高寒地区复杂地质条件下帷幕灌浆射浆管改进

安鑫

【摘 要】斜卡水电站地处3100m雪域高原，由于环境温度低，冬季帷幕灌浆施工过程中，常规射浆管受环境温度影响，容易破损、发生脆性断裂，其盘状弯曲时难以安设至孔底，灌浆后扫孔难度大。为了确保深孔帷幕灌浆质量，论文提出需要对射浆管材料及其工艺进行优化、改进，以满足低温环境帷幕灌浆射浆管安装工艺要求。

【Abstract】 XieKa Hydropower Station is located in a 3100m snowy plateau. Due to the low ambient temperature， during the curtain grouting construction in winter， the conventional shotcrete pipe is easily damaged and brittle fracture due to the influence of ambient temperature. It is difficult to install it to the bottom of the hole when it is bent in a disc shape， and it is difficult to sweep the hole after grouting. In order to ensure the quality of deep hole curtain grouting， the paper puts forward that it is necessary to optimize and improve the shotcrete pipe material and technology， so as to meet the requirements of installation technology of curtain grouting shotcrete pipe in a low-temperature environment.

【关键词】高寒地区;帷幕灌浆;射浆管;扫孔;工艺优化

【Keywords】alpine area; curtain grouting; shotcrete pipes; hole cleaning; process optimization

【中图分类号】TV543                                            【文献标志码】A                                【文章编号】1673-1069（2019）10-0164-02

1 引言

斜卡水电站地质条件十分复杂，卸荷张拉裂隙发育，帷幕灌浆区域地质岩体多发育宽大、贯通裂隙，耗浆量大，且地处高寒地区，海拔3100m以上，冬季环境温度低，最低温度达到-15.6℃，昼夜最大温差达27.8℃，浆液凝结时间延长。上述问题是斜卡水电站地质缺陷处理的关键问题，其处理过程和效果直接关系到电站大坝稳定性、安全运营及电站投运效益，因此，对高寒地区宽大、贯通裂隙的处理是斜卡水电站基础处理工程的关键技术难题之一。

射浆管能否安设到位是影响帷幕灌浆施工质量的主要因素之一，高海拔、高寒地区的帷幕灌浆常规射浆管在现场运用中存在诸多技术难题。为保障帷幕灌浆施工质量、降低施工成本、提高工作效益，结合地区特殊环境条件和工程实际，探索、生产能够“下设到位，容易扫孔”的射浆管。

2 常规射浆管的缺陷

2.1 钻杆作为射浆管

帷幕灌浆中主要采用钻杆作为射浆管进行灌浆。鉴于地质条件的复杂性，特别是深孔大耗浆量孔段，灌注时间长，铸钻风险增大，孔故率高，孔故处理周期长，对施工进度与质量均造成影响。

2.2 PVC-U竖直管材

规格为3.8m/根，管壁薄，扫孔容易，材料脆性好，但运输或使用过程中，损耗率大，特别是冬季低温环境下，在运送、下设时都会出现断裂，甚至在灌浆过程中，极易造成射浆管脱落，影响灌浆质量。

2.3 PE管材

规格为100m/盘，运输、保存方便，但材质柔性较强，扫孔困难，特别是冬季低温环境下，盘状射浆管前段容易抵触到孔壁，超过60m的深孔下设困难。

2.4 射浆管施工故障

常规射浆管缺陷故障率统计结果如表1所示。

针对上述缺陷，射浆管一次性下设不到位需要反复下设甚至重复扫孔，而钻杆作为射浆管灌浆发生鑄钻后，处理周期长，若处理无效，则须重新开孔，上述缺陷一旦处理不当，不仅影响施工进度，更主要的是可能带来帷幕灌浆施工质量隐患。

3 射浆管的优化与改进

3.1 改进射浆管主要材料

改进射浆管主要材料有：蓝管粉、石蜡、硬质酸钙。根据现场试验，蓝管粉95%、石蜡3%～3.5%、硬质酸钙1.5%～2%，根据斜卡电站高寒特点，添加1.5%～3%的耐寒增塑剂（脂肪酸酰胺）。其中，蓝管粉主要成分是：聚氯乙烯（94%～96%）、硬质酸钡（2%～3%）、低温增韧剂（2%～3%）。

3.2 射浆管改进

①在对常规射浆管缺陷分析的基础上，决定对砂浆管进行优化改进，将其管壁加厚，降低破损机率;②射浆管改为直管，下设时可避免前端抵触孔壁;③适当提高石蜡成分含量，以增加管壁光滑度，减小摩擦力;③射浆管材质性能介于PVC-U管高脆性和PE管的柔韧性强度之间，对其下设和扫孔都有一定优势。

3.3 改進型射浆管再优化

改进型射浆管最大下设深度可达150m以上，能够满足现场灌浆要求，减少了孔内事故的发生，下设时脱落现象明显减少。但改进型射浆管自重大，部分管径和接头不均匀连接，对接头厚度薄，易断裂。

通过试验研究，稳定和试验最优出管速度，并改进冷却方式为水冷，以稳定管径;减小管壁厚度，增加对接头厚度;根据孔深使用不同接头长度、粘结时间。

3.4 改进型射浆管结构

通过再优化，确定对接头长度分5cm、7cm、10cm三种，射浆管壁厚为1.8mm，长度为3m、5m两种规格，且上述参数可根据需要进行调节。

为满足现场施工需求，在确保施工质量的基础上，加快施工进度，最终确定了“现场60m以内及地质条件相对较好的帷幕灌浆灌段射浆管以钻杆为主，60m以上大耗浆量深孔帷幕灌浆灌段射浆管以改进型射浆管为主”。既减少复杂地质条件下深孔帷幕灌浆铸钻风险突出的问题，又解决了常规射浆管难以下设到位和扫孔困难的缺点。

3.5 优选方案

最终选用PVC胶作为射浆管粘结剂，制作三种规格射浆管接头，以满足不同孔深射浆管连接需要，如表2所示。

4 自制射浆管性能

自制射浆管主要材料有：蓝管粉、石蜡、硬质酸钙。通过调整原材材料中的硬质酸钙配比参数，改变射浆灌浆管的强度、柔韧度，并通过掺加适量的抗寒剂，提高其抗寒性能。

4.1 改进射浆管故障发生概率低，下设相对方便

改进射浆管接头和管壁管径均一致，连接稳固，操作相对简便，且扫孔速度提高，提高了施工效率，加快了施工进度，保证了帷幕灌浆施工质量。

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

4.2 抗寒性能强，受温度影响小

斜卡水电站冬季温度低（最低温度达-15.6℃），采用常规射浆管时，抗寒性能差，易断裂。采用改进射浆管时，受环境温度的影响可忽略不计，能够满足不同温度条件下的施工需要。

4.3 回收利用率高

采用PE管材时，材质柔性较强，扫孔过程中，约80%的射浆管被扫成呈碎末状，部分仍成管状，回收率不大于20%。

采用自制射浆管时，扫孔为碎片状，可再回收利用，现场回收率可达到80%，计入回收加工成本，综合回收利用率可达50%。

采用改进射浆管后，在塌孔、返砂等施工缺陷部位能够下设到位。由于采用射浆管灌浆，出现孔故机率降低，在提高施工进度的同时，灌浆质量得到保障。同时，由于自制射浆管回收率高，成本低，取得一定的社会及经济效益。

5 结语

经过不断地试验及研究，改进射浆管能够在高寒、低温的气候下承受灌浆压力、便于下置、扫孔易碎。在保证施工工序质量的前提下，加快施工进度，缩短工期。同时，由于射浆管回收率高，能够有效地降低施工成本。

由于地质条件、灌浆孔深、环境温度的不同，对射浆管的需求各不相同。水电行业中尤其是基础处理工程，其地质条件越来越复杂，施工环境越来越恶劣，而改进型射浆管能够根据地质条件、环境温度等要求对配比进行调整，适用性强，为复杂地质、恶劣环境条件下的灌浆施工提供相保障和支持。