(北京韓建水利水電工程有限公司，北京 102400)

隨著科技的發(fā)展，環(huán)保意識的提高，各種灌漿技術(shù)在工程中的應(yīng)用不斷創(chuàng)新與發(fā)展，尤其是環(huán)保灌漿材料[1]的迅速推廣，使之成為將來化學(xué)灌漿中的主力軍。本文主要研究油溶性聚氨酯化學(xué)灌漿材料在地下穿墻鋼套管管壁間的堵漏技術(shù)。該技術(shù)在南水北調(diào)中線北京段沿線PCCP管道提升改造工程排氣閥的堵漏上進(jìn)行了試驗，實施效果顯著。

1 工程概況

南水北調(diào)中線北京段工程在北京房山區(qū)北拒馬河中支南進(jìn)入北京境內(nèi)，全長約80km。PCCP管道全長56.4km，占北京段總干渠長度的70%。輸水干線采用2排，主要采用內(nèi)徑4.0m的PCCP壓力管道，主要職能是將中線調(diào)水輸送至北京市區(qū)。沿線分水口、排氣排空閥井、連通井內(nèi)采用不同直徑的鋼管與PCCP壓力管道相連。

北京市南水北調(diào)工程自2008年試運行開始，運行至今。在運行過程中，工程分水口、連通井、排氣排空閥井由于設(shè)施周邊的開發(fā)建設(shè)，使地形發(fā)生了變化，導(dǎo)致地勢低洼、排水不暢，又因套管存在滲漏水導(dǎo)致地下空間潮濕,遇到短時強降雨天氣，院內(nèi)易積水，嚴(yán)重時將倒灌房屋和閥井內(nèi)，導(dǎo)致閥井內(nèi)積水排出困難大、時間長，不利于設(shè)備養(yǎng)護(hù)，如圖1所示。

圖1 雨季連通井井室現(xiàn)況

2 原設(shè)計實施方案

最初穿墻套管安裝投入使用前設(shè)計采取目前較為普遍的方案，即“聚硫密封膠+油麻填充+聚硫密封膠+石棉水泥”。該方案由于是在穿墻套管埋設(shè)后，外部土方回填覆蓋前實施的，是防滲止水施工的最好時機，能夠從迎水面阻斷水源，效果最好。一旦外部鋼管回填覆蓋后再發(fā)生滲漏，處理難度很大，且難以“根治”，除非外部再進(jìn)行開挖處理，這樣不僅費用大，還可能受周邊建筑物結(jié)構(gòu)的牽制而無法實施。

3 現(xiàn)套管壁滲漏水處理方案

3.1 滲漏原因分析

根據(jù)現(xiàn)場查看以及了解滲漏點、滲漏大小與不同季節(jié)的關(guān)系，分析判斷可能滲漏的原因如下：

a.原滲漏處理方式(油麻填充+聚硫密封膠)因年久老化，熱脹冷縮，迎水面聚硫密封膠可能開裂脫落、油麻腐爛而失效導(dǎo)致水滲入。

b.迎水面聚硫密封膠難以承受夏季雨水高水壓作用而滲漏。

c.結(jié)構(gòu)物的自然沉降引起的與堵漏填充物之間的開裂。

3.2 滲漏處理方案

根據(jù)現(xiàn)場實際情況進(jìn)行滲漏原因分析，組織行業(yè)內(nèi)專家咨詢，一致認(rèn)為解決最徹底的方案是回到最初套管埋設(shè)覆蓋前的狀態(tài)，即進(jìn)行迎水面開挖處理。但因投入大、施工周期長，且地下管路、線路復(fù)雜，未得到業(yè)主同意。

經(jīng)過探討，擬定如下方案進(jìn)行試驗研究。本工程受灌體類似“圍巖”以及“混凝土空洞”體，選擇適合“防滲堵漏”和“充填密閉”的灌漿材料，參照設(shè)計要求及現(xiàn)場實際情況結(jié)合相關(guān)工程經(jīng)驗，為保證滲漏處理的長久性，擬定采取“表面嵌填環(huán)氧膠泥+管口‘水不漏摻水泥基滲漏結(jié)晶防水涂料’+管壁內(nèi)環(huán)保型油溶性聚氨酯化學(xué)灌漿”綜合處理方案。

首先對現(xiàn)狀滲漏水套管表面聚硫密封膠和填充油麻進(jìn)行拆除，清理干凈后在套管表面一定深度內(nèi)(3～5cm)埋設(shè)高壓單向閥止水針頭，待止水針頭完全固化后進(jìn)行套管內(nèi)行化學(xué)灌漿處理，灌漿后井壁由外至內(nèi)形成隔水層，灌漿材料采用環(huán)保型油溶性聚氨酯復(fù)合材料?；瘜W(xué)灌漿后，將止水針頭外露部分切割掉，再在套管管口與管壁表面嵌填環(huán)氧膠泥。

3.2.1 注漿堵漏材料

本工程注漿堵漏材料選用油溶性聚氨酯[2]，一種由甲苯二異氰酸酯和油溶性聚醚進(jìn)行聚合反應(yīng)而成的高分子化合物。該材料是一種低黏度，單組分合成高分子聚氨酯材料，形態(tài)為遇水產(chǎn)生交聯(lián)反應(yīng)，發(fā)泡生成多元網(wǎng)狀封閉彈性體的特征。當(dāng)它被高壓注入到裂縫結(jié)構(gòu)，會延展至將所有裂縫填滿(包括肉眼難以觀察的0.015mm微縫)，遇水后伴隨交聯(lián)反應(yīng)，會釋放大量二氧化碳?xì)怏w，產(chǎn)生二次滲壓，高壓推力與二次滲壓再次將彈性體壓入并充滿所有裂隙，達(dá)到止漏目的。油溶性聚氨酯相對水溶性聚氨酯材料[3]的主要優(yōu)點是：形成的發(fā)泡體強度高、耐久性好，適合水頭高、水質(zhì)復(fù)雜的潮濕環(huán)境。其主要技術(shù)指標(biāo)見下表。

油溶性聚氨酯材料(OPU)主要技術(shù)指標(biāo)

3.2.2 機械設(shè)備

主要機械設(shè)備、工具設(shè)備：小平鏟、沖擊鉆(清理用)、切割機、高壓泵、注漿管、閥(止水針頭)，如圖2所示。

圖2 止水針頭

3.2.3 施工工藝

施工流程包括：施工準(zhǔn)備(材料準(zhǔn)備、技術(shù)準(zhǔn)備)→表層及內(nèi)部處理→重新填充部分新油麻→埋設(shè)注漿管嘴→連接灌漿泵→灌漿→切割注漿嘴外部→縫面清理→管口封閉處理。

a. 清理：詳細(xì)檢查分析滲漏點情況，對套管一周全部進(jìn)行清理，剔除表面聚硫密封膠和內(nèi)部填充油麻、鑿除表面析出物。在剔除填充油麻時，由于鋼管中部設(shè)有擋塊，擋塊前面的油麻必須全部剔除，清理干凈。擋塊后面保證將擋塊與套管之間的縫隙清理，以便漿液流入擋塊后面。實際清理過程中，發(fā)現(xiàn)原填充油麻確實大部分已經(jīng)完全腐爛，幾乎腐爛成渣子，隨水自然流出。且套管壁內(nèi)還有大量泥沙，可見，油麻已經(jīng)完全失效，甚至對鋼管壁產(chǎn)生腐蝕作用，如圖3所示。

圖3 管壁清理

b. 重新填充新油麻：在擋塊前重新填充長度約35cm左右的新油麻。清理過程中發(fā)現(xiàn)套管內(nèi)局部有大量泥沙，密實程度不一。因此，填充新油麻的深度是根據(jù)清理深度而定的，平均深度35cm左右。

c. 埋設(shè)灌漿管、閥(止水針頭)：在對表面聚硫密封膠和填充油麻剔除后，管口采取“水不漏摻水泥基滲漏結(jié)晶防水涂料”進(jìn)行固化，固化深度約為3～5cm，固化的同時沿套管與鋼管之間(約4cm厚)環(huán)向埋設(shè)灌漿管、閥，灌漿管直徑14mm、環(huán)向間距25cm、埋設(shè)長度15cm左右。埋設(shè)時，確保套管與鋼管之間管口不滲漏。在鋼管的頂部位置埋設(shè)一根直徑20mm，長15cm左右的PVC管作為排氣管，如圖4所示。

圖4 埋設(shè)灌漿管(止水針頭)

d. 準(zhǔn)備注漿設(shè)備和材料：使用輕型電動化學(xué)灌漿泵和配套設(shè)備，該灌漿設(shè)備3～6s內(nèi)壓力可升至30MPa以上工作壓力，對縫灌漿質(zhì)量有充分保證。

e. 灌漿：待埋設(shè)注漿管完全固化后，從標(biāo)高最低的注漿口開始泵入漿液，灌漿漿液采用環(huán)保型油溶性聚氨酯復(fù)合材料。灌漿順序采取從底部向兩側(cè)對稱、分序進(jìn)行灌漿；因灌漿設(shè)備的壓力由管內(nèi)水量的多少、水頭高低、灌漿充填物的情況而決定，當(dāng)接近最上部排氣孔時，如排氣孔往外冒漿，則將排氣孔用“水不漏”封閉，再進(jìn)行相鄰孔灌漿,見圖5。待所有的孔都灌完后回到先前第一個灌漿孔，再次灌漿，以保證壓力最大化。因止水針頭單向注漿閥需要至少4MPa壓力才能打開,因此灌漿起始壓力應(yīng)不小于4MPa。當(dāng)注漿閥打開后，灌漿壓力瞬間降低，灌漿過程中要嚴(yán)格控制灌漿壓力，既要保證管內(nèi)充填密實，又不能因壓力過大導(dǎo)致過多聚氨酯灌漿材料注入外部土層中，更不能因壓力過大導(dǎo)致結(jié)構(gòu)破壞。

圖5 聚氨酯灌漿

f. 切割外露注漿嘴：油溶性聚氨酯灌漿完全固化后(一般為灌漿完畢后24小時)，確認(rèn)不再漏后將外露灌漿嘴切割掉，清理干凈已固化的溢漏出的灌漿液。

g. 管口封閉處理。

4 實施效果

本方案試驗實施后因受現(xiàn)場條件的限制，既不能在管壁間鉆孔壓水，外部也無檢測空間，最后只能采取通過雨季觀察的方法來判斷實施效果。經(jīng)過多次降雨后的觀察與檢查，發(fā)現(xiàn)處理后的管口表面密實、干燥，無滲漏水現(xiàn)象，質(zhì)量效果顯著,見圖6。

圖6 堵漏后效果

5 結(jié) 語

通過研究方案的試用，證明油溶性聚氨酯化學(xué)灌漿在穿墻套管管壁間堵漏的作用明顯、效果顯著。尤其是對于鋼套管管壁間的空腔回填堵漏處理，既起到了防滲漏的作用，同時還可解決工程中要求鋼套管與鋼管之間的柔性接觸問題。

鑒于該試驗方案在類似工程中實施的先例較少，目前這類規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)也不健全(鋼管壁之間灌漿)，且實施中受穿墻套管管壁材質(zhì)的類型、埋設(shè)深度、外部地質(zhì)條件、水文條件等因素影響較多。因此，該方案的推廣應(yīng)用需要根據(jù)工程的實際情況實施，尤其是灌漿中對壓力的選擇與控制，更需謹(jǐn)慎。只有經(jīng)過以后各種工程情況的實施驗證，以及長時間的效果檢驗觀察才能形成具體的實施標(biāo)準(zhǔn)。