浅析岩溶地区高压灌浆“固管”问题

杨晓波，高素丽

（辽宁省白石水库管理局，辽宁 朝阳 122000）

70年代，我国在岩溶地区贵州乌江渡电站首次采用“小口径钻孔、孔口封闭、无栓塞自上而下、分段循环式灌浆（以下简称高压灌浆）”的方式进行基础处理。近年来，通过隔河岩、东风电站等大量工程的实践证明，这种灌浆方法在岩溶发育地区基础处理中很有发展前景。其特点是工艺简单、工效高，形成的帷幕质量好。但毋庸讳言，施工中发生的“固管”，也极大地困扰着该技术的发展。以下根据工作实践，对帷幕灌浆施工中出现的这一问题进行了一些研究和探讨。

1 造成固管的主要原因

所谓“固管”，是指在帷幕灌浆施工中，由于水泥浆液的不良循环造成浆液在灌浆孔内沉淀、粘聚、凝结，进而导致射浆管与灌浆孔凝固成一体。灌浆中发生“固管”，既造成一定的经济损失，又影响了施工进度，而且由于施工者的“恐固”心理，施工中往往会发生射浆管的下置深度及使用压力难以达到规定要求，严重地影响了帷幕灌浆的质量，因此，施工中发生“固管”危害极大。那么，“固管”是怎样发生的呢？根据施工实践，可以从以下几方面分析。

1.1 施工工艺

1.1.1 灌浆压力

灌浆压力是决定灌浆效果的重要因素之一，它是由灌浆泵活塞往复运动而产生，并通过连续前进的浆液本身而传递，压力越大，浆液在地基裂缝孔隙中运行得越远，对浆液充填裂隙或溶洞效果越佳，也就是说，灌浆质量越好。根据实际施工情况，高压易引起“固管”。我们知道，在帷幕灌浆施工中，灌浆孔内的压力随不断运动的浆液向四周传递扩散，理论上与泵的排浆无关。由于孔壁及管壁的摩擦系数μ值是恒定的，因此压力越大，浆液运动时的摩擦阻力越大，相对回浆流动越困难，当浆液循环速度减小至0时，便发生了浆液沉淀、凝聚，以至产生“固管”。这是高压引起固管原因之一。其二，虽然在理论上泵的排浆量不随压力改变，而在施工实施中，由于泵体老化，压盖活塞破损等原因，漏损浆量随排出压力升高而加剧，故泵的排浆量随压力升高而减小。一方面高压孔内易进浆，而灌浆泵的排浆能力降低，因此导致回浆量减小，难以形成循环，易“固管”。

1.1.2 浆液浓度

帷幕灌浆施工中大多采用纯水泥浆 （水与水泥拌和）做为灌浆材料。根据规范要求，施工中采用由稀变浓灌注的灌浆方法。

一般说来，水灰比（W/C）大于2的浆液，它的流动性质服从于牛顿定律，故称牛顿流体。而水泥比小于2的浆液，根据它的流动性质称为宾汉流体。牛顿流体的运动阻力只与浆液的粘度成正比，即在一定的外力下，其流动的速度只决定于浆液的粘度。而宾汉流体的流动速度不仅取决于浆液的粘度，并且只有在克服流体自身的内聚力后，要使其发生流动必须施加更大的外力。所以在同样的压力下，浓浆由于受自身材料物理性质的影响，流动缓慢，水泥颗粒易凝聚，故易发生“固管”。通过东风水电站所做的浆材资料证明，浓浆的塑性粘滞系数、有效屈服强度、漏斗粘度均高于稀浆。另外，在灌注稀浆时，由于稀浆的稳定性差，水与水泥颗粒易分离，特别是通过较小裂缝，往往发生回浆变浓情况，浆液由牛顿流体变为宾汉流体，如前所述，易发生“固管”。

1.2 施工器材

1.2.1 灌浆泵

灌浆泵是灌浆用的主要设备，高压循环灌浆大多采用往复式泥浆泵，它的主要特点是排浆量只取决于泵的活塞直径、行程以及往复频率，理论上不随压力而改变。我们知道，高压灌浆的浆液回浆循环主要取决于灌浆的往复排浆循环，灌浆施工中，泵体所排浆量，一部分灌入岩溶裂隙，另一部分则通过回浆管路返回地面搅拌桶。根据施工的实际情况，灌浆泵基本保持连续工作状态，保养维修不及时，在施工中常常出现“漏浆”或“不排浆”情况，至使灌浆孔内浆液无法正常循环，回浆减小或不回浆，以至发生“固管”。

1.2.2 射浆管接头

在实际施工中，各射浆管于接头相连，接头几何尺寸不规格，当灌注浓浆时，浆液最易在各接头处聚集，随着时间增长，越聚越多，当聚集物与孔壁形成一体时，产生“固管”。

1.3 地质条件

施工实践证明，地质条件也是影响“固管”重要因素之一。

帷幕灌浆施工中常常会有这种现象：当灌浆压力小的时候，孔内不进浆，而增大压力后，灌浆流量又陡然增大，这种情况极易发生“固管”。分析其原因，在一些断层或破碎带，当灌浆压力较小时，浆液无法填充更远裂隙，压力增大后，断层或破碎带劈裂增大（冲开断层），裂隙或溶洞相贯通，致使孔内进浆量陡然增大。由于进浆小时回浆正常，进浆陡然增大后，造成靠近孔口上部的浆液相对静止，无法形成回路，加之溶洞短时期内很难填满，那部分相对静止的浆液便产生凝聚，以至“固管”。另外，在黄泥夹层或破碎地带中，由于高压作用而导致黄泥及碎石屑“挤”塞灌浆孔，严重地阻碍了浆液的回浆流动，进而发生“固管”。

以上地质情况引发的“固管”多发生在导孔及I序孔灌浆时，实践证明，当灌浆施工进入Ⅱ和Ⅲ序孔后，由于孔内进浆量小，回浆畅通，“固管”的机率大大减小。

事实上，“固管”的产生往往是上述原因综合作用的结果。“固管”的发生，既造成了一定的经济损失，又影响了施工进度。因此，在施工中，一定要做到以防为主，使该事故降到最低限度。

2 预防固管的主要措施

2.1 改进孔口封闭器

原有灌浆孔口封闭器，内含胶球，通过丝扣与孔口管相联。这种孔口封闭器最大缺点是：在灌浆过程中借助钻机立轴仅能将灌具旋转，无法提升射浆管。通过改进，在原来孔口封闭器加一活动压盖，这样可以在灌浆过程中不仅使射浆管能旋转，还能提升。既使发生“固管”，处理时也拆卸方便。通过实践，采用这种孔口封闭器，对防止“固管”起了很大作用。

2.2 经常提起和旋转射浆管

当灌浆时间持续较长时，应经常的降压提起和旋转射浆管，这样可以促进孔内浆液流动，防止水泥浆在射浆管与孔壁间隙中聚结。一般地说，每隔6～7 min，应降压提起、旋转射浆管一次，只要保持回浆流量为20～30 L/min，从而使浆液在孔内形成循环，这样就不易产生“固管”。

2.3 禁止带钻具灌浆

一些施工分队在施工中，常常在钻到段后下钻具进行灌浆，这样虽节省时间，减少人力，但由于钻具与钻孔间隙较射浆管与钻孔间隙小，回浆困难，极易“固管”。

2.4 采用稀浆并浆

在灌浆过程中，浆液浓度一般遵循由稀变浓，浓浆并浆的原则。根据前面对浆液浓度的分析，浓浆易引起“固管”。实际施工中，由于稀浆粘度小、易流动，因此稀浆能更好地密实细小裂缝和未充填充好的大裂缝，有利于灌浆质量，并且采用稀浆并浆“固管”发生机率较小。事实上，国内的一些灌浆施工专家近年来也提出了“稀浆并浆益于质量”的观点。

2.5 防止施工设备“带病”作业

在实际施工中，一些施工队伍盲目抢进度、抓效益，至使施工设备常常带病作业，这也给“固管”埋下了隐患。比如灌浆泵排浆量很小时仍旧灌浆施工，至使回浆不循环而“固管”。钻机立轴不能活动时仍旧灌浆，以至不能提钻自由而“固管”。因此，施工间停时一定要经常检修设备，禁止设备带病作业。

2.6 提高施工人员素质，加强施工责任心

“固管”的原因较多，除一些施工技术、设备因素外，还有很大部分人为因素，如无专人控制压力，不注意浆液循环、回浆情况，不提升旋转射浆管等。要杜绝“固管”的人为因素，首先要提高施工人员业务技能，积累施工经验，练就一批懂技术、能干活的队伍。其二，加强对工人责任心教育，用经济手段将施工人员与“固管”事故联系在一起。

3 处理“固管”常用方法

在灌浆过程中，一旦发现有“固管”迹象或发生“固管”，应尽快地采取措施。因为在刚发生“固管”时，仅是水泥颗粒的聚结，水泥浆液未发生初凝，如果采取适当措施，处理及时，“固管”事故一般应能解决。

3.1 高压水冲洗

在刚发生“固管”时，立即用高压水向孔内冲洗，同时敲击射浆管，利用钻机提升灌具，这种方法对“固管”发生的初始阶段有一定效果。

3.2 用“链砣”或“油压千斤顶”拔管

在高压水冲洗无效时，应尽快使用“链砣”或“油压千斤顶”拔管。由于“链砣”、“油压千斤顶”力量强，拉力大，对处理发生时间不长的“固管”事故还是行之有效的。主要缺点是由于这两种器材瞬间拉力极强，容易造成射浆管丝扣损坏而处理失败。

3.3 扩 孔

当“固管”时间发生较长，水泥浆液将射浆管与钻孔凝固一体后，上述处理方法难以达到良好效果。此时应采用比原钻孔直径大一级别的钻具扩孔，一次扩孔深度以两根射浆管长度为宜。扩孔后，使射浆管与孔壁分离，再利用“反向丝锥”逐一取管。该方法实施时，常常发生扩孔方向与原射浆管方向不一致，易造成折钻事故。因此，在进行扩孔处理时，一定要谨慎细致，且钻进速度不宜太快。

3.4 利用“反向丝锥”

所谓“反向丝锥”，是一种与射浆管螺丝方向相反的螺丝丝锥，利用这种工具，在扩孔后与射浆管搭合，越拧越紧，另一方向，使两根射浆管之间逐一松动，便可提取射浆管。