灌漿過程中鑄管原因分析

楊世華

（成都水利水電建設(shè)有限責(zé)任公司 四川成都 610072)

在采用孔口封閉自上而下分段灌漿法進(jìn)行灌漿施工的過程中，我們經(jīng)常會遇到射漿管被水泥漿液凝鑄的事故（通常稱為鑄管)，但又沒有好的辦法解決這一難題，這里就我們的一些經(jīng)驗和體會對鑄管原因進(jìn)行分析、探討。

1 地質(zhì)條件原因

灌漿施工是在各種不同的復(fù)雜地層進(jìn)行施工，地質(zhì)條件的不同，對灌漿的影響也不同；一般來說，有以下幾種不同情況。

1.1 完整、可灌性差的地層

這類地層由于巖性完整、裂隙細(xì)微，存在一定顆粒大小的水泥很難灌入。在壓力作用下，只能將水泥漿液中的水分壓入裂隙中，而水泥漿液在長時間灌注下自身還存在析水，這樣只能出現(xiàn)回漿越來越濃，從而導(dǎo)致孔內(nèi)射漿管被水泥漿液凝鑄，發(fā)生鑄管。

其解決辦法只能是對回漿比重的觀測間隔時間縮短，一旦發(fā)現(xiàn)回漿變濃，立即將原漿液用同比級新鮮漿液進(jìn)行更換繼續(xù)灌注至結(jié)束及對孔內(nèi)射漿管的活動頻率加快，減小鑄管發(fā)生機率。

1.2 完整、可灌性好的地層

這類地層一般都具有較強的吸水性，相對灌注時間較長，一般灌注到后期都是較濃比級漿液，由于漿液的析水、巖體的吸水及漿液在循環(huán)過程中的磨擦發(fā)熱使回漿變濃及回漿溫度升高，從而發(fā)生鑄管。

其解決辦法應(yīng)該是：

（1)更換現(xiàn)有漿液為新鮮漿液；

（2)增加對回漿比重及溫度的觀測頻率；

（3)增加對孔內(nèi)射漿管的活動頻率。

1.3 破碎、松散地層

這類地層裂隙發(fā)育，巖粉、巖屑較重，孔壁遇水易垮塌；灌漿過程中由于漿液在壓力作用下對孔壁的沖刷、磨擦，使孔壁局部產(chǎn)生垮塌。孔壁垮塌后產(chǎn)生新的巖粉、巖屑，這部分巖粉、巖屑隨回漿反出地面到積漿桶中，從而使積漿桶中的漿液越來越濃，這樣的濃漿又經(jīng)注漿泵送入孔內(nèi)，如此循環(huán)，使得回漿變濃現(xiàn)象越來越嚴(yán)重，最終導(dǎo)致鑄管。

其解決辦法首先應(yīng)該是灌前進(jìn)行風(fēng)、水聯(lián)合洗孔，使孔壁不穩(wěn)定巖塊、巖屑、巖粉在風(fēng)水聯(lián)合作用下沖洗出地面；其次是在回漿管上安裝過濾網(wǎng)，使孔內(nèi)返出的漿液不再帶有巖塊、巖屑；然后是增加對回漿比重、溫度的觀測頻率及增加對孔內(nèi)射漿管的活動頻率，一旦發(fā)現(xiàn)回漿變濃即更換新鮮漿液繼續(xù)灌注。

1.4 軟弱地層

這類地層一般巖粉較重，易遇水膨化（泥質(zhì)砂巖及砂質(zhì)頁巖等)。灌漿過程中由于孔內(nèi)漿液在一定壓力作用下并以一定的流速循環(huán)，循環(huán)過程中漿液會將孔壁巖石顆粒沖刷、附帶出地面而使回漿變濃后產(chǎn)生鑄管。

要解決發(fā)生鑄管的辦法應(yīng)在灌前采用壓力水脈動沖洗，徹底將灌孔沖洗干凈，使其在灌漿過程中不發(fā)生回漿變濃現(xiàn)象；如果已發(fā)生鑄管，則采取前面所述方法進(jìn)行處理。

1.5 斷層、巖脈地層帶

斷層、巖脈地層帶巖體結(jié)構(gòu)松散，且含泥質(zhì)物較多。灌漿過程中漿液以一定壓力和流速對孔壁進(jìn)行沖刷循環(huán)，不斷地將孔內(nèi)巖體中的泥質(zhì)物攜帶到積漿桶而進(jìn)行二次循環(huán)，隨著灌注時間的延長，漿液比重越來越大，回漿越來越濃而發(fā)生鑄管。

其解決辦法同樣采用前面1.3中提到的辦法。

2 工藝原因

2.1 鉆孔直徑原因

灌漿孔孔徑偏大（即環(huán)狀間隙過大)，將減緩漿液的上返速度。漿液在上返過程中存在析水、觸附在孔壁及析水后沉淀的現(xiàn)象；同時漿液在上返過程中，漿液中水泥顆粒之間、漿液與孔壁之間還將由于磨擦而產(chǎn)生熱量促使孔內(nèi)漿液析水速度加快及濃度增大，返出地面到積漿桶后即表現(xiàn)為回漿變濃。如此經(jīng)過長時間循環(huán)，孔內(nèi)漿液越來越濃、沉淀越來越多、觸附越來越大多，使孔內(nèi)環(huán)狀間隙越來越小，最終導(dǎo)致鑄管。

對于這種情況的出理首先是在灌漿施工前就要選擇合理的鉆孔結(jié)構(gòu)參數(shù)，保證有足夠的環(huán)狀間隙使?jié){液循環(huán)速度達(dá)到最佳，減小漿液中水泥沉淀、觸附的幾率，同時增加對射漿管的活動頻次。

2.2 回漿的循環(huán)方式

采用灌漿自動監(jiān)測系統(tǒng)進(jìn)行灌漿，一般采用的是小循環(huán)方式。這種方式在灌注到后期，漿液只能作孔內(nèi)局部循環(huán)，由于漿液中水泥顆粒之間的磨擦、漿液與孔壁之間的磨擦，使得回漿變濃及漿溫升高的機會增大，從而導(dǎo)致鑄管。

要解決這一問題，首先是要采用大循環(huán)方式進(jìn)行灌注，其次是要在注漿泵吸漿管外壁沖淋冷卻水，使?jié){溫不致升高，同時也控制了回漿變濃，減小了鑄管的機會。

2.3 灌注砂漿

遇吸漿量大時，有的技術(shù)要求灌注砂漿。灌注砂漿有一特點就是當(dāng)孔內(nèi)返漿時（即有回漿時)，漿液中的砂容易造成回漿管路的堵塞；且當(dāng)長時間灌注砂漿時，易造成注漿泵的堵塞。

對于這一問題，應(yīng)該是當(dāng)出現(xiàn)回漿時，立即停止灌注砂漿待凝，待掃孔后灌注純水泥漿液。

3 機械設(shè)備原因

3.1 射漿管

（1)灌漿施工中，若選用的射漿管上下直徑不一致及射漿管接頭外徑大于射漿管外徑，將導(dǎo)致漿液上返過程中在直徑大于射漿管正常直徑處及射漿管接頭處產(chǎn)生阻力，從而使孔內(nèi)漿液在這些地方形成觸附、凝結(jié)，最終形成鑄管。

（2)若下入灌漿孔內(nèi)的射漿管接頭連接不嚴(yán)實，在灌漿過程中將由接頭處漏漿，由于此處漏出的漿液與注入巖體的漿液壓力相等，孔內(nèi)漿液在上返過程中于漏漿接頭處將由于漏出的漿液對上返漿液的阻力而使上返漿液速度減緩，最終觸附、凝結(jié)在接頭處而形成鑄管。

因此，在安裝射漿管時就須將射漿管接頭有效的連接嚴(yán)實，使其在灌漿過程中不致漏漿而避免注管的發(fā)生。

（3)在實際灌漿施工中，很多人未按規(guī)范規(guī)定將射漿管下入到規(guī)定深度，致使射漿管距離孔底距離過大，這樣一來就造成水泥漿在孔底部位沉淀、堆積，并逐步處于初凝狀態(tài)。當(dāng)孔底水泥漿沉淀到一定程度時，由于灌入孔內(nèi)的水泥漿液在壓力下通過射漿管直接對孔底部位沖刷，導(dǎo)致后注入的水泥漿液將孔底已處于初凝或接近初凝狀態(tài)的水泥漿液沖刷后在孔底部位進(jìn)行攪拌而返出孔口，造成回漿變濃而產(chǎn)生鑄管。

因此，在灌漿施工實際操作中一定要按規(guī)范規(guī)定將射漿管下入到規(guī)定部位，使孔內(nèi)漿液具有良好的循環(huán)狀態(tài)，避免回漿變濃，減少鑄管。

3.2 射漿管接頭及其材質(zhì)

灌漿施工中所選用的射漿管及其接頭的材質(zhì)也很關(guān)鍵，若材質(zhì)強度、韌性不夠，一旦發(fā)生孔內(nèi)回漿變濃、輕微鑄管而活動孔內(nèi)射漿管時，將發(fā)生孔內(nèi)射漿管脫落、斷裂，從而導(dǎo)致嚴(yán)重的鑄管事故。因此，灌漿所使用的射漿管必須選用優(yōu)質(zhì)材料，接頭的加工必須符合灌漿施工需要，必要時可以加工專用的、接頭上無槽口的射漿管用以灌漿，以減少漿液在上返循環(huán)過程中因接頭槽口阻力造成的漿液觸附而形成的回漿變濃及鑄管。

3.3 回漿管路堵塞

灌漿施工（循環(huán)式灌漿)所用回漿管路管徑及高壓閥門的閥體通孔過小也易造成鑄管。這是因為：

（1)當(dāng)單位注入量不大（小于 10L/min或更小)時，回漿量相對增大，管徑或通孔過小將造成回漿阻塞，而此時孔內(nèi)回漿如前面所述產(chǎn)生變濃現(xiàn)象；

（2)由于管徑或通孔過小，阻塞現(xiàn)象越來越嚴(yán)重而造成堵管。一旦發(fā)生堵管，孔內(nèi)漿液即停止循環(huán)，此時孔內(nèi)漿液即開始鑄管；

（3)堵管發(fā)生后，灌漿勢必中斷而進(jìn)行排除堵管。在排除過程中，孔內(nèi)漿液產(chǎn)生沉淀而導(dǎo)致鑄管。

因此，灌漿施工時，一定要選用管徑及閥體通孔能滿足回漿要求的管路及高壓閥門。

3.4 注漿泵故障

灌漿施工中，注漿泵發(fā)生故障也是造成鑄管的一個因素。

因為灌漿過程中，注漿泵一旦發(fā)生故障（尤其是單位注入量不大或灌注濃漿時)，孔內(nèi)漿液迅速沉淀而造成鑄管。

因此，在灌漿施工中，一定要保證注漿泵的完好且有備用的注漿泵。

3.5 鉆機故障

灌漿施工中，鉆機發(fā)生故障也是造成鑄管的一個因素。

正常灌漿過程中（尤其是臨近灌漿結(jié)束階段)，孔內(nèi)漿液由于長時間循環(huán)產(chǎn)生磨檫孔內(nèi)漿液溫度升高而導(dǎo)致回漿變濃，需要經(jīng)常活動孔內(nèi)射漿管。此時若鉆機出現(xiàn)故障將無法活動孔內(nèi)射漿管而導(dǎo)致鑄管。因此，必須保證鉆機的完好，以保證射漿管的活動頻率，避免發(fā)生鑄管及發(fā)生鑄管后的及時處理。

3.6 電動機及電器設(shè)備故障

灌漿施工過程中，電動機（鉆機及注漿泵)必須保證正常、完好的運行。否則，一旦鉆機電動機出現(xiàn)故障將不能保證孔內(nèi)射漿管的活動而導(dǎo)致鑄管；注漿泵電動機出現(xiàn)故障將造成灌漿中斷，同時已注入孔內(nèi)的漿液將迅速沉淀而造成鑄管。

4 其它原因

4.1 電力保障問題

灌漿施工過程中，電力保障也是鑄管的一個因素。若在正常灌漿過程中，一旦電力不能保證而出現(xiàn)電力故障將造成灌漿中斷，中斷時間超過一定限度將導(dǎo)致鑄管。因此，灌漿施工必須要有一個良好的供電系統(tǒng)來保證灌漿工作的順利進(jìn)行。

4.2 操作人員責(zé)任心問題

（1)灌漿施工中，操作人員的責(zé)任心十分重要。灌漿前一定做到以下幾件事：

a.檢查灌漿設(shè)備是否完好，保證在整個灌漿過程中設(shè)備的正常運行，不能因為設(shè)備原因造成人為鑄管。

b.檢查射漿管是否有裂口或損毀、射漿管接頭是否完好及接頭的接口處是否平整。

c.檢查灌漿管路是否暢通，檢查管路的接頭處是否牢固、有無破損。

（2)灌漿過程中，操作人員還應(yīng)做到以下幾點：

a.密切注意進(jìn)漿與回漿的比重、漿液溫度變化。

b.經(jīng)常活動射漿管。