高寒地區(qū)復(fù)雜地質(zhì)條件下帷幕灌漿射漿管改進

安鑫

（中國水利水電第七工程局成都水電建設(shè)工程有限公司，成都 611130）

1 引言

斜卡水電站地質(zhì)條件十分復(fù)雜，卸荷張拉裂隙發(fā)育，帷幕灌漿區(qū)域地質(zhì)巖體多發(fā)育寬大、貫通裂隙，耗漿量大，且地處高寒地區(qū)，海拔3100m以上，冬季環(huán)境溫度低，最低溫度達到-15.6℃，晝夜最大溫差達27.8℃，漿液凝結(jié)時間延長。上述問題是斜卡水電站地質(zhì)缺陷處理的關(guān)鍵問題，其處理過程和效果直接關(guān)系到電站大壩穩(wěn)定性、安全運營及電站投運效益，因此，對高寒地區(qū)寬大、貫通裂隙的處理是斜卡水電站基礎(chǔ)處理工程的關(guān)鍵技術(shù)難題之一。

射漿管能否安設(shè)到位是影響帷幕灌漿施工質(zhì)量的主要因素之一，高海拔、高寒地區(qū)的帷幕灌漿常規(guī)射漿管在現(xiàn)場運用中存在諸多技術(shù)難題。為保障帷幕灌漿施工質(zhì)量、降低施工成本、提高工作效益，結(jié)合地區(qū)特殊環(huán)境條件和工程實際，探索、生產(chǎn)能夠“下設(shè)到位，容易掃孔”的射漿管。

2 常規(guī)射漿管的缺陷

2.1 鉆桿作為射漿管

帷幕灌漿中主要采用鉆桿作為射漿管進行灌漿。鑒于地質(zhì)條件的復(fù)雜性，特別是深孔大耗漿量孔段，灌注時間長，鑄鉆風(fēng)險增大，孔故率高，孔故處理周期長，對施工進度與質(zhì)量均造成影響。

2.2 PVC-U豎直管材

規(guī)格為3.8m/根，管壁薄，掃孔容易，材料脆性好，但運輸或使用過程中，損耗率大，特別是冬季低溫環(huán)境下，在運送、下設(shè)時都會出現(xiàn)斷裂，甚至在灌漿過程中，極易造成射漿管脫落，影響灌漿質(zhì)量。

2.3 PE管材

規(guī)格為100m/盤，運輸、保存方便，但材質(zhì)柔性較強，掃孔困難，特別是冬季低溫環(huán)境下，盤狀射漿管前段容易抵觸到孔壁，超過60m的深孔下設(shè)困難。

2.4 射漿管施工故障

常規(guī)射漿管缺陷故障率統(tǒng)計結(jié)果如表1所示。

表1 射漿管缺陷故障率統(tǒng)計

針對上述缺陷，射漿管一次性下設(shè)不到位需要反復(fù)下設(shè)甚至重復(fù)掃孔，而鉆桿作為射漿管灌漿發(fā)生鑄鉆后，處理周期長，若處理無效，則須重新開孔，上述缺陷一旦處理不當(dāng)，不僅影響施工進度，更主要的是可能帶來帷幕灌漿施工質(zhì)量隱患。

3 射漿管的優(yōu)化與改進

3.1 改進射漿管主要材料

改進射漿管主要材料有：藍管粉、石蠟、硬質(zhì)酸鈣。根據(jù)現(xiàn)場試驗，藍管粉95%、石蠟3%～3.5%、硬質(zhì)酸鈣1.5%～2%，根據(jù)斜卡電站高寒特點，添加1.5%～3%的耐寒增塑劑（脂肪酸酰胺）。其中，藍管粉主要成分是：聚氯乙烯（94%～96%）、硬質(zhì)酸鋇（2%～3%）、低溫增韌劑（2%～3%）。

3.2 射漿管改進

①在對常規(guī)射漿管缺陷分析的基礎(chǔ)上，決定對砂漿管進行優(yōu)化改進，將其管壁加厚，降低破損機率；②射漿管改為直管，下設(shè)時可避免前端抵觸孔壁；③適當(dāng)提高石蠟成分含量，以增加管壁光滑度，減小摩擦力；③射漿管材質(zhì)性能介于PVC-U管高脆性和PE管的柔韌性強度之間，對其下設(shè)和掃孔都有一定優(yōu)勢。

3.3 改進型射漿管再優(yōu)化

改進型射漿管最大下設(shè)深度可達150m以上，能夠滿足現(xiàn)場灌漿要求，減少了孔內(nèi)事故的發(fā)生，下設(shè)時脫落現(xiàn)象明顯減少。但改進型射漿管自重大，部分管徑和接頭不均勻連接，對接頭厚度薄，易斷裂。

通過試驗研究，穩(wěn)定和試驗最優(yōu)出管速度，并改進冷卻方式為水冷，以穩(wěn)定管徑；減小管壁厚度，增加對接頭厚度；根據(jù)孔深使用不同接頭長度、粘結(jié)時間。

3.4 改進型射漿管結(jié)構(gòu)

通過再優(yōu)化，確定對接頭長度分5cm、7cm、10cm三種，射漿管壁厚為1.8mm，長度為3m、5m兩種規(guī)格，且上述參數(shù)可根據(jù)需要進行調(diào)節(jié)。

為滿足現(xiàn)場施工需求，在確保施工質(zhì)量的基礎(chǔ)上，加快施工進度，最終確定了“現(xiàn)場60m以內(nèi)及地質(zhì)條件相對較好的帷幕灌漿灌段射漿管以鉆桿為主，60m以上大耗漿量深孔帷幕灌漿灌段射漿管以改進型射漿管為主”。既減少復(fù)雜地質(zhì)條件下深孔帷幕灌漿鑄鉆風(fēng)險突出的問題，又解決了常規(guī)射漿管難以下設(shè)到位和掃孔困難的缺點。

3.5 優(yōu)選方案

最終選用PVC膠作為射漿管粘結(jié)劑，制作三種規(guī)格射漿管接頭，以滿足不同孔深射漿管連接需要，如表2所示。

表2 不同規(guī)格射漿管接頭及粘結(jié)時間

4 自制射漿管性能

自制射漿管主要材料有：藍管粉、石蠟、硬質(zhì)酸鈣。通過調(diào)整原材材料中的硬質(zhì)酸鈣配比參數(shù)，改變射漿灌漿管的強度、柔韌度，并通過摻加適量的抗寒劑，提高其抗寒性能。

4.1 改進射漿管故障發(fā)生概率低，下設(shè)相對方便

改進射漿管接頭和管壁管徑均一致，連接穩(wěn)固，操作相對簡便，且掃孔速度提高，提高了施工效率，加快了施工進度，保證了帷幕灌漿施工質(zhì)量。

表3 自制射漿管缺陷故障率統(tǒng)計

從表3中可以看出，采用自制射漿管后，射漿管平均故障率由前期的13.4%，降低至2.0%。

4.2 抗寒性能強，受溫度影響小

斜卡水電站冬季溫度低（最低溫度達-15.6℃），采用常規(guī)射漿管時，抗寒性能差，易斷裂。采用改進射漿管時，受環(huán)境溫度的影響可忽略不計，能夠滿足不同溫度條件下的施工需要。

4.3 回收利用率高

采用PE管材時，材質(zhì)柔性較強，掃孔過程中，約80%的射漿管被掃成呈碎末狀，部分仍成管狀，回收率不大于20%。

采用自制射漿管時，掃孔為碎片狀，可再回收利用，現(xiàn)場回收率可達到80%，計入回收加工成本，綜合回收利用率可達50%。

采用改進射漿管后，在塌孔、返砂等施工缺陷部位能夠下設(shè)到位。由于采用射漿管灌漿，出現(xiàn)孔故機率降低，在提高施工進度的同時，灌漿質(zhì)量得到保障。同時，由于自制射漿管回收率高，成本低，取得一定的社會及經(jīng)濟效益。

5 結(jié)語

經(jīng)過不斷地試驗及研究，改進射漿管能夠在高寒、低溫的氣候下承受灌漿壓力、便于下置、掃孔易碎。在保證施工工序質(zhì)量的前提下，加快施工進度，縮短工期。同時，由于射漿管回收率高，能夠有效地降低施工成本。

由于地質(zhì)條件、灌漿孔深、環(huán)境溫度的不同，對射漿管的需求各不相同。水電行業(yè)中尤其是基礎(chǔ)處理工程，其地質(zhì)條件越來越復(fù)雜，施工環(huán)境越來越惡劣，而改進型射漿管能夠根據(jù)地質(zhì)條件、環(huán)境溫度等要求對配比進行調(diào)整，適用性強，為復(fù)雜地質(zhì)、惡劣環(huán)境條件下的灌漿施工提供相保障和支持。