高寒地区复杂地质条件下帷幕灌浆射浆管改进

安鑫

（中国水利水电第七工程局成都水电建设工程有限公司，成都 611130）

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。

表1 射浆管缺陷故障率统计

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铸钻后，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 改进型射浆管再优化

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。

表2 不同规格射浆管接头及粘结时间

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。

表3 自制射浆管缺陷故障率统计

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。