摘 要：為實(shí)現(xiàn)注漿堵水和加固同步進(jìn)行的難題，以膨潤土和硅酸鹽水泥為主要原料，對(duì)“膨潤土—水泥—早強(qiáng)減水劑—水玻璃”漿液的固化反應(yīng)加固機(jī)理進(jìn)行了可行性分析，并針對(duì)漿液的滲透性、粘度、凝膠時(shí)間以及結(jié)石體的塑性強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度、耐久性等因素進(jìn)行了室內(nèi)試驗(yàn)（正交試驗(yàn)、耐久性試驗(yàn)）研究，詳細(xì)分析了漿液及結(jié)石體的物理化學(xué)特征，給出了漿材的最佳配比及相應(yīng)的性能指標(biāo)。通過地面注漿試驗(yàn)，驗(yàn)證了漿材對(duì)堵水加固的可行性，并取得了良好的治理效果。該類漿液與水泥類及一些常見的化學(xué)類漿材相比，具有價(jià)廉、儲(chǔ)存方便、且無毒無污染的優(yōu)點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：正交試驗(yàn)；耐久性試驗(yàn)；堵水加固；注漿材料

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.10.101

注漿作為一種既可以封堵涌（突）水又能加固地層的技術(shù)方法，在公路隧道，城市地鐵，礦山水害防治等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用[1-3]。目前，用于堵水加固的注漿材料主要有水泥漿和化學(xué)漿兩大類[4-9]，其中，化學(xué)漿由于材料成本高，后期抗壓強(qiáng)度低，且具有一定的毒性，對(duì)地下水產(chǎn)生一定的污染，未得到普遍采用；而水泥漿液雖然成本低、來源豐富且結(jié)石體強(qiáng)度高，但是其凝膠時(shí)間長且不易控制、結(jié)石率低、抗沖刷能力弱等缺陷，在防滲堵水工程（尤其是對(duì)動(dòng)水條件下注漿堵水工程）應(yīng)用中受到了限制。為此，本文借鑒已有注漿材料的特點(diǎn)，以膨潤土和硅酸鹽水泥為基料，同時(shí)摻入早強(qiáng)減水劑和水玻璃為添加劑，研制出適宜注漿堵水和加固的漿材，并對(duì)其性能進(jìn)行了分析與討論。

1 漿材性能的試驗(yàn)研究與分析

1.1 漿材配比試驗(yàn)及分析

黏度、凝膠時(shí)間、塑性強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度是反映注漿堵水加固效果的4個(gè)重要指標(biāo)。利用鈉基膨潤土（SB）、42.5普通硅酸鹽水泥（PC）、早強(qiáng)減水劑（HWA）和水玻璃（SS）作基料加入固化漿液中，在借助以往研究成果的基礎(chǔ)上，采用正交試驗(yàn)法設(shè)計(jì)漿材配比試驗(yàn)，試驗(yàn)方案及結(jié)果見表1。

從極差分析結(jié)果可以看出：根據(jù)漿液凝膠時(shí)間的長短，其影響因素水平依次為水泥>原漿粘度>水玻璃>早強(qiáng)減水劑，凝膠時(shí)間最短的漿材組合為A3B3C3D3；從配制漿液的黏度來看，漿液黏度最小的漿材組合為A1B1C1D1，此時(shí)漿液的流動(dòng)性更好；從漿液固結(jié)后3天塑性強(qiáng)度和7天抗壓強(qiáng)度分析，最好的漿材組合均為A1B3C3D2，即SB：PC：HWA：SS = 20：15：0.7：3時(shí)結(jié)石體的抵抗外界剪切稀釋能力的最強(qiáng)。綜合分析認(rèn)為，配方A3B3C3D3漿液雖然凝膠時(shí)間短，但漿液黏度大，不利于漿液流動(dòng)和滲透；配方A1B1C1D1漿液雖然黏度小，但凝膠時(shí)間長，且塑性強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度弱，極易被水流沖刷帶走；配方A1B3C3D2漿液不僅具有凝膠時(shí)間短、初始粘度小，而且結(jié)石體塑性強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度均較高，適用于各種情況下的注漿堵水加固工程。因此，膨潤土—水泥漿液的最佳配比為SB：PC：HWA：SS = 20：15：0.7：3。

2 工程應(yīng)用

安慶市某煤礦在東部運(yùn)輸大巷石門掘進(jìn)時(shí)（標(biāo)高-242m）發(fā)生底板發(fā)生涌水，初始水量為30m3/h，后因繼續(xù)放炮掘進(jìn)造成井下巷道圍巖垮落、地層松動(dòng)，巷道涌水量突增至200m3/h，隨即巷道被淹沒。根據(jù)該礦地質(zhì)、水文地質(zhì)資料及井下鉆孔注漿資料分析認(rèn)為，本次突水主要是由于孤峰組灰?guī)r水通過斷層破碎帶引發(fā)突水。為了盡快恢復(fù)生產(chǎn)，決定采用地面打鉆注漿堵水加固工程。

該工程共施工地面鉆孔4個(gè)，其中注漿鉆孔3個(gè)，注漿觀測孔1個(gè)，終孔層位均為孤峰組灰?guī)r底部。注漿材料選用實(shí)驗(yàn)室研制的“抗沖刷、快速凝、高強(qiáng)度”型膨潤土—水泥漿液，漿材配比為SB：PC：HWA：SS = 20：15：0.7：3，漿液密度為1.27g/cm3，初始黏度為46s，凝膠時(shí)間為423s，結(jié)石率為96.8%，結(jié)石體1天、3天塑性強(qiáng)度分別為284KPa、451KPa，7天、14天和28天抗壓強(qiáng)度分別為810KPa、2114KPa、6814KPa。

本次地面注漿堵水加固試驗(yàn)共注入膨潤土—水泥漿液2458.7m3，其中消耗膨潤土559.3t，水泥310.7t，早強(qiáng)減水劑14.5t，水玻璃62.1m3。注漿結(jié)束后巷道涌水量由200m3/h下降至12.8m3/h，水量下降了93.6%，堵水效果明顯。注漿結(jié)束30d后對(duì)巷道底板注漿區(qū)域進(jìn)行鉆孔取芯（取芯率為81.52%，達(dá)到甲級(jí)標(biāo)準(zhǔn)），從巖芯裂隙被充填的情況來看，漿液充填飽滿、密實(shí)，膠結(jié)良好，結(jié)石體抗壓強(qiáng)度為4150～20270KPa，加固效果顯著。

3 結(jié)論

（1）為同時(shí)實(shí)現(xiàn)注漿堵水和加固效果，立足于無機(jī)材料研制的膨潤土—水泥漿液，其最佳配比為ASB：PC：HWA：SS = 20：15：0.7：3，漿液密度為1.27g/cm3，初始黏度為46s，凝膠時(shí)間為423s，結(jié)石率為96.8%，結(jié)石體1天、3天塑性強(qiáng)度分別為284KPa、451KPa，7天、14天和28天抗壓強(qiáng)度分別為810KPa、2114KPa、6814KPa。（2）固化漿材的實(shí)用性經(jīng)室內(nèi)和現(xiàn)場試驗(yàn)驗(yàn)證是可行，并在地面打鉆注漿封堵孤峰組灰?guī)r突水工程中得到初步應(yīng)用，堵水加固效果十分顯著。

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作者簡介：張磊（1984-），男，安徽天長人，碩士，工程師，研究方向：工程地質(zhì)。