淺析巖溶地區高壓灌漿“固管”問題

楊曉波，高素麗

（遼寧省白石水庫管理局，遼寧 朝陽 122000）

70年代，我國在巖溶地區貴州烏江渡電站首次采用“小口徑鉆孔、孔口封閉、無栓塞自上而下、分段循環式灌漿（以下簡稱高壓灌漿）”的方式進行基礎處理。近年來，通過隔河巖、東風電站等大量工程的實踐證明，這種灌漿方法在巖溶發育地區基礎處理中很有發展前景。其特點是工藝簡單、工效高，形成的帷幕質量好。但毋庸諱言，施工中發生的“固管”，也極大地困擾著該技術的發展。以下根據工作實踐，對帷幕灌漿施工中出現的這一問題進行了一些研究和探討。

1 造成固管的主要原因

所謂“固管”，是指在帷幕灌漿施工中，由于水泥漿液的不良循環造成漿液在灌漿孔內沉淀、粘聚、凝結，進而導致射漿管與灌漿孔凝固成一體。灌漿中發生“固管”，既造成一定的經濟損失，又影響了施工進度，而且由于施工者的“恐固”心理，施工中往往會發生射漿管的下置深度及使用壓力難以達到規定要求，嚴重地影響了帷幕灌漿的質量，因此，施工中發生“固管”危害極大。那么，“固管”是怎樣發生的呢？根據施工實踐，可以從以下幾方面分析。

1.1 施工工藝

1.1.1 灌漿壓力

灌漿壓力是決定灌漿效果的重要因素之一，它是由灌漿泵活塞往復運動而產生，并通過連續前進的漿液本身而傳遞，壓力越大，漿液在地基裂縫孔隙中運行得越遠，對漿液充填裂隙或溶洞效果越佳，也就是說，灌漿質量越好。根據實際施工情況，高壓易引起“固管”。我們知道，在帷幕灌漿施工中，灌漿孔內的壓力隨不斷運動的漿液向四周傳遞擴散，理論上與泵的排漿無關。由于孔壁及管壁的摩擦系數μ值是恒定的，因此壓力越大，漿液運動時的摩擦阻力越大，相對回漿流動越困難，當漿液循環速度減小至0時，便發生了漿液沉淀、凝聚，以至產生“固管”。這是高壓引起固管原因之一。其二，雖然在理論上泵的排漿量不隨壓力改變，而在施工實施中，由于泵體老化，壓蓋活塞破損等原因，漏損漿量隨排出壓力升高而加劇，故泵的排漿量隨壓力升高而減小。一方面高壓孔內易進漿，而灌漿泵的排漿能力降低，因此導致回漿量減小，難以形成循環，易“固管”。

1.1.2 漿液濃度

帷幕灌漿施工中大多采用純水泥漿 （水與水泥拌和）做為灌漿材料。根據規范要求，施工中采用由稀變濃灌注的灌漿方法。

一般說來，水灰比（W/C）大于2的漿液，它的流動性質服從于牛頓定律，故稱牛頓流體。而水泥比小于2的漿液，根據它的流動性質稱為賓漢流體。牛頓流體的運動阻力只與漿液的粘度成正比，即在一定的外力下，其流動的速度只決定于漿液的粘度。而賓漢流體的流動速度不僅取決于漿液的粘度，并且只有在克服流體自身的內聚力后，要使其發生流動必須施加更大的外力。所以在同樣的壓力下，濃漿由于受自身材料物理性質的影響，流動緩慢，水泥顆粒易凝聚，故易發生“固管”。通過東風水電站所做的漿材資料證明，濃漿的塑性粘滯系數、有效屈服強度、漏斗粘度均高于稀漿。另外，在灌注稀漿時，由于稀漿的穩定性差，水與水泥顆粒易分離，特別是通過較小裂縫，往往發生回漿變濃情況，漿液由牛頓流體變為賓漢流體，如前所述，易發生“固管”。

1.2 施工器材

1.2.1 灌漿泵

灌漿泵是灌漿用的主要設備，高壓循環灌漿大多采用往復式泥漿泵，它的主要特點是排漿量只取決于泵的活塞直徑、行程以及往復頻率，理論上不隨壓力而改變。我們知道，高壓灌漿的漿液回漿循環主要取決于灌漿的往復排漿循環，灌漿施工中，泵體所排漿量，一部分灌入巖溶裂隙，另一部分則通過回漿管路返回地面攪拌桶。根據施工的實際情況，灌漿泵基本保持連續工作狀態，保養維修不及時，在施工中常常出現“漏漿”或“不排漿”情況，至使灌漿孔內漿液無法正常循環，回漿減小或不回漿，以至發生“固管”。

1.2.2 射漿管接頭

在實際施工中，各射漿管于接頭相連，接頭幾何尺寸不規格，當灌注濃漿時，漿液最易在各接頭處聚集，隨著時間增長，越聚越多，當聚集物與孔壁形成一體時，產生“固管”。

1.3 地質條件

施工實踐證明，地質條件也是影響“固管”重要因素之一。

帷幕灌漿施工中常常會有這種現象：當灌漿壓力小的時候，孔內不進漿，而增大壓力后，灌漿流量又陡然增大，這種情況極易發生“固管”。分析其原因，在一些斷層或破碎帶，當灌漿壓力較小時，漿液無法填充更遠裂隙，壓力增大后，斷層或破碎帶劈裂增大（沖開斷層），裂隙或溶洞相貫通，致使孔內進漿量陡然增大。由于進漿小時回漿正常，進漿陡然增大后，造成靠近孔口上部的漿液相對靜止，無法形成回路，加之溶洞短時期內很難填滿，那部分相對靜止的漿液便產生凝聚，以至“固管”。另外，在黃泥夾層或破碎地帶中，由于高壓作用而導致黃泥及碎石屑“擠”塞灌漿孔，嚴重地阻礙了漿液的回漿流動，進而發生“固管”。

以上地質情況引發的“固管”多發生在導孔及I序孔灌漿時，實踐證明，當灌漿施工進入Ⅱ和Ⅲ序孔后，由于孔內進漿量小，回漿暢通，“固管”的機率大大減小。

事實上，“固管”的產生往往是上述原因綜合作用的結果。“固管”的發生，既造成了一定的經濟損失，又影響了施工進度。因此，在施工中，一定要做到以防為主，使該事故降到最低限度。

2 預防固管的主要措施

2.1 改進孔口封閉器

原有灌漿孔口封閉器，內含膠球，通過絲扣與孔口管相聯。這種孔口封閉器最大缺點是：在灌漿過程中借助鉆機立軸僅能將灌具旋轉，無法提升射漿管。通過改進，在原來孔口封閉器加一活動壓蓋，這樣可以在灌漿過程中不僅使射漿管能旋轉，還能提升。既使發生“固管”，處理時也拆卸方便。通過實踐，采用這種孔口封閉器，對防止“固管”起了很大作用。

2.2 經常提起和旋轉射漿管

當灌漿時間持續較長時，應經常的降壓提起和旋轉射漿管，這樣可以促進孔內漿液流動，防止水泥漿在射漿管與孔壁間隙中聚結。一般地說，每隔6～7 min，應降壓提起、旋轉射漿管一次，只要保持回漿流量為20～30 L/min，從而使漿液在孔內形成循環，這樣就不易產生“固管”。

2.3 禁止帶鉆具灌漿

一些施工分隊在施工中，常常在鉆到段后下鉆具進行灌漿，這樣雖節省時間，減少人力，但由于鉆具與鉆孔間隙較射漿管與鉆孔間隙小，回漿困難，極易“固管”。

2.4 采用稀漿并漿

在灌漿過程中，漿液濃度一般遵循由稀變濃，濃漿并漿的原則。根據前面對漿液濃度的分析，濃漿易引起“固管”。實際施工中，由于稀漿粘度小、易流動，因此稀漿能更好地密實細小裂縫和未充填充好的大裂縫，有利于灌漿質量，并且采用稀漿并漿“固管”發生機率較小。事實上，國內的一些灌漿施工專家近年來也提出了“稀漿并漿益于質量”的觀點。

2.5 防止施工設備“帶病”作業

在實際施工中，一些施工隊伍盲目搶進度、抓效益，至使施工設備常常帶病作業，這也給“固管”埋下了隱患。比如灌漿泵排漿量很小時仍舊灌漿施工，至使回漿不循環而“固管”。鉆機立軸不能活動時仍舊灌漿，以至不能提鉆自由而“固管”。因此，施工間停時一定要經常檢修設備，禁止設備帶病作業。

2.6 提高施工人員素質，加強施工責任心

“固管”的原因較多，除一些施工技術、設備因素外，還有很大部分人為因素，如無專人控制壓力，不注意漿液循環、回漿情況，不提升旋轉射漿管等。要杜絕“固管”的人為因素，首先要提高施工人員業務技能，積累施工經驗，練就一批懂技術、能干活的隊伍。其二，加強對工人責任心教育，用經濟手段將施工人員與“固管”事故聯系在一起。

3 處理“固管”常用方法

在灌漿過程中，一旦發現有“固管”跡象或發生“固管”，應盡快地采取措施。因為在剛發生“固管”時，僅是水泥顆粒的聚結，水泥漿液未發生初凝，如果采取適當措施，處理及時，“固管”事故一般應能解決。

3.1 高壓水沖洗

在剛發生“固管”時，立即用高壓水向孔內沖洗，同時敲擊射漿管，利用鉆機提升灌具，這種方法對“固管”發生的初始階段有一定效果。

3.2 用“鏈砣”或“油壓千斤頂”拔管

在高壓水沖洗無效時，應盡快使用“鏈砣”或“油壓千斤頂”拔管。由于“鏈砣”、“油壓千斤頂”力量強，拉力大，對處理發生時間不長的“固管”事故還是行之有效的。主要缺點是由于這兩種器材瞬間拉力極強，容易造成射漿管絲扣損壞而處理失敗。

3.3 擴 孔

當“固管”時間發生較長，水泥漿液將射漿管與鉆孔凝固一體后，上述處理方法難以達到良好效果。此時應采用比原鉆孔直徑大一級別的鉆具擴孔，一次擴孔深度以兩根射漿管長度為宜。擴孔后，使射漿管與孔壁分離，再利用“反向絲錐”逐一取管。該方法實施時，常常發生擴孔方向與原射漿管方向不一致，易造成折鉆事故。因此，在進行擴孔處理時，一定要謹慎細致，且鉆進速度不宜太快。

3.4 利用“反向絲錐”

所謂“反向絲錐”，是一種與射漿管螺絲方向相反的螺絲絲錐，利用這種工具，在擴孔后與射漿管搭合，越擰越緊，另一方向，使兩根射漿管之間逐一松動，便可提取射漿管。