低碳经济与灌浆

【摘　要】　为了国民经济的可持续发展，各行各业要转变发展模式适应低碳经济要求。与欧洲比较起来我国灌浆工艺粗放，浪费惊人，节能降耗潜力很大。本文对我国灌浆技术升级换代实现低碳灌浆的必要性和可能性进行讨论并提出建议。

【关键词】　低碳经济　低碳灌浆　节能　减排

1　问题的提出

当前，全世界面临着气候变暖带来的种种问题。我国经过多年的高速发展，国内生产总值（GDP）已经增长至世界第二，但环境也不堪重负。改变发展模式，减少能源消耗和碳排放已经刻不容缓。“十二五”规划期间，中国承诺到2020年将每单位GDP的碳排放较2005年削减40%～45%，2014年，习近平主席与美国总统奥巴马在北京APEC会议期间会晤承诺，至2030年我国的碳排放将不再增加。这是一个十分艰巨的任务。

天下重任，匹夫有责。灌浆行业是千万行业中的一行，灌浆企业是万千企业中的一家，节能降耗义不容辞。对比西方发达国家的灌浆技术，笔者觉得我国灌浆施工工艺粗放、浪费严重，在确保工程质量的前提下，降低能源消耗、减少浪费、减少排放的潜力很大。

2　我国与欧洲的灌浆方式和资源消耗的比较

欧洲国家灌浆一般采用钻孔工序和灌浆工序分开进行的施工方式，全孔钻进一次完成，钻孔采用冲击回转钻机，全断面破碎，钻机功率大，工效高，单位进尺能耗低；灌浆采用自下而上分段纯压式灌浆法，每一灌浆段和单位进尺的纯灌时间短，浆液损耗很少。

相比之下，我国灌浆一般采用钻孔工序和灌浆工序交替进行的施工方式，灌浆孔分段钻进，一段钻孔完成后接着灌浆，灌浆完成后接着钻进下一段钻孔……如此循环直至终孔。钻孔采用回转式岩心钻机，环状钻进，取出岩芯，钻机功率较小，但工效低，单位进尺能耗高；灌浆采用自上而下分段循环式灌浆法，每一灌浆段和单位进尺的纯灌时间长，浆液损耗很多。

粗略分析，欧洲国家一般灌浆能源消耗和水泥损耗情况为，采用液力变矩式灌浆泵功率7.5～10.0kW（灌浆压力不大于10MPa，注入率不大于100L/min），每段（长5m）纯灌时间一般不超过1h，单一灌浆段水泥浆基本无损耗，水泥浆综合损耗不大于5%。我国采用柱塞式灌浆泵功率18～22kW，每段纯灌时间都在2h以上，每段灌浆都要损耗不少水泥浆，孔口封闭法灌浆水泥浆损耗率为80%～20%，灌浆孔直径大、钻孔深、单位注入量小，则损耗大；反之损耗小。若平均损耗率以30%计，并假定单位注入量为50kg/m，则我国和欧洲每米灌浆的能耗和水泥损耗的比例分别为4∶1和8.2∶1，见表1。

上述分析还仅仅只是灌浆能耗和水泥损耗上的对比，如果再加上其他物耗、人力和时间消耗，以及钻孔消耗上的对比，差距就更大了。

3　低碳灌浆大有潜力

笔者在本书的《浅论灌浆压力与灌浆功率》中说到，灌浆是对地基做功。但是灌浆施工中实际施加到地层的有效功率是很小的。按照《水工建筑物水泥灌浆施工技术规范》（DL/T5148—2012）第5.6.10条的建议，假设灌浆压力5MPa，注入率10L/min，则有效灌浆功率Gp为

这只有我国常用灌浆泵功率的1/24，欧洲常用灌浆泵功率的1/12。

大部分功率用在何处了呢？用在了浆液的输送、机械的摩擦以及功率储备上。特别是我国的孔口封闭法灌浆，浆液在管路及全孔的循环流动中消耗了相当多的能量。在我国许多施工现场常常可以看到这样的情况，在灌浆达到结束条件的阶段，灌浆孔口压力表显示压力为6MPa，但灌浆泵上的压力表显示压力为8MPa，泵的排出浆量是100L/min，水泥浆从泵的出浆口排出，进入灌浆管路→通过射桨管至灌浆孔底→绝大部分或全部浆液返回孔口→回浆管→储浆槽，之后再进入灌浆泵，循环不止，水泥浆随之失水、发热、增黏。这时候水泥浆液消耗的功率是：

Nj＝8MPa×100L/min＝800MPa·L/min＝13.36kW

考虑泵的机械效率和电机功率因数，灌浆泵达到了满负荷工作。这也清楚地说明，孔口封闭法灌浆把绝大部分能量消耗在浆液循环上了。

4　低碳灌浆势在必行

根据表1的比较分析，我国采用的灌浆方式如果改用欧洲的灌浆方式，每延米灌浆可节电6kW·h，减少水泥损耗18kg。从网上查阅相关资料，生产1kW·h电要排放二氧化碳0.785kg，生产1t水泥约排放二氧化碳0.7～0.8t。即使按保守的估计，我国水利水电行业每年完成帷幕灌浆和深层固结灌浆约50万m，基本上是采用孔口封闭灌浆法。如此算来，一年可节电300万kW·h，减排二氧化碳2355t；节省水泥9000t，减排二氧化碳6300～7200t；共计减排二氧化碳9000t左右。这对环保是多大的贡献。

更主要的是，这种低效高耗的施工方式工艺精确度差、技术含量低、劳动强度大，使用工人多，作弊的空间大，监理的难度大，实现自动化信息化的难度大（或成本高）。尽管该法有一些突出的优点，在我国水利水电工程建设史和灌浆技术史上发挥过重大作用，至今也难以完全取消，但是在新的历史条件下，如何推广低碳灌浆应当提到议事日程。

有鉴如此，笔者建议：

（1）要打破孔口封闭法灌浆方式包打天下的局面，实现灌浆工法的多元化。要根据工程地质条件和工程目的要求允许选用可以保证质量，更加高效、更加环保的灌浆方式。

（2）要对孔口封闭法探索改进创新。孔口封闭法工艺中一些可以简化的工序、可以缩短的时间，要删繁就简，削枝强干。这方面新版灌浆规范比旧版规范（2001版）有所进步，但笔者发现一些工程的设计人员还喜欢使用旧标准。

（3）采用节能施工机械。我国的灌浆泵多是柱塞式定量泵，动力大，排量固定或分两挡，适用于循环式灌浆，如进行纯压式灌浆，就要孔外循环，仍然是一样地空耗电能。要推广变量泵，这种泵固定压力调节流量，配备电机功率相对较小，适用于纯压式灌浆。

柱塞式灌浆泵排量应设置100L/min和50L/min两挡或三挡，灌浆结束阶段使用低挡，减少管路中的循环流量，减少能耗。

（4）低碳灌浆灌浆技术对施工人员素质要求更高，要用新观念、新技术培养队伍，也包括监理、设计技术人员。

（5）应使用经济杠杆鼓励使用低碳灌浆技术，限制高耗高排低效的技术。