渗浆堵漏技术在赤水河穿越工程中的应用

罗 芳 方松峰 程朝阳 赵霄龙秦梦喆

（1.郑州财经学院，河南 郑州450049；2.濮阳正通管道有限公司，河南 郑州 457001）

0 引言

长输管道工程常常会遇到田地、道路、山地、河流等各种复杂施工环境，实施管道穿越面临技术难度，同时也容易造成对环境的破坏，因此要保证管道穿越的顺利进行，必须针对不同的施工环境和隐患，采取科学的技术措施，加强应急处理。比如岩溶地质，又称为喀斯特，是指地下水对以碳酸盐为主的可溶性岩石分布区进行溶蚀的各种综合现象。在岩溶地区进行管道穿越时，由于地下岩溶水的活动，一旦揭露高压岩溶水时，就会造成岩溶涌突水，给施工带来严重困难和安全问题，同时造成环境影响。本文介绍岩溶地质条件下，渗浆堵漏技术在赤水河穿越工程中的应用，为岩溶地区穿越工程渗浆治理提供技术参考。

1 工程概况

1.1 项目概况

本项目为四川泸州古蔺县城乡管网天然气管道工程，处于四川盆地与云贵高原过渡带，地层古老，构造复杂。其中赤水河穿越是本项目关键性节点工程，设计穿越管道规格为DN400mm×8.5mm燃气管，主管道设计压力1.6MPa，输送介质为天然气。该穿越设计水平距离800m，其中入土端至河边穿越长度445m，出土端至河边穿越长度295m，河道穿越长度60m，设计曲线段曲率半径600m，穿越管道水平段主要在赤水河河床以下20.0～25.0m深处。

1.2 工程地质

拟建场区内无大断层经过，地层分布连续，为三迭系下统夜郎组（T1y）薄-中厚层状灰岩，岩层呈单斜状产出，岩层产状为倾向270°，倾角15°。

（1）裂隙发育情况。场地基岩陡倾节理较发育，岩体主要发育两组节理裂隙：L1产状：16～39°∠77～83°，节理面线密度2～4条/m，节理张开度＜0.5cm,，延伸长度1～2.5m不等，无胶结或泥质胶结，结合较差～一般；L2产状：242～295°∠81～83°，节理面线密度1～3条/m，节理张开度＜0.2cm，多呈闭合状，延伸长度0.2～0.5m不等，无胶结或泥质胶结，结合较差～一般。

（2）溶洞探测情况。采用钻探法结合前期地质资料进行初探。钻孔施工27个，其中含溶洞（泥隙）钻孔0个，见洞率0，但拟建场地基岩面起伏较大，大于5m，且通过水文地质试验等探查结果及根据临近场地工程开挖揭露情况，后采用物探方法进行勘探，并结合相邻已有建筑勘察经验判断，探明工程纵向穿越区范围内存在隐伏的溶洞，拟建场地为岩溶强发育区。

1.3 项目用途

该工程向古蔺县县城行政区域外25个乡镇的居民、公共事业、商业、工业、CNG汽车用气等用户输送管道天然气，对沿线区域的天然气供应起着至关重要的保证作用。

1.4 工程问题

赤水河本身具有很高的社会价值、经济价值及环保价值。赤水河是国内唯一一条没有被开发过的长江支流。河水清澈透底，两岸陡峭、多险滩急流。同时，赤水河是沿河众多酒厂的取水河流，是区域经济的命脉。因此，赤水河范围的穿越工程泥浆处理应该慎之又慎。尽管钻探地勘资料显示拟建场地内无溶洞发育，但由于贵州省喀斯特地貌的特殊性，且经物探探测穿越段仍有溶洞和裂隙发育，在导向孔钻进、回扩孔和管道回拖过程中，河道两岸及河床均存在泥浆渗漏风险。因此，施工过程中的泥浆堵漏尤为重要。

2 处理技术方案

2.1 方案选取原则

由于管道工程建设工期紧，施工难度大，堵漏处理主要是河道河床的泥浆渗漏以及由于贵州省喀斯特地貌可能存在的溶洞地下河等特殊地质。根据工程地质情况，判断溶洞、裂隙的发育位置及特征，掌控穿越轨迹与漏隙的相对位置是预防冒浆的关键。同时应控制好孔内泥浆的压力大小、泥浆的滤失量、固相含量等参数。根据现场具体情况采取相应专业堵漏方案。对于赤水河特殊地质，选取方案要注重环保，不破坏水质及沿岸生态。

2.2 常用堵漏技术

2.2.1 帷幕灌浆堵漏

帷幕灌浆堵漏是用于提高抗渗能力的常用的一种施工方法，一般采用纯水泥浆，岩溶特殊部位采用水泥、水玻璃双液注浆，各孔中注浆体形成阻水幕。注浆通过2TG2-60/210型双液注浆专用泵，注浆前先采用高压水对注浆孔进行排冲，至管道畅通后，及时进行注浆作业。

2.2.2 化学注浆堵漏

化学注浆堵漏技术是一种利用新型堵漏材料的施工工艺，广泛应用于各种建筑物的防水堵漏、隧道防止滴水、裂缝补强等。化学注浆堵漏技术的主要原理是利用注浆针头将浆液由高压灌注机高压压入到孔隙中，经过高压压入的灌注液以灌浆注入孔为中心向孔隙的周边进行扩展直至空隙都被高压压入的灌注浆所充满，用以实现对冒浆孔隙的封堵。

2.2.3 专业钻井堵漏剂堵漏

堵漏剂封堵是使用石油钻井专业堵漏剂对渗漏进行封堵，该方法通过对防漏材料选择及试验配比进行混合液配制，可静置堵漏也可随钻防漏堵漏，适用于各种复杂地层。

3 方案设计

3.1 工况分析

针对本项目所处的特殊地质，解决渗漏冒浆问题，应结合具体情况确定施工方案。

（1）根据物探探测显示赤水河穿越项目的场地基岩存在两组不同类型的节理裂隙，两组裂隙张开度不同，性状特征有显著差异，且岩面起伏最大处超过5m,变化较大，在钻孔过程中如采用上述传统单一的堵漏方法，显然不能适应其地貌特点，容易造成封堵成本增加且堵漏不彻底，效果不明显。因此，对不同类型的裂隙特点应制定相应的有效方案。

（2）为预防冒浆，应进一步在前期物探勘测的基础上精确探测可能隐匿的溶洞及裂隙情况，设计穿越轨迹，在导向及扩孔过程中，控制不同地段的泥浆孔内压力、配比及排量等，避免遇溶洞时钻孔内泥浆量流失减少。因此，针对不同的裂隙地段的堵漏方案的不同，泥浆的配比、滤失量、固相含量等参数的控制要求应更严格。

（3）堵漏施工后，注意观测泥浆返出量，确定堵漏效果。再遇溶洞或裂隙地段时，扩孔应反复进行短距离洗孔、整体洗孔，注意记录数据，结合地质情况对各段扭矩和拉力数据进行比较，适时调整方案，积极采取应对措施，预防因溶洞或裂隙，造成泥浆流失导致钻屑沉积引起抱死现象。

3.2 制定方案

根据《水平定向钻进技术规程》11.5.1对裂隙大小的分类方法，并经过广东省非开挖技术协会和中国非开挖协会专家组对现场条件的分析研究，将现场可能存在的裂隙分为四类，即：微漏隙（≤1mm）、小漏隙（1～3mm）、中漏隙（3～10mm）、大漏隙（≥10mm）[1]。针对各种类型的漏隙，采取相应的专业堵漏方案进行堵漏。

3.2.1 钻孔堵漏方案

（1）针对微漏隙及小漏隙，采用专业钻井堵漏剂进行堵漏。堵漏剂封堵是使用石油钻井专业堵漏剂对渗漏进行封堵，石油钻井堵漏剂是一种小粒径物料和胶合体组成的混合料，比重小于泥浆，具有悬浮特性，依靠小颗粒粒料通过渗漏点沉积的方法进行堵漏，按一定比例配置泥浆，泥浆混合液体注入导向孔，在裂隙点的堆积对裂隙起到封堵效果，已使用多次，成功率很高，同时摸索出一套改良实施方案，将专业堵漏剂进行改进配置，效果很好。

但是这种封堵方法也有一定的局限性，即对小漏隙效果很好，对大漏隙效果不明显，但仍是定向钻施工首选封堵方法。使用这种方法需要把握时机，必须及时发现渗浆，及时封堵，做到随漏随堵，防止冒浆缝隙加大。

（2）一般小裂隙的堵漏使用随钻堵漏剂进行堵漏。堵漏剂占钻进液体积的1%～4%，视漏失情况调整；需要准备的堵漏材料有颗粒状堵漏剂、纤维状堵漏剂和片状堵漏剂，或者直接使用堵漏王之类的综合堵漏剂。但考虑成本问题，建议对三种堵漏剂进行配比使用。如颗粒状堵漏剂采用橡胶粒，纤维状堵漏剂选用锯末，片状堵漏剂选用谷壳或者麦麸，颗粒状、纤维状、片状材料的配方为5∶2∶1。

（3）针对中漏隙，采取大颗粒悬浮物进行堵漏。采用大颗粒悬浮物做成球状包裹，通过钻头推入导向孔送至冒浆点，使用钻头将封堵物料磨碎产生大颗粒悬浮物，大颗粒悬浮物在漏浆点堆积实现封堵目的。

3.2.2 注浆堵漏方案

注浆技术就是利用送压设备将能够固化的浆液材料注入地层中的间隙或岩层裂缝内，使其扩张、胶结、固化，达到封堵漏浆的效果。对于岩溶地区，溶洞、裂缝发育错综复杂，会出现较大的溶洞和裂缝，采用钻井堵漏不再经济且起不到封堵的效果，这时就要采用注浆堵漏对溶洞和大裂缝进行封堵[2]。

岩溶地区常用注浆材料，粒装材料有水泥类和水泥黏土类。水泥为普通硅酸盐水泥，标号为32.5级～52.5级，常用水灰比为0.7∶1，1∶1。化学材料有水泥水玻璃类，水玻璃模数为2.4～3.0，浓度为30～40Be。水玻璃:水泥浆为1∶1～1∶2，或水玻璃作为初凝剂，用量占水泥浆的2%～3%。对于大的裂隙、溶洞，必须采用水泥浆灌注方能达到堵漏效果，不过，为尽量缩短灌浆对工期的影响，应选用速凝水泥。对于注浆材料应符合以下要求：

（1）浆液固化收缩性小，结石率高，结石体具有一定的抗压、抗拉强度、防渗性能好、耐久性好；

（2）浆液的凝胶时间可以在几分钟到几小时内任意调整，并能准确控制；

（3）浆液来源丰富，价格便宜，配方方便，操作简单；

（4）浆液对管道无腐蚀，无毒无害，不污染环境。

3.3 应急预案

施工过程中应考虑出现渗浆点的应急处理预案：如河道两岸漏浆应预先在漏浆点或漏浆点附近开挖砌筑蓄浆池，将漏点泥浆引入蓄浆池后用泥浆泵将泥浆抽至入土端，同步采取堵漏措施；如遇河床漏浆，立即停止施工降低孔内泥浆压力并通知项目部，同时上报业主，同步根据堵漏方案进行堵漏或根据现场条件考虑加深钻进深度。

4 工程施工

4.1 施工流程

为确保堵漏方案的顺利实施，应进一步采用物探（CT透视技术）、水文地质试验等精确探测确定溶洞位置、大小、数量，以充分掌握溶洞和裂隙的发育情况。根据探测结果，对不同溶洞裂隙进行针对性设计堵漏方案，并按方案进行施工。

具体流程为：检查定位→定位钻孔→注浆→检查→封孔及管泵清洗。注浆孔孔深1m以上，孔径38mm。注浆孔钻好以后，对灌浆孔段的裂隙采用大流量高压水冲洗，冲洗压力为灌浆压力的80%，直至回水澄清为止。孔口管插入后四周用棉纱塞紧，充填密实，然后用木楔强行楔入，用这种方法，孔口管一般可以封住。为防止孔口管脱出，用钢管或木棍顶住孔口管或注浆三通。一个钻孔准备就绪后开始注浆，当浆液从混凝土缝或附近漏浆点跑出时，用事先准备好的棉、木楔堵漏，或加大水玻璃、氯化钙比例；漏浆严重时，采用双液同时注浆，主要漏浆点堵住后，更多地采用双液交替注浆[3]。一个注浆孔施工完后，拔出孔口管，注浆孔迅速用快干水泥封住。

4.2 实施效果

注浆施工中，主注浆孔浆液扩散较远，一般达到10～30m，并且对于漏浆严重的辅助注浆孔注浆时，浆液扩散较近，一般3m以内，而且极少漏浆。注浆完成后，漏浆裂隙均被注浆液填充封堵，且对注浆区布置检查孔进行取芯直观检查及压水试验检查。检查孔压水结束后，选取部分孔进行耐久性压水试验。从耐压情况看，在试验过程中比较稳定，没有出现大的异常，说明注浆区在高压力水头长期作用下是稳定的，注浆堵漏效果良好。

5 环境保护及文明施工

随着社会发展水平和文明程度的提高，对于环境保护的重视程度越来越高，施工过程中的环境保护尤为重要。赤水河又是唯一一条未被开发的长江支流，对两岸经济发展有重要作用，因此在施工过程中，要做到以下要求：

（1）施工场地内布置环境监测器，监测空气污染和噪音同时进行，并随时提醒；

（2）控制扬尘，堆料做到全覆盖；

（3）做好废弃泥浆处理及注浆废料处理工作；

（4）不破坏赤水河水质，做到工程废水处理后排放，定期对水质进行检测；

（5）注浆材料环保无毒，不污染环境，不污染水质；

（6）安全第一，文明施工。

6 结束语

岩溶裂隙发育地区，地层破碎且地质情况复杂。岩溶地区施工，溶洞及漏浆处理是一项复杂而又繁琐的工作，要做好这项工作，必须亲临现场详细观察渗漏部位的实际情况，找到渗漏的孔洞或裂隙进行针对性分析，根据裂缝的不同，采取相对应的封堵方法，选取对应的封堵材料，在处理上一定要因地适宜，切不可采用经验主义或抱着“试试看”的态度去堵漏。例如：小漏不处理则容易造成大漏；溶洞堵漏不判断形状贸然注浆，会造成浆液的浪费。除此之外，丰富的堵漏经验、完善的应对措施、人员的高度责任心及充足的物资材料准备，也是在喀斯特地质条件下成功施工的制胜法宝。