高寒地區(qū)復雜地質(zhì)條件下帷幕灌漿射漿管改進

安鑫

【摘 要】斜卡水電站地處3100m雪域高原，由于環(huán)境溫度低，冬季帷幕灌漿施工過程中，常規(guī)射漿管受環(huán)境溫度影響，容易破損、發(fā)生脆性斷裂，其盤狀彎曲時難以安設至孔底，灌漿后掃孔難度大。為了確保深孔帷幕灌漿質(zhì)量，論文提出需要對射漿管材料及其工藝進行優(yōu)化、改進，以滿足低溫環(huán)境帷幕灌漿射漿管安裝工藝要求。

【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.

【關(guān)鍵詞】高寒地區(qū);帷幕灌漿;射漿管;掃孔;工藝優(yōu)化

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

【中圖分類號】TV543? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 【文獻標志碼】A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 【文章編號】1673-1069（2019）10-0164-02

1 引言

斜卡水電站地質(zhì)條件十分復雜，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處理工程的關(guān)鍵技術(shù)難題之一。

射漿管能否安設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)條件的復雜性，特別是深孔大耗漿量孔段，灌注時間長，鑄鉆風險增大，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。

針對上述缺陷，射漿管一次性下設不到位需要反復下設甚至重復掃孔，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，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，下設時可避免前端抵觸孔壁;③適當提高石蠟成分含量，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”。既減少復雜地質(zhì)條件下深孔帷幕灌漿鑄鉆風險突出的問題，又解決了常規(guī)射漿管難以下設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。

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。

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)中尤其是基礎處理工程，其地質(zhì)條件越來越復雜，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。