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[摘要]孔口封闭高压帷幕灌浆工艺,是目前处理大坝防渗问题所采用的灌浆工艺,但在灌浆施工中,常因水泥浆液在孔内固接,发生抱钻事故(在灌浆过程中由于水泥浆液的沉淀并粘附于灌浆管上,导致水泥凝固于钻杆上,造成孔内钻杆难于取出的一种钻探事故),给灌浆进度工作影响较大。
[关键字]水库 灌浆工程 问题
[中图分类号] TV223.4+3 [文献码] B [文章编号]1000-405X(2013)-3-227-1
1工程概况
2003年2月-2003年10月在云南省富源县响水河水库N7标段帷幕灌浆工程中响水河水库位于富源县境内,距县城20公里,主坝高35.8m,坝顶长170m,坝顶高程1941m,副坝高8.5m,坝顶长118m,库区内主要地层为二叠系栖霞、茅口组的灰岩及第四系松散层(成分主要为红粘土)。库区位于香花岭背斜北东翼,岩层总体倾向为北东的单斜岩层,倾角10°-20°,库区内主要分布有F12压扭性断层,断层周围岩石较破碎,岩溶裂隙发育,对灌浆工程造成了一定的困难。
该标段工程采用孔口封闭,自上而下分段循环灌浆的方法,浆液配比采用(水:水泥)5:1、3:1、2:1、1:1、0.8:1、0.6:1、0.5:1,灌浆压力按设计要求为第一段0-2.0m,压力为0.5-1.0MPa;第二段2.0-3.50m,压力为2MPa;第三段3.50-5.00m,灌浆压力4-5MPa;第四段及第四段以下各段段长均为5.0m,压力4-5MPa。施工初期由于高压灌浆经验及对困难的认识不足,抱钻事故频繁发生,严重影响了施工进度和施工质量。为此项目部及时组织相关技术人员,对事故原因进行分析总结。
2解决抱钻事故主要原因和相应解决方法
2.1原有管材不满足灌浆施工要求
原钻杆与接手处,因接手直径明显大于钻杆,故使其接手与钻杆外有较大的台阶面,导致水泥浆液在此处流速相对降低。故水泥浆液在此部位易逐步凝固、结块,发生抱钻事故。
解决方法:改进接手,接手与钻杆使用相同直径的管材,消除接手与钻杆的台阶面,使其表面光滑,利于浆液流动。
2.2钻孔与钻杆之间间隙较大,降低水泥浆液流速,易引起水泥浆液凝固、固结
原钻具选用了Φ91mm或Φ75mm,钻杆选用Φ50mm或Φ42mm,孔壁与钻杆之间间隙过大,在泵送浆液量一定的情况下,浆液回浆液流速相对较慢,浆液在回浆过程中,易逐步产生沉淀并粘附固结在钻杆上,诱发抱钻事故。改进后的钻头采用Φ59mm或Φ50mm,钻杆选用Φ50mm或Φ42mm,使钻孔与钻杆之间的间隙保持在10mm以内。
2.3节理裂隙和压力因素
受断层构造的影响和控制,地层岩性破碎,呈碎裂岩体,节理裂隙发育,以微细裂隙为主,在高压力的持续作用下,特别是在当压力达到5MPa以上时,浆液中的水分通过微细裂隙较快的扩散开,浆液中失水速度加快,常出现“吃水不吃浆”现象,而水泥浆不能进入微细裂隙,回浆液桶中浆液逐渐变浓,水泥浆液因失去水分及浆液的流动,温度亦会变高,加速水泥浆液凝固,形成抱钻事故。此时应采用的措施主要是在回浆桶内加注水,并及时检验、检测水泥浆液的浓度,使其始终保持规范所规定的浓度,避免因浆液浓度过大,而造成抱钻事故。
2.4较高压力状况下的压力表突然归零且不回浆,产生的抱钻事故
在灌浆过程中,当压力维持在一定的较高值时,由于在持续高压力状况下,岩层中微细裂隙突然劈裂,会发生压力的突然降低,甚至消失归零,即便降压后也不回浆,次状态如若不及时处理,一定时间后就易发生抱钻事故。分析其主要原因为,随着岩层中微细裂隙突然劈裂,浆液在钻孔深部扩散、循环,而上部浆液不流动,故浆液易在上部凝固,引发抱钻事故。如发现此现象应即使降压并上下活动钻杆,经过一定的吃浆后停灌,等待下次复灌。
2.5人为因素
在灌浆过程中,当灌浆灌录堵塞或进浆灌录爆裂,回浆管路不回浆,致使浆液浓度较高或山体劈裂冒浆等情况时,施工人员未发现或不及时停泵进行洗孔处理,导致的抱钻事故时有发生。
在灌浆压力达到5MPa的情况下,浆液因失水浓度变大,当回浆管中浓度达到一定的比级后,如施工人员不及时加水,并用随时用比重计检测浆液浓度,水泥浆液在钻杆上固结的可能性将增大,发生抱钻事故:在灌浆过程中因停电或其他原因使泵、搅拌机等机械设备突然停止运行,如不即使倒出浆桶内残余浆液,并用有一定压力的滑水冲洗孔内,将发生抱钻事故。
因水泥浆液固结,发生抱钻事故是采用孔口封闭高压帷幕灌浆工艺中常遇到的问题,在发生事故后,往往处理事故需要大量的时间、精力,对工程施工的影响较大,故预防钻探事故工作就显得尤为重要。
[关键字]水库 灌浆工程 问题
[中图分类号] TV223.4+3 [文献码] B [文章编号]1000-405X(2013)-3-227-1
1工程概况
2003年2月-2003年10月在云南省富源县响水河水库N7标段帷幕灌浆工程中响水河水库位于富源县境内,距县城20公里,主坝高35.8m,坝顶长170m,坝顶高程1941m,副坝高8.5m,坝顶长118m,库区内主要地层为二叠系栖霞、茅口组的灰岩及第四系松散层(成分主要为红粘土)。库区位于香花岭背斜北东翼,岩层总体倾向为北东的单斜岩层,倾角10°-20°,库区内主要分布有F12压扭性断层,断层周围岩石较破碎,岩溶裂隙发育,对灌浆工程造成了一定的困难。
该标段工程采用孔口封闭,自上而下分段循环灌浆的方法,浆液配比采用(水:水泥)5:1、3:1、2:1、1:1、0.8:1、0.6:1、0.5:1,灌浆压力按设计要求为第一段0-2.0m,压力为0.5-1.0MPa;第二段2.0-3.50m,压力为2MPa;第三段3.50-5.00m,灌浆压力4-5MPa;第四段及第四段以下各段段长均为5.0m,压力4-5MPa。施工初期由于高压灌浆经验及对困难的认识不足,抱钻事故频繁发生,严重影响了施工进度和施工质量。为此项目部及时组织相关技术人员,对事故原因进行分析总结。
2解决抱钻事故主要原因和相应解决方法
2.1原有管材不满足灌浆施工要求
原钻杆与接手处,因接手直径明显大于钻杆,故使其接手与钻杆外有较大的台阶面,导致水泥浆液在此处流速相对降低。故水泥浆液在此部位易逐步凝固、结块,发生抱钻事故。
解决方法:改进接手,接手与钻杆使用相同直径的管材,消除接手与钻杆的台阶面,使其表面光滑,利于浆液流动。
2.2钻孔与钻杆之间间隙较大,降低水泥浆液流速,易引起水泥浆液凝固、固结
原钻具选用了Φ91mm或Φ75mm,钻杆选用Φ50mm或Φ42mm,孔壁与钻杆之间间隙过大,在泵送浆液量一定的情况下,浆液回浆液流速相对较慢,浆液在回浆过程中,易逐步产生沉淀并粘附固结在钻杆上,诱发抱钻事故。改进后的钻头采用Φ59mm或Φ50mm,钻杆选用Φ50mm或Φ42mm,使钻孔与钻杆之间的间隙保持在10mm以内。
2.3节理裂隙和压力因素
受断层构造的影响和控制,地层岩性破碎,呈碎裂岩体,节理裂隙发育,以微细裂隙为主,在高压力的持续作用下,特别是在当压力达到5MPa以上时,浆液中的水分通过微细裂隙较快的扩散开,浆液中失水速度加快,常出现“吃水不吃浆”现象,而水泥浆不能进入微细裂隙,回浆液桶中浆液逐渐变浓,水泥浆液因失去水分及浆液的流动,温度亦会变高,加速水泥浆液凝固,形成抱钻事故。此时应采用的措施主要是在回浆桶内加注水,并及时检验、检测水泥浆液的浓度,使其始终保持规范所规定的浓度,避免因浆液浓度过大,而造成抱钻事故。
2.4较高压力状况下的压力表突然归零且不回浆,产生的抱钻事故
在灌浆过程中,当压力维持在一定的较高值时,由于在持续高压力状况下,岩层中微细裂隙突然劈裂,会发生压力的突然降低,甚至消失归零,即便降压后也不回浆,次状态如若不及时处理,一定时间后就易发生抱钻事故。分析其主要原因为,随着岩层中微细裂隙突然劈裂,浆液在钻孔深部扩散、循环,而上部浆液不流动,故浆液易在上部凝固,引发抱钻事故。如发现此现象应即使降压并上下活动钻杆,经过一定的吃浆后停灌,等待下次复灌。
2.5人为因素
在灌浆过程中,当灌浆灌录堵塞或进浆灌录爆裂,回浆管路不回浆,致使浆液浓度较高或山体劈裂冒浆等情况时,施工人员未发现或不及时停泵进行洗孔处理,导致的抱钻事故时有发生。
在灌浆压力达到5MPa的情况下,浆液因失水浓度变大,当回浆管中浓度达到一定的比级后,如施工人员不及时加水,并用随时用比重计检测浆液浓度,水泥浆液在钻杆上固结的可能性将增大,发生抱钻事故:在灌浆过程中因停电或其他原因使泵、搅拌机等机械设备突然停止运行,如不即使倒出浆桶内残余浆液,并用有一定压力的滑水冲洗孔内,将发生抱钻事故。
因水泥浆液固结,发生抱钻事故是采用孔口封闭高压帷幕灌浆工艺中常遇到的问题,在发生事故后,往往处理事故需要大量的时间、精力,对工程施工的影响较大,故预防钻探事故工作就显得尤为重要。