灌漿過(guò)程中鑄管原因分析

楊世華

（成都水利水電建設(shè)有限責(zé)任公司 四川成都 610072)

在采用孔口封閉自上而下分段灌漿法進(jìn)行灌漿施工的過(guò)程中，我們經(jīng)常會(huì)遇到射漿管被水泥漿液凝鑄的事故（通常稱(chēng)為鑄管)，但又沒(méi)有好的辦法解決這一難題，這里就我們的一些經(jīng)驗(yàn)和體會(huì)對(duì)鑄管原因進(jìn)行分析、探討。

1 地質(zhì)條件原因

灌漿施工是在各種不同的復(fù)雜地層進(jìn)行施工，地質(zhì)條件的不同，對(duì)灌漿的影響也不同；一般來(lái)說(shuō)，有以下幾種不同情況。

1.1 完整、可灌性差的地層

這類(lèi)地層由于巖性完整、裂隙細(xì)微，存在一定顆粒大小的水泥很難灌入。在壓力作用下，只能將水泥漿液中的水分壓入裂隙中，而水泥漿液在長(zhǎng)時(shí)間灌注下自身還存在析水，這樣只能出現(xiàn)回漿越來(lái)越濃，從而導(dǎo)致孔內(nèi)射漿管被水泥漿液凝鑄，發(fā)生鑄管。

其解決辦法只能是對(duì)回漿比重的觀測(cè)間隔時(shí)間縮短，一旦發(fā)現(xiàn)回漿變濃，立即將原漿液用同比級(jí)新鮮漿液進(jìn)行更換繼續(xù)灌注至結(jié)束及對(duì)孔內(nèi)射漿管的活動(dòng)頻率加快，減小鑄管發(fā)生機(jī)率。

1.2 完整、可灌性好的地層

這類(lèi)地層一般都具有較強(qiáng)的吸水性，相對(duì)灌注時(shí)間較長(zhǎng)，一般灌注到后期都是較濃比級(jí)漿液，由于漿液的析水、巖體的吸水及漿液在循環(huán)過(guò)程中的磨擦發(fā)熱使回漿變濃及回漿溫度升高，從而發(fā)生鑄管。

其解決辦法應(yīng)該是：

（1)更換現(xiàn)有漿液為新鮮漿液；

（2)增加對(duì)回漿比重及溫度的觀測(cè)頻率；

（3)增加對(duì)孔內(nèi)射漿管的活動(dòng)頻率。

1.3 破碎、松散地層

這類(lèi)地層裂隙發(fā)育，巖粉、巖屑較重，孔壁遇水易垮塌；灌漿過(guò)程中由于漿液在壓力作用下對(duì)孔壁的沖刷、磨擦，使孔壁局部產(chǎn)生垮塌。孔壁垮塌后產(chǎn)生新的巖粉、巖屑，這部分巖粉、巖屑隨回漿反出地面到積漿桶中，從而使積漿桶中的漿液越來(lái)越濃，這樣的濃漿又經(jīng)注漿泵送入孔內(nèi)，如此循環(huán)，使得回漿變濃現(xiàn)象越來(lái)越嚴(yán)重，最終導(dǎo)致鑄管。

其解決辦法首先應(yīng)該是灌前進(jìn)行風(fēng)、水聯(lián)合洗孔，使孔壁不穩(wěn)定巖塊、巖屑、巖粉在風(fēng)水聯(lián)合作用下沖洗出地面；其次是在回漿管上安裝過(guò)濾網(wǎng)，使孔內(nèi)返出的漿液不再帶有巖塊、巖屑；然后是增加對(duì)回漿比重、溫度的觀測(cè)頻率及增加對(duì)孔內(nèi)射漿管的活動(dòng)頻率，一旦發(fā)現(xiàn)回漿變濃即更換新鮮漿液繼續(xù)灌注。

1.4 軟弱地層

這類(lèi)地層一般巖粉較重，易遇水膨化（泥質(zhì)砂巖及砂質(zhì)頁(yè)巖等)。灌漿過(guò)程中由于孔內(nèi)漿液在一定壓力作用下并以一定的流速循環(huán)，循環(huán)過(guò)程中漿液會(huì)將孔壁巖石顆粒沖刷、附帶出地面而使回漿變濃后產(chǎn)生鑄管。

要解決發(fā)生鑄管的辦法應(yīng)在灌前采用壓力水脈動(dòng)沖洗，徹底將灌孔沖洗干凈，使其在灌漿過(guò)程中不發(fā)生回漿變濃現(xiàn)象；如果已發(fā)生鑄管，則采取前面所述方法進(jìn)行處理。

1.5 斷層、巖脈地層帶

斷層、巖脈地層帶巖體結(jié)構(gòu)松散，且含泥質(zhì)物較多。灌漿過(guò)程中漿液以一定壓力和流速對(duì)孔壁進(jìn)行沖刷循環(huán)，不斷地將孔內(nèi)巖體中的泥質(zhì)物攜帶到積漿桶而進(jìn)行二次循環(huán)，隨著灌注時(shí)間的延長(zhǎng)，漿液比重越來(lái)越大，回漿越來(lái)越濃而發(fā)生鑄管。

其解決辦法同樣采用前面1.3中提到的辦法。

2 工藝原因

2.1 鉆孔直徑原因

灌漿孔孔徑偏大（即環(huán)狀間隙過(guò)大)，將減緩漿液的上返速度。漿液在上返過(guò)程中存在析水、觸附在孔壁及析水后沉淀的現(xiàn)象；同時(shí)漿液在上返過(guò)程中，漿液中水泥顆粒之間、漿液與孔壁之間還將由于磨擦而產(chǎn)生熱量促使孔內(nèi)漿液析水速度加快及濃度增大，返出地面到積漿桶后即表現(xiàn)為回漿變濃。如此經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間循環(huán)，孔內(nèi)漿液越來(lái)越濃、沉淀越來(lái)越多、觸附越來(lái)越大多，使孔內(nèi)環(huán)狀間隙越來(lái)越小，最終導(dǎo)致鑄管。

對(duì)于這種情況的出理首先是在灌漿施工前就要選擇合理的鉆孔結(jié)構(gòu)參數(shù)，保證有足夠的環(huán)狀間隙使?jié){液循環(huán)速度達(dá)到最佳，減小漿液中水泥沉淀、觸附的幾率，同時(shí)增加對(duì)射漿管的活動(dòng)頻次。

2.2 回漿的循環(huán)方式

采用灌漿自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行灌漿，一般采用的是小循環(huán)方式。這種方式在灌注到后期，漿液只能作孔內(nèi)局部循環(huán)，由于漿液中水泥顆粒之間的磨擦、漿液與孔壁之間的磨擦，使得回漿變濃及漿溫升高的機(jī)會(huì)增大，從而導(dǎo)致鑄管。

要解決這一問(wèn)題，首先是要采用大循環(huán)方式進(jìn)行灌注，其次是要在注漿泵吸漿管外壁沖淋冷卻水，使?jié){溫不致升高，同時(shí)也控制了回漿變濃，減小了鑄管的機(jī)會(huì)。

2.3 灌注砂漿

遇吸漿量大時(shí)，有的技術(shù)要求灌注砂漿。灌注砂漿有一特點(diǎn)就是當(dāng)孔內(nèi)返漿時(shí)（即有回漿時(shí))，漿液中的砂容易造成回漿管路的堵塞；且當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間灌注砂漿時(shí)，易造成注漿泵的堵塞。

對(duì)于這一問(wèn)題，應(yīng)該是當(dāng)出現(xiàn)回漿時(shí)，立即停止灌注砂漿待凝，待掃孔后灌注純水泥漿液。

3 機(jī)械設(shè)備原因

3.1 射漿管

（1)灌漿施工中，若選用的射漿管上下直徑不一致及射漿管接頭外徑大于射漿管外徑，將導(dǎo)致漿液上返過(guò)程中在直徑大于射漿管正常直徑處及射漿管接頭處產(chǎn)生阻力，從而使孔內(nèi)漿液在這些地方形成觸附、凝結(jié)，最終形成鑄管。

（2)若下入灌漿孔內(nèi)的射漿管接頭連接不嚴(yán)實(shí)，在灌漿過(guò)程中將由接頭處漏漿，由于此處漏出的漿液與注入巖體的漿液壓力相等，孔內(nèi)漿液在上返過(guò)程中于漏漿接頭處將由于漏出的漿液對(duì)上返漿液的阻力而使上返漿液速度減緩，最終觸附、凝結(jié)在接頭處而形成鑄管。

因此，在安裝射漿管時(shí)就須將射漿管接頭有效的連接嚴(yán)實(shí)，使其在灌漿過(guò)程中不致漏漿而避免注管的發(fā)生。

（3)在實(shí)際灌漿施工中，很多人未按規(guī)范規(guī)定將射漿管下入到規(guī)定深度，致使射漿管距離孔底距離過(guò)大，這樣一來(lái)就造成水泥漿在孔底部位沉淀、堆積，并逐步處于初凝狀態(tài)。當(dāng)孔底水泥漿沉淀到一定程度時(shí)，由于灌入孔內(nèi)的水泥漿液在壓力下通過(guò)射漿管直接對(duì)孔底部位沖刷，導(dǎo)致后注入的水泥漿液將孔底已處于初凝或接近初凝狀態(tài)的水泥漿液沖刷后在孔底部位進(jìn)行攪拌而返出孔口，造成回漿變濃而產(chǎn)生鑄管。

因此，在灌漿施工實(shí)際操作中一定要按規(guī)范規(guī)定將射漿管下入到規(guī)定部位，使孔內(nèi)漿液具有良好的循環(huán)狀態(tài)，避免回漿變濃，減少鑄管。

3.2 射漿管接頭及其材質(zhì)

灌漿施工中所選用的射漿管及其接頭的材質(zhì)也很關(guān)鍵，若材質(zhì)強(qiáng)度、韌性不夠，一旦發(fā)生孔內(nèi)回漿變濃、輕微鑄管而活動(dòng)孔內(nèi)射漿管時(shí)，將發(fā)生孔內(nèi)射漿管脫落、斷裂，從而導(dǎo)致嚴(yán)重的鑄管事故。因此，灌漿所使用的射漿管必須選用優(yōu)質(zhì)材料，接頭的加工必須符合灌漿施工需要，必要時(shí)可以加工專(zhuān)用的、接頭上無(wú)槽口的射漿管用以灌漿，以減少漿液在上返循環(huán)過(guò)程中因接頭槽口阻力造成的漿液觸附而形成的回漿變濃及鑄管。

3.3 回漿管路堵塞

灌漿施工（循環(huán)式灌漿)所用回漿管路管徑及高壓閥門(mén)的閥體通孔過(guò)小也易造成鑄管。這是因?yàn)椋?/p>

（1)當(dāng)單位注入量不大（小于 10L/min或更小)時(shí)，回漿量相對(duì)增大，管徑或通孔過(guò)小將造成回漿阻塞，而此時(shí)孔內(nèi)回漿如前面所述產(chǎn)生變濃現(xiàn)象；

（2)由于管徑或通孔過(guò)小，阻塞現(xiàn)象越來(lái)越嚴(yán)重而造成堵管。一旦發(fā)生堵管，孔內(nèi)漿液即停止循環(huán)，此時(shí)孔內(nèi)漿液即開(kāi)始鑄管；

（3)堵管發(fā)生后，灌漿勢(shì)必中斷而進(jìn)行排除堵管。在排除過(guò)程中，孔內(nèi)漿液產(chǎn)生沉淀而導(dǎo)致鑄管。

因此，灌漿施工時(shí)，一定要選用管徑及閥體通孔能滿足回漿要求的管路及高壓閥門(mén)。

3.4 注漿泵故障

灌漿施工中，注漿泵發(fā)生故障也是造成鑄管的一個(gè)因素。

因?yàn)楣酀{過(guò)程中，注漿泵一旦發(fā)生故障（尤其是單位注入量不大或灌注濃漿時(shí))，孔內(nèi)漿液迅速沉淀而造成鑄管。

因此，在灌漿施工中，一定要保證注漿泵的完好且有備用的注漿泵。

3.5 鉆機(jī)故障

灌漿施工中，鉆機(jī)發(fā)生故障也是造成鑄管的一個(gè)因素。

正常灌漿過(guò)程中（尤其是臨近灌漿結(jié)束階段)，孔內(nèi)漿液由于長(zhǎng)時(shí)間循環(huán)產(chǎn)生磨檫孔內(nèi)漿液溫度升高而導(dǎo)致回漿變濃，需要經(jīng)常活動(dòng)孔內(nèi)射漿管。此時(shí)若鉆機(jī)出現(xiàn)故障將無(wú)法活動(dòng)孔內(nèi)射漿管而導(dǎo)致鑄管。因此，必須保證鉆機(jī)的完好，以保證射漿管的活動(dòng)頻率，避免發(fā)生鑄管及發(fā)生鑄管后的及時(shí)處理。

3.6 電動(dòng)機(jī)及電器設(shè)備故障

灌漿施工過(guò)程中，電動(dòng)機(jī)（鉆機(jī)及注漿泵)必須保證正常、完好的運(yùn)行。否則，一旦鉆機(jī)電動(dòng)機(jī)出現(xiàn)故障將不能保證孔內(nèi)射漿管的活動(dòng)而導(dǎo)致鑄管；注漿泵電動(dòng)機(jī)出現(xiàn)故障將造成灌漿中斷，同時(shí)已注入孔內(nèi)的漿液將迅速沉淀而造成鑄管。

4 其它原因

4.1 電力保障問(wèn)題

灌漿施工過(guò)程中，電力保障也是鑄管的一個(gè)因素。若在正常灌漿過(guò)程中，一旦電力不能保證而出現(xiàn)電力故障將造成灌漿中斷，中斷時(shí)間超過(guò)一定限度將導(dǎo)致鑄管。因此，灌漿施工必須要有一個(gè)良好的供電系統(tǒng)來(lái)保證灌漿工作的順利進(jìn)行。

4.2 操作人員責(zé)任心問(wèn)題

（1)灌漿施工中，操作人員的責(zé)任心十分重要。灌漿前一定做到以下幾件事：

a.檢查灌漿設(shè)備是否完好，保證在整個(gè)灌漿過(guò)程中設(shè)備的正常運(yùn)行，不能因?yàn)樵O(shè)備原因造成人為鑄管。

b.檢查射漿管是否有裂口或損毀、射漿管接頭是否完好及接頭的接口處是否平整。

c.檢查灌漿管路是否暢通，檢查管路的接頭處是否牢固、有無(wú)破損。

（2)灌漿過(guò)程中，操作人員還應(yīng)做到以下幾點(diǎn)：

a.密切注意進(jìn)漿與回漿的比重、漿液溫度變化。

b.經(jīng)常活動(dòng)射漿管。