注漿技術(shù)在既有鐵路覆蓋型巖溶路基整治中的應(yīng)用

鄧潤福

(中鐵第四勘察設(shè)計院集團公司，湖北 武漢 430063)

注漿技術(shù)在既有鐵路覆蓋型巖溶路基整治中的應(yīng)用

鄧潤福

(中鐵第四勘察設(shè)計院集團公司，湖北 武漢 430063)

受鐵路線路走向、平縱斷面及站點設(shè)置控制，山區(qū)鐵路工程常無法避免以路基形式穿越巖溶發(fā)育區(qū)。而覆蓋型巖溶路基的整治處理以及長期穩(wěn)定性直接關(guān)系到鐵路運營安全。在簡述注漿加固機理的基礎(chǔ)上，以既有鐵路銅九鐵路覆蓋型巖溶路基注漿整治工程為例，詳細(xì)介紹方案設(shè)計、成孔、漿液配制、注漿壓力、注漿終止標(biāo)準(zhǔn)、注漿工藝等關(guān)鍵參數(shù)和流程，并對注漿處理效果進行綜合評價，提出既有鐵路覆蓋型巖溶路基應(yīng)關(guān)注的有關(guān)問題和建議。

覆蓋型巖溶；路基；注漿技術(shù)；質(zhì)量評價

巖溶發(fā)育區(qū)地面塌陷是一種常見的不良地質(zhì)現(xiàn)象。線狀展布的鐵路工程受線路走向、站點設(shè)置等控制，常無法完全繞避巖溶發(fā)育區(qū)，特別是山區(qū)鐵路。其中覆蓋型巖溶路基的長期穩(wěn)定性事關(guān)鐵路的安全運營，隨著認(rèn)識水平和建設(shè)技術(shù)的不斷發(fā)展，新建鐵路均采取了可靠的措施[1]。而較早期建成的既有鐵路，由于勘測技術(shù)、工程投資控制、處理措施偏弱或使用環(huán)境條件發(fā)生巨大變化等，巖溶路基塌陷偶有發(fā)生，影響著鐵路安全運營。通過對覆蓋型巖溶路基的穩(wěn)定性進行評估，在不影響線路正常運營的條件下，對不穩(wěn)定區(qū)和欠穩(wěn)定區(qū)進行注漿加固處理，是既有線覆蓋型巖溶路基整治處理的首選措施。本文簡述了巖溶注漿技術(shù)的處理原理，并以典型工點為例，詳細(xì)說明了覆蓋型巖溶路基處理的方案設(shè)計、關(guān)鍵工藝和技術(shù)參數(shù)，以及處理后的綜合質(zhì)量評價方法，可供類似工程借鑒參考。

1 注漿加固機理

在巖溶發(fā)育過程及誘發(fā)覆蓋型巖溶地面塌陷三個條件(即為:可溶巖及巖溶發(fā)育程度，覆蓋層厚度、結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，水量和地下水動力條件)中，水量和水力聯(lián)系是控制性條件。覆蓋型巖溶地面塌陷涉及到巖、土、水、氣四者的共同作用。阻斷水力聯(lián)系、減小滲透性，可從根本上防止或減緩溶蝕、吸蝕、流失的發(fā)生或速率[2]。鉆孔注漿技術(shù)的目的即是在巖、土界面上下形成一定厚度的阻水帷幕并填充已有空洞，避免由于地下水的長期活動而引起土質(zhì)的長期蠕變或沉降危及路基的穩(wěn)定。根據(jù)地層結(jié)構(gòu)、巖溶發(fā)育深度、穩(wěn)定性評價結(jié)果，預(yù)先鉆孔至處理深度，通過一定的壓力,使?jié){液(水泥漿)充填下伏灰?guī)r頂部的溶洞、溶槽、裂隙，及上部土層中的孔隙、土洞。使其基本形成水平阻水帷幕，切斷降水或其所形成的地表水沿覆蓋土層下滲，和深層地下水的升降變化直接侵蝕上部土層,同時也使上部土層得到加固,從而實現(xiàn)加固和穩(wěn)定路基的目的[3]。

2 典型工點工程概況

既有鐵路銅九線是客貨共線鐵路，設(shè)計時速120 km/h，已建成通車多年。經(jīng)綜合勘察、穩(wěn)定性評價分析，屬欠穩(wěn)定、不穩(wěn)定的覆蓋型巖溶路基共有四段，分別為K1+097～K1+398、K6+970～K7+130、K7+330～K7+680以及K9+070～K9+300，總長1 041 m，均為單線路堤，填高3～5 m。

K9+070～K9+300段位于銅陵市獅子山區(qū)，地處長江南岸。工點范圍內(nèi)均為第四系沖洪積土層覆蓋，地層巖性自上而下依次為：①人工填土、填筑土；②粉質(zhì)黏土、淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土、粉質(zhì)黏土，褐黃色，軟—硬塑；③細(xì)圓礫土、粉質(zhì)黏土，稍密—中密；④下伏三疊系中統(tǒng)灰?guī)r，溶蝕裂隙發(fā)育，溶蝕嚴(yán)重，巖芯見有溶蝕裂隙與溶洞。詳見圖1。

圖1 K9+070～K9+300段巖性剖面圖Fig.1 Lithology section of K9+070～K9+300

3 注漿處理方案設(shè)計

經(jīng)綜合比選，本段覆蓋型巖溶路基按照“探灌結(jié)合”的原則，采用鉆孔壓力注漿處理[4]。漿液擴散半徑按3.0～5.0 m考慮。根據(jù)場地條件，為不影響鐵路正常運營，在鐵路正線的兩側(cè)布置注漿孔(斜孔)。主要處理層位：土層注漿加固厚度原則上為巖面以上3.0 m，如在鉆孔過程中發(fā)現(xiàn)覆蓋層中土洞，則應(yīng)加大覆蓋層中注漿加固厚度；鉆孔進入灰?guī)r5.0 m，當(dāng)5.0 m內(nèi)遇見溶洞時應(yīng)穿過溶洞底板，進入完整基巖≥2.0 m。K9+070～K9+300段巖溶地基注漿加固設(shè)計縱斷面圖見圖2。

3.1 鉆孔布置

K9+070～K9+300段：在鐵路中心左側(cè)4.5 m和右側(cè)4.5 m處各設(shè)一排注漿斜孔，傾角30°，斜孔縱向間距5 m，孔深22.0～33.5 m。

3.2 漿材配制

漿材以純水泥漿為主，采用礦渣硅酸鹽水泥或P.O42.5級普通硅酸鹽水泥，水灰比0.8∶1～1.2∶1，視地層的滲透性選用。為控制漿液的過遠(yuǎn)擴散和冒漿，必要時可添加水玻璃，其摻入量按2%考慮。若孔內(nèi)發(fā)現(xiàn)較大的空洞時，應(yīng)先投放粗顆粒材料(砂或碎石)，然后注漿。

圖2 K9+070～K9+300段巖溶地基注漿加固設(shè)計縱斷面圖Fig.2 Vertical sectional profile of grouting reinforcement design of karst foundation data about K9+070～K9+300 section

3.3 注漿壓力

粉質(zhì)黏土和圓礫土的注漿壓力按100～300 kPa、灰?guī)r巖層的注漿壓力按200～500 kPa控制。注漿壓力可根據(jù)注漿方法、注漿段深度及注漿過程中出現(xiàn)的情況，如冒漿、地面變形、軌道穩(wěn)定情況等，及時動態(tài)調(diào)整。

3.4 單孔注漿終止標(biāo)準(zhǔn)

注漿過程中，隨著壓力逐漸上升，注漿量會逐漸下降。當(dāng)注漿達(dá)到下列標(biāo)準(zhǔn)之一時，可終止該孔注漿：①注漿孔口壓力維持在0.1～0.5 MPa左右，吸漿量≤40 L/min且≥30 min；②冒漿點已出有效距離3～5 m時；③單孔注漿量達(dá)到平均注漿量的1.5～2.0倍，且進漿量明顯減少時；④巖溶裂隙不發(fā)育和巖層完整的鉆孔，注漿壓力達(dá)到1.5 MPa，漿液難以注入時。

4 注漿工藝

注漿施工前，應(yīng)首先按50～100 m分段進行注漿試驗。以檢驗注漿設(shè)備,驗證設(shè)計方,獲取工藝參數(shù)，確定材料配比和注漿壓力、單位注漿量等適用于本工點的關(guān)鍵工藝技術(shù)參數(shù)，本工點正式施工前首先進行了3孔注漿試驗。

注漿施工采用自下而上分段止?jié){—注漿工藝。首先采用大口徑鉆具開孔，鉆至地表以下2～3 m，然后下孔口管，將外壁封住防止注漿時孔口冒漿；之后改用小口徑鉆具鉆至設(shè)計孔深，終孔孔徑≥89 mm，全程跟管鉆進。注漿分段長度可根據(jù)地層巖性不同分段，同一種地層按2～4 m分段注漿。

5 注漿效果評價

按上述方案和工藝進行注漿處理后，分別采用鉆孔取芯、壓水對比試驗、綜合物探三種方法進行質(zhì)量檢驗和處理效果評價。

5.1 壓水對比試驗

注漿前選擇有代表性的地段地質(zhì)鉆孔進行鉆孔壓水試驗4次，其中土層2次，巖層2次。注漿后再進行鉆孔壓水試驗4次，其中土層2次，巖層2次。試驗成果見表1。注水試驗結(jié)果表明：注漿后巖層單位長度吸水量<0.42(土層時0.33)L/min·m·m,且小于注漿前的35%,質(zhì)量合格。

表1 注漿加固前后壓水試驗成果表

5.2 綜合物探[5]

綜合物探主要采用地質(zhì)雷達(dá)和瞬態(tài)面波法進行檢測。首先使用地質(zhì)雷達(dá)法對整個加固區(qū)進行全面掃描，探測數(shù)據(jù)的解釋僅就圖像本身特征進行分析，選取重點區(qū)段進行面波探測。利用瞬態(tài)面波在介質(zhì)中傳播時的頻散特性，檢測注漿加固處理效果[6]。本工點在地質(zhì)雷達(dá)法圖像上表現(xiàn)為漿液擴散不明顯的地段采用瞬態(tài)面波法檢測,共檢測10點。通過對面波數(shù)據(jù)的處理，得到瞬態(tài)面波頻散曲線10張，將瞬態(tài)面波頻散曲線分層速度按5 m間隔插值得到瞬態(tài)面波速度表并轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的橫波速度。注漿后面波波速滿足表2的要求。

表2 巖土體注漿質(zhì)量檢測標(biāo)準(zhǔn)一覽表

5.3 鉆孔取芯

鉆孔取芯是最直觀的質(zhì)量檢驗方法，檢測孔按注漿孔1%～2%計且不少于3孔。主要檢查漿液充填情況。通過結(jié)石率、水泥結(jié)石分布形態(tài)評價處理質(zhì)量。本工點共進行鉆孔取芯監(jiān)測5孔，見結(jié)石率100%，主要分布在土層裂隙、空隙中?；鶐r與上覆土層接觸面附近及基巖裂隙、溶洞中，結(jié)石形態(tài)多為塊狀、脈狀及片狀。巖土界面、基巖裂隙、溶洞的注漿充填飽滿，地基密實程度較高。

綜合上述，在注漿處理施工完成后，采用壓水試驗、鉆探取芯及瞬態(tài)面波多種方法檢測，結(jié)果表明各項檢測指標(biāo)均達(dá)到或超過規(guī)范的要求，路基有欠穩(wěn)定狀態(tài)提升至穩(wěn)定狀態(tài)。后經(jīng)現(xiàn)場復(fù)查和回訪,該段路基穩(wěn)定,未出現(xiàn)異常下沉，進一步證明路基注漿加固實現(xiàn)了預(yù)期目的,徹底消除了該段路基隱患。

6 結(jié)束語

(1) 覆蓋型巖溶地面塌陷是一種常見的不良地質(zhì)現(xiàn)象。受建設(shè)期條件所限，以及使用環(huán)境變化的影響，巖溶發(fā)育區(qū)既有鐵路部分巖溶路基地段穩(wěn)定狀態(tài)趨于不利方向有所發(fā)展，極個別工點塌陷偶有發(fā)生，嚴(yán)重影響著鐵路運輸?shù)陌踩?，?yīng)引起足夠的重視。

(2) 對既有鐵路巖溶路基應(yīng)在綜合勘察的基礎(chǔ)上，按地形地貌、地層結(jié)構(gòu)、地質(zhì)構(gòu)造、水文地質(zhì)、環(huán)境條件等進行場地和地基穩(wěn)定性分區(qū)評估，對處于不穩(wěn)定、欠穩(wěn)定的區(qū)段應(yīng)及時、徹底整治。

(3) 在不影響正常行車條件下，鉆孔注漿處理是覆蓋型巖溶路基處理的首選措施，實踐表明采用該技術(shù)可有效遏制病害的進一步發(fā)展，提升路基的穩(wěn)定狀態(tài)。處理范圍、深度、鉆孔布置和注漿參數(shù)應(yīng)根據(jù)工點工程地質(zhì)條件和環(huán)境條件綜合確定。

(4) 巖溶路基注漿前應(yīng)進行工藝試驗，注漿過程中應(yīng)加強動態(tài)觀測調(diào)整?？刹捎勉@孔取芯、壓水試驗和綜合物探進行注漿處理質(zhì)量檢測評價，并結(jié)合沉降檢測進行整體工程質(zhì)量評估。

[1] 汪春生.巖溶路基加固工程施工技術(shù)[J].西部探礦工程,2002(增刊):322-324.

[2] 王躍文.浙贛線巖溶地區(qū)路基注漿加固技術(shù)[J].鐵道建筑,2008(6)：74-76.

[3] 吳凡華.巖溶路基注漿加固施工技術(shù)[J].路基工程,2006(3)：97-99.

[4] 中華人民共和國鐵道部.鐵路工程地基處理技術(shù)規(guī)程:TB10106—2010[S].北京:中國鐵道出版社，2010.

[5] 粟毅,黃春琳,雷文太.探地雷達(dá)理論與應(yīng)用[M].北京:科學(xué)出版社,2006.

[6] 楊新安，李怒放.路基檢測新技術(shù)[M].北京:中國鐵道出版社,2006.

(責(zé)任編輯：于繼紅)

Application of Grouting Technique of Existing Railway Mantled Karst Subgrade

DENG Runfu

(ChinaRailwaySiyuanEngineeringGroupCo..Ltd,Wuhan,Hubei430063)

The treatment of covered karst subgrade and long-term stability is directly related to the safety of railway operation in the reinforcement of foundation grouting,Taking the example of the existing railway Tongjiu railway coverage karst roadbed about grouting renovation project,based on brief description of grouting reinforcement mechanism,the paper introduces key parameters and process such as the design scheme,pore-forming ,grout mixing,grouting pressure,grouting parameters,grouting termination standard and grouting technology,makes comprehensive evaluation effect of grouting treatment,put s forward the existing problems and suggestions of railway covering karst subgrade should be concerned.

mantled karst; subgrade; grouting technique; quality evaluation

2016-02-25;改回日期:2016-03-03

鄧潤福(1966-)，男，高級工程師，鐵路工程專業(yè)，從事地質(zhì)路基工作。E-mail:2242656540@qq.com

U213.1+4

A

1671-1211(2016)02-0238-04

10.16536/j.cnki.issn.1671-1211.2016.02.022

數(shù)字出版網(wǎng)址:http://www.cnki.net/kcms/detail/42.1736.X.20160315.1424.002.html 數(shù)字出版日期:2016-03-15 14:24