可通冷却水旋转式孔口封闭器在隘口水库帷幕灌浆中的应用

可通冷却水旋转式孔口封闭器在隘口水库帷幕灌浆中的应用

吕理军

中国水利水电第十一工程局有限公司河南郑州450000

摘要：隘口水库地质属典型的喀斯特地貌，帷幕灌浆时采用可通冷却水旋转式孔口封闭器。该封闭器解决了灌浆管钻杆与密封胶球产生的摩擦发热软化、胶球损坏的问题，保证了灌浆过程的连续性。本文对可通冷却水旋转式孔口封闭器的构造、技术原理及应用成果进行了总结。

关键词：隘口水库；可通冷却水旋转式孔口封闭器；帷幕灌浆

1概况

隘口水库位于重庆秀山土家族苗族自治县隘口镇上游1.5km的平江河上，水库设计正常蓄水位544.45m，总库容3580m3，大坝为沥青混凝土心墙堆石坝，设计最大坝高86.2m，总灌溉面积为20.12万亩，是一座以灌溉、防洪为主并兼顾供水、发电等综合效益的中型水利工程。

隘口水库属典型的喀斯特地貌，岩溶极为发育，帷幕灌浆施工时注入量大，孔段复灌次数多，灌浆历时长。因地层原因，自上而下分段跟塞灌浆法和自下而上分段灌浆法等都是很难实现的，经过试验，采用孔口封闭、孔内循环、自上而下的灌浆方法进行隘口水库帷幕灌浆的施工。

2孔口封闭灌浆法需要解决的难题

孔口封闭灌浆法的主要缺点是在灌注浓浆量大、灌注时间较长、回浆量小时，孔内浆液的流速减慢，浆液中的水泥颗粒逐渐沉淀将孔内钻杆凝住，我们称为“铸管”。为此，必须使用性能良好的孔口封闭器，以便在灌浆过程中经常活动孔内钻杆，防止其被水泥浆凝住。对于深孔段灌浆发生“铸管”事故时，事故的处理非常麻烦，要投入大量的人力、物力，而且极易引起安全事故。

3解决方案

为了减少“铸管”事故的发生，在前期的试验施工中，主要采用在灌浆间歇时活动和升降灌浆管（钻杆）的方法，此时“铸管”现象十分频繁；后改为在灌浆过程中不停地转动灌浆管（钻杆）的方法，能有效减少“铸管”事故的发生，但在实施过程中发现灌浆管（钻杆）转动一段时间后，灌浆管（钻杆）与孔口封闭器内的密封胶球之间出现漏浆。经过观察和对孔口封闭器的研究及分析，主要原因是灌浆管（钻杆）转动时与孔口封闭器内的密封胶球因摩擦发热十分严重。在摩擦发热时，使密封胶球软化使灌浆管（钻杆）之间不能很好的密封导致漏浆，同时密封胶球的摩擦发热又加速了胶球的损坏，导致出现漏浆，甚至出现中途更换胶球，导致灌浆中断。

针对这个问题，经过不断摸索和总结，在传统孔口封闭器加装了冷却循环系统，解决了灌浆管（钻杆）与密封胶球产生的摩擦发热软化、胶球损坏的问题。孔口封闭器加装了冷却系统后，在灌浆过程中通入冷却水，及时对密封胶球进行冷却，降低了灌浆管（钻杆）与密封胶球之前的摩擦温度，延长了密封胶球的使用时间，保证了灌浆过程的连续性。

4“可通冷却水旋转式孔口封闭器”的构造及技术原理

“可通冷却水旋转式孔口封闭器”是在传统孔口封闭器加装了冷却循环系统，包括圆筒形基座、橡胶圈和压盖，橡胶圈设置在基座内壁中部的凸台上，基座的上部设有冷却水接头，基座的下部设有回浆管接头，压盖通过螺纹连接方式旋紧于基座顶部并压紧橡胶圈，并通过基座上部的冷却水接头通水对橡胶圈进行冷却。

其技术原理为：灌浆前首先将钻杆（灌浆中利用钻杆作为射浆管）下至孔底，然后再采用管钳将基座与孔口管螺纹连接，再将橡胶圈穿过钻杆，装入基座内壁设的凸台部，再安装钢盖头并拧紧，使橡胶圈产生挤压而抱紧钻杆，达到密封止浆的效果。

安装完成后，将钻杆提起20～50cm保证浆液在孔底畅通。如图1所示，在灌浆过程中水泥浆液通过钻杆进入孔底，并通过钻杆与孔壁之间回流至基座的回浆管接头处，最后至灌浆搅拌桶内。由于钻杆4与孔壁间间隙较小，水泥浆液在高压（4～6MPa）易凝固，使孔壁与钻杆连接在一起，造成抱钻等孔内事故，为了避免孔内事故，需连续活动钻杆。

传统的孔口封闭器由于橡胶圈传递的作用力不均匀，水泥浆液进入钻杆与橡胶之间后不能形成自身润滑而增大了摩擦系数，钻杆长时间转动时橡胶圈发热，产生变形，导致橡胶圈与钻杆抱紧不严，出现漏浆。而本实用新型加装的冷却水组件，可防止在灌浆过程中钻杆长时间转动时橡胶圈发热变形，保证橡胶圈与钻杆抱紧严密，不出现漏浆。因此在灌浆过程中可长时间连续转动钻杆，取得了较好的技术效果。具体结构图见图1，主要技术参数见表1。

5技术的创造性与先进性

与传统孔口封闭器相比，可通冷却水旋转式孔口封闭器的优点在于：

（1）可通冷却水旋转式孔口封闭器安装便利、省时，加工简单。该孔口封闭器都是通过螺纹连接，只需管钳即可完成安装，相比于传统的卡式孔口封闭器，减少了4处螺栓连接，避免了螺栓连接滑丝或浸入水泥浆液造成安装的不便。

（2）可通冷却水旋转式孔口封闭器密封性能好。现有的孔口封闭器由于橡胶圈传递的作用力不均匀，水泥浆液进入钻杆与橡胶之间后不能形成自身润滑而增大了摩擦系数，钻杆长时间转动时橡胶圈发热，产生变形，导致橡胶圈与钻杆抱紧不严，出现漏浆，而该孔口封闭器加装的冷却水组件，防止在灌浆过程中钻杆长时间转动时橡胶圈发热变形，保证橡胶圈与钻杆抱紧严密，不出现漏浆，有效克服了上述缺陷。

（3）可通冷却水旋转式孔口封闭器使在灌浆过程中灌浆管（钻杆）一直转动，不易被孔内的水泥凝住，即使因灌注时间太长，灌浆管被水泥凝住，也能及时发现，大大减少了“铸管”事故，降低了处理的难度。

6应用成果

隘口水库采用可通冷却水旋转式孔口封闭器完成了约10万米的帷幕灌浆施工工作，经过实际运用，我们对可通冷却水旋转式孔口封闭器应用的体会是：

（1）采用可通冷却水旋转式孔口封闭器，可有效降低封闭器胶塞的磨损，灌浆管在孔内能连续转动，大幅度减少了高压灌浆“铸管”现象的发生，提高了工作效率，有力的保证了工程按期完成。

（2）使用寿命长，密封胶球重复利用次数多，综合效益显著。

7结语

可通冷却水旋转式孔口封闭器较好的解决了灌浆管（钻杆）与密封胶球产生的摩擦发热软化、胶球损坏的问题。孔口封闭器加装了冷却系统后，在灌浆过程中通入冷却水，及时对密封胶球进行冷却，降低了灌浆管（钻杆）与密封胶球之前的摩擦温度，延长了密封胶球的使用时间，保证了灌浆过程的连续性，有较好的推广应用价值。

参考文献：

[1]梁经纬，张贵金，陈建生，等.压滤式孔口封闭器：，CN103774683A[P].2014.