高速鐵路軟土路基補強中的花管注漿施工工藝探討

中鐵二十四局集團上海鐵建工程有限公司 上海 200070

1 工程概況

某高速鐵路正線K1+127～K1+192，長65 m一段正線路基至2011年2月路基軌面最大下沉降量達到46 mm，不能滿足正線無砟軌道路堤工后沉降不應(yīng)超過15 mm、路橋交界處的差異沉降不應(yīng)大于5 mm的要求，鐵路局要求該段地基采用花管注漿法進行軟土路基加固補強。

補強區(qū)域土層從上到下依次為：

①1人工填土，雜色，松散；②1黏土，褐黃色，硬（可）塑；②2黏土，灰黃色，軟塑；②3粉土、粉砂，灰色，松散-稍密；③1淤泥質(zhì)黏土，灰色，流塑；②2粉土夾粉質(zhì)黏土，灰色，稍密；④淤泥質(zhì)黏土，灰色，流塑；⑤1黏土，灰色，軟塑；⑤2粉土，灰色，稍密-中密；⑤2-1粉砂，灰色，稍密-中密；⑤3粉質(zhì)黏土，灰色，軟（可）塑；⑤4黏土，灰-灰綠色，可塑；⑥1粉質(zhì)黏土，暗綠-草黃色，硬（可）塑；⑦1粉土，草黃色-灰色，中密-密實。⑦2粉細砂，灰色，密實。

2 施工準(zhǔn)備

2.1 施工流程[1-5]

由于在已經(jīng)開通的高速鐵路下進行花管注漿加固路堤以往沒有施工先例，因此在正式施工前在場外空地上進行了試樁并進行了總結(jié)，正式大面積施工前由設(shè)計單位選擇了K1+147～K1+157左側(cè)10 m進行注漿加固試驗施工，然后進行了這段路堤共65 m的花管注漿軟土路堤加固補強施工。施工流程為場外試樁施工→加固試驗施工→正式花管注漿加固施工。

2.2 施工主要技術(shù)參數(shù)

花管注漿每段壓漿量按設(shè)計要求（軟塑黏土、粉土、粉砂層為0.7 m3/m；淤泥質(zhì)地層為1.1 m3/m）控制，管樁中下部適當(dāng)提高注漿量，嚴(yán)格控制注漿速度和注漿量；注漿壓力按設(shè)計要求10 m以下注漿壓力達到0.5 MPa，10 m以上注漿壓力達到0.2 MPa，注漿過程中以注漿量控制為主，注漿壓力控制為輔。施工主要工藝見圖1。

圖1 花管注漿施工工藝

2.3 花管注漿場外試樁施工

根據(jù)設(shè)計施工圖紙選擇2 根花管注漿點進行試樁，分別模擬花管最長的K1+191.6處L2，花管注漿試樁橫向間距約4.8 m，縱向在一個斷面上，試樁的技術(shù)參數(shù)見表1。

2011年4月24日～25日進行了場外試樁施工，施工采用1 臺小型履帶鉆機施工，采用定制優(yōu)質(zhì)地質(zhì)合金鉆頭，Φ60 mm。通過花管最長和傾斜角度最大2 根試樁的施工，驗證了工藝參數(shù)的正確性。

3 花管注漿試驗段施工

試驗段范圍內(nèi)44 根壓漿管的施工，剛開始時是按照審定的施工組織設(shè)計的要求，每天利用天窗點在0：30～3：30進行施工，投入2 臺設(shè)備1 d只能施工3 h，根據(jù)施工4 d后的對線路沉降的觀測情況（4 d來的線路沉降量不大），決定白天也可以施工。考慮到白天施工時萬一路基發(fā)生較大的沉降量時不能及時發(fā)現(xiàn)，我們在鋼軌腰部貼上了沉降觀測標(biāo)志，白天做到在注漿點附近1 h觀測1 次，并要求在白天注漿時，工務(wù)段上線進行對軌面的高低、水平和方向的檢查，如果觀測到有較大的上浮或下沉，立即報告。發(fā)現(xiàn)路基或軌道變化較大時，立即要停止施工并分析研究，確定好下一步施工工藝才能繼續(xù)進行，由于類似的施工沒有先例，試驗段施工時要控制進度，為下一步施工提供參考數(shù)據(jù)，施工期間天窗點還是按原來的安排上線用電子水準(zhǔn)儀進行沉降量的觀測，在試樁期間由于1 個區(qū)域只有2 臺機械施工，所以對路基下的土體的擾動不是很大，總的上浮量也不大。

表1 場外試樁技術(shù)參數(shù)表

4 正式花管注漿施工

在正式注漿時，必須貫徹八字方針：“少量多次，多點均勻”的原則。按照這一原則，在施工階段的測量監(jiān)測和數(shù)據(jù)分析，是一項很重要的任務(wù)，通過對數(shù)據(jù)的分析可以及時調(diào)整注漿量和注漿速度，決定正在注漿的這根樁下一步的控制要求，減少后續(xù)軌面整治達標(biāo)的工作量。

在注漿點處軌道都會隆起，在遠離注漿點的地方，軌道會產(chǎn)生加速下沉的現(xiàn)象，在施工中要有預(yù)防措施，減少或延緩這種現(xiàn)象的發(fā)生[6]；當(dāng)現(xiàn)場累計的隆起量將要達到它在這個點的累計下沉量時，立即停止注漿，尤其是在接近沒有明顯下沉量的橋涵時，以免在后期的軌面調(diào)整時無法進行作業(yè)。

5 花管注漿施工監(jiān)測數(shù)據(jù)分析

5.1 花管注漿速度對線路隆起的影響

圖2是5月28日上、下行線在K1+150位置同時注漿后，5月29日凌晨對支撐層的測量結(jié)果顯示的支撐層面的隆起線性圖，2 臺鉆機在上、下行線兩側(cè)同時注漿，注漿量是按3～5 m3/h進行的，顯然，線路的上浮速度過快，引起的最大坡率為（7.5－2.5）/10 000=0.5‰，影響的范圍是前后各30 m左右，由于坡率不大， 最大為0.5‰，故對慢行條件下的行車安全不會構(gòu)成危險，但要控制注漿速度，在5月29日我們調(diào)整了注漿速度，按1 m3/h左右進行。

5.2 花管注漿對相鄰未注漿地段的影響

圖2 沉降情況

本次注漿中發(fā)現(xiàn)的一個典型現(xiàn)象，就是在遠離注漿點的位置，如果附近沒有涵洞一類的結(jié)構(gòu)物支撐，這個位置的軌道會產(chǎn)生比原來未注漿時還要快的急速下沉，上、下行線都如此，經(jīng)分析這是由于在上、下行線兩邊同時注漿時，多出來的水泥漿的體積所產(chǎn)生的孔隙水壓力無法及時釋放，擠動了遠方的土體（注漿對土體的擾動在同濟大學(xué)現(xiàn)場埋設(shè)的測斜管的測量中也同樣得到了驗證），使得在這個位置的樁的摩擦力有所減弱，整個軌道結(jié)構(gòu)在列車動荷載的作用下會產(chǎn)生下沉，這種情況在以后的注漿時要采取相應(yīng)的措施，減少這種不利情況的產(chǎn)生。措施可以是采用在接近臨界點時，分級減少注漿量和再進一步地降低注漿速度的辦法來減少對注漿地段以外的土體的擾動。

5.3 花管注漿在未下沉地段的控制措施

無砟軌道地段在花管注漿時，要嚴(yán)密控制未下沉地段的隆起現(xiàn)象的發(fā)生，因為該地段一旦上浮后，對后期軌面的整治達標(biāo)非常困難，會影響到該地段恢復(fù)到設(shè)計速度（在圖3中K1+120實際高程已經(jīng)比設(shè)計高程高了2.8 mm）。

圖3 實際與設(shè)計軌面線對照

在我們每天與現(xiàn)場施工技術(shù)人員的交班會上，我們采取了先停機，轉(zhuǎn)至下一個注漿點注漿，再每天對該地段進行跟蹤測量，決定是否還要繼續(xù)補注漿，并嚴(yán)格控制在附近的注漿量和注漿速度，發(fā)現(xiàn)過大的隆起后及時調(diào)整，現(xiàn)場的注漿速度由最初的3～5 m3/h先降到了1 m3/h左右，到最后幾根樁時降到了嚴(yán)格控制在1 m3/h之內(nèi)。在對上行線一側(cè)K1+180處進行監(jiān)測發(fā)現(xiàn) ，軌面已經(jīng)高了8 mm左右，因此我們決定WS22-1 和WS16-1這2 根樁不注漿。

5.4 本次注漿與整治前下沉情況的對比

圖4是12月31日根據(jù)前后6 次對軌面的測量結(jié)果畫的6 條曲線，圖中最下部1 根線是我們在2月15日測得的軌面下沉曲線，上部的5 根線是在停止注漿后軌面的最高值以及4 條下降后的軌面線，從圖中可以明顯看出隆起最高的地段基本對應(yīng)的是下沉量最大的地段；線路上浮的趨勢與它下沉曲線基本對稱吻合；線路的最大上浮量還沒有達到它在這個位置先前的最大下沉量，還在可調(diào)范圍之內(nèi)。

圖4 上行線沉降趨勢

5.5 停止注漿后的軌道變化情況

在6月16日第一排注漿結(jié)束后，我們停止了注漿，進行測量觀測，通過測量我們發(fā)現(xiàn)隆起最大的地段也是下沉速率最大的地段；注漿的地段都在下沉，鄰近的未注漿地段都在緩緩回升，經(jīng)分析這與地下空隙水壓力的釋放和傳遞及注漿地段的土體沉降固結(jié)有關(guān)。這個現(xiàn)象與在注漿時的變化趨勢正好相反，但原因卻不同。

5.6 上、下行線沉降量比較

從圖4、圖5我們發(fā)現(xiàn)上、下行的隆起趨勢和隆起的量基本是相同的，這是由于我們在注漿前的方案論證時反復(fù)強調(diào)的，為了考慮到要控制線路不均勻沉降，防止出現(xiàn)過超高和欠超高的出現(xiàn)，特別提出，如果不注意對稱注漿，線路會產(chǎn)生上、下行線不均勻的沉降量，導(dǎo)致軌道出現(xiàn)前后高低甚至出現(xiàn)三角坑，從而影響線路的行車安全。為此要求上、下行線的注漿速度和注漿量要做到基本對稱注漿，防止軌道產(chǎn)生不均勻的隆起或者下沉。

圖5 下行線沉降趨勢

5.7 停止注漿后的沉降趨勢情況

停止注漿后，在注漿時隆起最大的點回落的相對快一些，見圖4、圖5，相鄰段回落的速率要慢一些?；芈淇傮w趨勢還是比較均勻的，并且，上下行軌道的回落速率基本相近，因此，注漿后的回落不會影響在慢行條件下列車的安全運行。

從圖6中可以看出，停止注漿一年多的沉降趨勢還沒有完全收斂，這就證明了地下孔隙水的釋放是一個較長時間的、緩慢的過程。因此，注漿后的對注漿收斂的觀測期是一個漫長的過程，需要做好打持久戰(zhàn)的準(zhǔn)備。

圖6 路基沉降速率

6 結(jié)語

CRTS-Ⅱ型無砟軌道下沉的處理在國內(nèi)外都沒有先例，稍有不慎會帶來無法彌補的損失。注漿前必須按鐵路行車要求，做好各項安全防護工作[7,8]。

本次注漿是按照鐵路慢行60 km/h進行防護的。注漿過程中必須做好軌道的沉降觀測工作，并及時分析觀測成果，作出相應(yīng)的調(diào)整。正式注漿前必須要做好試樁工作，確定施工工藝，花管注漿要按照“少量多次，多點均勻”的原則，防止局部隆起過大，影響行車安全。在軌道兩側(cè)注漿時，要接近于對稱注漿，防止一側(cè)軌道隆起過大，尤其是在曲線下股，會產(chǎn)生反超高，嚴(yán)重影響行車安全。對于原先沒有下沉的地段，要做到盡量不要去注漿擾動它，以免樁側(cè)摩擦力下降后使得軌道加大下沉。注漿使得軌道快速隆起，停止注漿后軌道會在較長的時期內(nèi)持續(xù)下沉，停止注漿后的對沉降收斂的觀測期是一個漫長的過程，需要做好打持久戰(zhàn)的準(zhǔn)備。