材料。流變特性試驗結(jié)果表明，MPC漿液黏度隨時間呈階梯形增長。與傳統(tǒng)注漿材料相比，大樣本調(diào)配試驗及聚合物體系的協(xié)調(diào)效應(yīng)可實現(xiàn)對其可泵期的定量控制，使MPC漿液表現(xiàn)出“注漿初期具備持續(xù)高流態(tài)，臨界可泵期時黏度突增、擴(kuò)散能力驟降并迅速凝膠硬化”的性能優(yōu)越性。

（2）結(jié)合流變參數(shù)試驗結(jié)果，推導(dǎo)并擬合了基于廣義Herschel-Bulkley流體的黏度時變性漿液流變方程。擬合結(jié)果相關(guān)系數(shù)R2均在0.9以上，表明該流變方程可作為預(yù)定義黏度時間分布函數(shù)運(yùn)用于理論及數(shù)值計算。

（3）黏度梯度優(yōu)勢使MPC-2漿液在其擴(kuò)散跡線內(nèi)形成沉積留核區(qū)，此為實現(xiàn)動水封堵效應(yīng)的關(guān)鍵所在。動水沖刷作用下，MPC-2漿液留存率明顯高于常規(guī)水泥單液漿（Blank）；且在不同動水流速下，其封堵斷面累計動水流量顯著較少。研究表明MPC漿液兼具擴(kuò)散能力及堵水能力，可滿足對裂隙的飽滿充填和對動水的有效封堵。

（4）結(jié)合廣西百色至靖西高速公路巖溶發(fā)育地基現(xiàn)場注漿試驗，提出了組合應(yīng)用MPC漿液的群孔多序帷幕注漿加固方法；并采用了鉆探與物探相結(jié)合的檢測手段對注漿治理效果進(jìn)行評價。壓水試驗表明：注漿后治理區(qū)帷幕內(nèi)透水率較注漿前大幅下降；探地雷達(dá)解譯結(jié)果揭示淺層含水裂隙及深層破碎巖體得到有效充填及加固。