鐵路路基施工巖溶整治技術(shù)要點(diǎn)

張 煒/寧夏西部創(chuàng)業(yè)實(shí)業(yè)股份有限公司

鐵路路基施工巖溶整治技術(shù)要點(diǎn)

張 煒/寧夏西部創(chuàng)業(yè)實(shí)業(yè)股份有限公司

巖溶地貌對(duì)鐵路工程特別是鐵路路基工程施工影響較大，結(jié)合湘桂鐵路擴(kuò)改工程柳南段巖溶整治，介紹了石灰?guī)r分布地段巖溶整治原則、施工工藝、質(zhì)量控制和施工注意事項(xiàng)， 以期對(duì)類似工程施工中起到參考借鑒和施工指導(dǎo)的作用。

鐵路路基施工；巖溶整治；整治原則；施工工藝 ；質(zhì)量控制

巖溶是地表水和地下水對(duì)可溶性巖石的化學(xué)溶解和機(jī)械侵蝕共同作用所產(chǎn)生的地貌現(xiàn)象。巖溶對(duì)鐵路工程尤其是對(duì)鐵路路基工程的主要危害如下：地下洞穴的頂板坍塌引起洞上的鐵路建筑物下沉或破壞；洞穴或漏斗周期性冒水，淹沒(méi)路基基底，引起沉陷、翻漿或崩塌；突發(fā)性地下涌水，沖毀鐵路建筑物。巖溶較多集中分布在我國(guó)廣西、云南等省西南地區(qū)。常見(jiàn)的巖溶形態(tài)有：落水洞、豎井、漏斗、溶洞、溶蝕洼地和暗河等。

1 . 工程概況

如湘桂鐵路擴(kuò)改工程柳南段客運(yùn)專線，地處廣西柳州至來(lái)賓地域內(nèi)。該區(qū)域沿線屬殘丘地貌，地勢(shì)開(kāi)闊，地形較平坦，地面高程在85～92m之間。地表上覆蓋第四系全新統(tǒng)粉質(zhì)黏土（人工填土）（Q4ml）、坡洪積（Q4dl+pl）粉質(zhì)黏土，厚度在0～3m，局部松軟土一般厚0～2m，大部分分布在魚(yú)塘及水田表層。下伏基巖為石炭系上統(tǒng)（C3）灰?guī)r，基巖表面溶孔發(fā)育，巖溶強(qiáng)烈發(fā)育地段地表多見(jiàn)落水洞。地下水主要為第四系松散層孔隙潛水，受大氣降水補(bǔ)給，富水性差，水量微弱，基巖面起伏大，基巖面埋藏淺處，地下水埋深一般為6～8m，基巖埋藏深的地段，地下水埋藏深，水位一般大于20m。綜合巖溶地面塌陷影響因素分析，本段巖溶屬弱～中等發(fā)育，局部存在強(qiáng)烈發(fā)育，存在溶巖地面塌陷的條件，需要進(jìn)行巖溶整治。下面本人結(jié)合我標(biāo)段巖溶整治方案及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐，淺談下路基工程巖溶整治原則、施工工藝和質(zhì)量控制。

2. 整治原則

2.1 整治對(duì)象

根據(jù)路基巖溶地面塌陷預(yù)測(cè)評(píng)價(jià)和鉆孔探測(cè)分析，巖溶段落可為分不易塌陷區(qū)、易塌陷區(qū)和極易塌陷區(qū)。對(duì)被評(píng)價(jià)為極易塌陷區(qū)、易塌陷區(qū)的路基段落，整治的對(duì)象是危及路基穩(wěn)定的溶洞、連通性較好且垂直發(fā)育的溶蝕破碎帶與覆蓋層土洞；對(duì)評(píng)價(jià)為不易塌陷區(qū)的路基段落，整治的對(duì)象一般為危及路基穩(wěn)定的溶洞。

整治措施

（1）淺層及開(kāi)口型溶洞，一般采取揭蓋回填、地表封閉劑跨越處理。

（2）裸露型巖溶為消除地基不均勻性并防止地面塌陷及變形，采用清除地表覆土并換填粗粒土、鋪設(shè)土工格柵墊層與鉆孔注漿相結(jié)合的處理措施。

（3）覆蓋型巖溶以鉆孔注漿為主要整治措施，通過(guò)注漿充填土石界面附近的土洞、溶洞和溶蝕裂隙，阻隔地表水和地下水之間的水利聯(lián)系，防止溶巖地面塌陷的發(fā)生。

2.2 整治深度

（1）裸露型巖溶：鉆孔深度不小于5m，若地面以下15m深度內(nèi)存在溶洞，則加固到洞底以下不小于2m。溶洞頂板厚度大于15m地段一般不進(jìn)行整治，當(dāng)頂板破碎、溶洞跨度較大時(shí)，采取安全頂板厚度法進(jìn)行判別，若頂板厚度達(dá)不到要求（完整頂板厚跨比不小于0.5，非完整頂板厚高不小于5.0），則要采取鉆孔注漿至溶洞底以下2m。

（2）覆蓋型巖溶：覆蓋土總厚度小于30m（聯(lián)絡(luò)線為25m）地段，通過(guò)鉆孔注漿封閉土石界面（基層面上3m，下5m）。若加固深度范圍內(nèi)有溶洞時(shí)，在鉆孔注漿至溶洞底板以下2m，上部土層鉆孔采取充填注漿封孔。

（3）采用外出換填地段，應(yīng)當(dāng)清除地表覆土至基巖面。

3. 施工工藝

3.1 平面布置（Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ序布置見(jiàn)圖1）

圖1 布置圖

（1）易塌陷區(qū)：對(duì)溶洞、土洞、垂直溶蝕破碎帶不發(fā)育且連續(xù)長(zhǎng)度超過(guò)30m的地段，以7m縱距沿中線交替布置探灌結(jié)合孔，用以核查設(shè)計(jì)地質(zhì)條件：對(duì)溶洞、土洞、垂直溶蝕破碎帶發(fā)育的地段，鉆孔注漿一般按二序（Ⅰ、Ⅱ）進(jìn)行。Ⅰ序孔間距7m，按正方形均布；Ⅱ序孔在Ⅰ序孔正方形中心及溶洞位置內(nèi)插加密，Ⅰ、Ⅱ序孔形成菱形布置，間距5m當(dāng)支擋結(jié)構(gòu)物基礎(chǔ)下需注漿處理時(shí)，在Ⅰ、Ⅱ序孔中間內(nèi)插Ⅲ序孔，注漿孔孔距加密至3.5m。

（2）極易塌陷區(qū)：一般按二序（Ⅰ、Ⅱ）進(jìn)行鉆孔注漿，Ⅰ序孔間距7m，按正方形均布；Ⅱ序孔在Ⅰ序孔正方形中心及溶洞位置內(nèi)插加密，Ⅰ、Ⅱ序孔形成菱形布置，Ⅰ、Ⅱ孔間距為5m，對(duì)已發(fā)生塌陷、有支擋工程及車站咽喉區(qū)的需加密注漿處理時(shí)，進(jìn)行Ⅲ序注漿處理，Ⅲ序孔在Ⅰ、Ⅱ孔中間內(nèi)插加密，加密后的孔間距為3.5m。

3.2 鉆孔

鉆孔位置依據(jù)平面圖施放，孔位偏差不大于50cm。施工前對(duì)整治區(qū)地面及地埋管線進(jìn)行勘察確認(rèn)，放線時(shí)對(duì)孔位進(jìn)行調(diào)整避開(kāi)管線，如距離大于50cm時(shí)，需報(bào)設(shè)計(jì)、監(jiān)理核準(zhǔn)。對(duì)按設(shè)計(jì)原則明確布置探灌結(jié)合孔地段的注漿鉆孔和均勻布孔整治段落Ⅰ序孔中30％的注漿鉆孔，均按勘探孔技術(shù)要求施鉆，進(jìn)行巖芯鑒定和編錄，并交監(jiān)理、設(shè)計(jì)單位地質(zhì)人員確認(rèn)，進(jìn)行綜合分析評(píng)判，核查和驗(yàn)證設(shè)計(jì)地質(zhì)條件。覆蓋層中鉆孔采用跟管鉆進(jìn)，直徑不得小于130mm。基巖段終孔直徑不得小于91mm。注漿前先進(jìn)行成孔沖洗。對(duì)沖洗時(shí)返水的鉆孔，以沖洗液變清為結(jié)束條件。對(duì)溶洞、溶蝕破碎帶發(fā)育、沖洗時(shí)不返水的鉆孔，要求流量不小于泵送額定流量的80％，沖洗時(shí)間不少于10min。

3.3 封孔

在滿足設(shè)計(jì)注漿壓力條件下，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)情況采用濃水泥漿（水泥砂漿）一次性封閉或孔口管動(dòng)態(tài)阻塞法封孔?？卓诠芊饪卓捎行У谋苊饪蹇?，并可處理漿液漏失。有溶洞發(fā)育、溶蝕破碎且漏水嚴(yán)重時(shí)，采用孔口管動(dòng)態(tài)阻塞法，孔口管直徑為110mm，當(dāng)覆蓋層為黏性土?xí)r封孔深度不小于4m；當(dāng)覆蓋層為砂性土及卵石土?xí)r，應(yīng)封至土石界面，4m以下孔口管設(shè)置為花管。終孔與驗(yàn)收時(shí)間間隔不宜過(guò)長(zhǎng)，以免垮孔等不利情況發(fā)生。終孔驗(yàn)收后應(yīng)及時(shí)進(jìn)行封孔作業(yè)，封孔水泥漿終凝后進(jìn)行注漿作業(yè)。

3.4 注漿

以純水泥漿為主的單液注漿材料，水泥采用P.O42，5級(jí)水泥，水灰比為0.6：1～1：1。開(kāi)始注漿時(shí)采用稀漿灌注，當(dāng)灌入量較大時(shí)可根據(jù)情況采用濃一級(jí)的漿液灌注。注漿壓力（孔口壓力表讀數(shù)）為0.2～0.4MPa，終注壓力為0.2～0.5MPa。注漿量由注漿段巖溶裂隙率、注漿半徑和充填、漏失情況確定。本段基巖段注漿量為0.6～1.2m3/m，土石界面以上3m范圍內(nèi)為0.2m3/m，其他土層封孔充填注漿量為0.01m3/m。對(duì)土洞、空溶洞或半充填溶洞，應(yīng)高壓充填砂、碎石后再進(jìn)行注漿處理。對(duì)溶蝕裂隙發(fā)育、連通性好、漏液嚴(yán)重的地段，注漿時(shí)摻入一定量的粉土或粉煤灰，粉土摻入量＜水泥重量的10％，粉煤灰摻入量為水泥重量的20％～50％。終注條件為：在終注壓力下連續(xù)注漿10min的注入率不大于5L/min時(shí)，可終止注漿。

4 . 質(zhì)量控制

4.1 質(zhì)量檢查

（1）在分段（或分區(qū)）注漿施工結(jié)束后，應(yīng)在注漿孔布置2～3％質(zhì)量自檢孔，且每個(gè)注漿段落不得少于2孔，當(dāng)自檢滿足下列條件之一時(shí)，可轉(zhuǎn)入下一分段（或分區(qū)）的注漿施工。

（2）檢查孔巖芯可見(jiàn)多處水泥結(jié)石體，基本填滿可見(jiàn)縫隙。

（3）檢查孔的單位吃漿量不超過(guò)周圍4孔單位平均吃漿量的15％。

（4）在整段（或區(qū)域）注漿施工結(jié)束后，應(yīng)采用綜合物探方法結(jié)合鉆孔取芯、壓水（注水）進(jìn)行注漿質(zhì)量檢查。壓水（注水）孔數(shù)為注漿孔總數(shù)的2％，在注漿孔間布置：瞬間面波測(cè)點(diǎn)在整治范圍內(nèi)注漿孔間抽檢，測(cè)點(diǎn)數(shù)為注漿總孔數(shù)的5％且不少于10個(gè)點(diǎn)，檢測(cè)注漿深度范圍的巖土體波速；選整治段落長(zhǎng)度的10％且不少于15m的長(zhǎng)度采用電測(cè)發(fā)進(jìn)行注漿前后物探異常對(duì)比測(cè)試，測(cè)線應(yīng)優(yōu)先選取巖溶形態(tài)強(qiáng)烈發(fā)育地段布置；對(duì)零星整治的段落或單位溶洞，以鉆孔取芯、壓水試驗(yàn)為主要檢測(cè)手段。

（5）合格的注漿施工一般應(yīng)滿足如下條件：①檢查孔巖芯可見(jiàn)多處水泥結(jié)石體，基本填滿可見(jiàn)縫隙，壓水試驗(yàn)測(cè)試滲透系數(shù)（或滲水率值）應(yīng)小于注漿施工前的1／10。②采用瞬間面波法檢測(cè)巖土體注漿后的面波速度，面波頻散曲線不離散，且充填部位面波速度滿足合格標(biāo)準(zhǔn)：土Vs=29.273+100；巖石Vs=23.998H+360（H<10m）,Vs=23.998H+290(H≥10m)；巖溶Vs=16.67H+246。對(duì)不合格點(diǎn)應(yīng)進(jìn)行鉆孔取芯和壓水試驗(yàn)驗(yàn)證并進(jìn)行綜合評(píng)判分析。

（6）采用電測(cè)法測(cè)試并進(jìn)行注漿前后對(duì)比，檢測(cè)段落整治范圍內(nèi)注漿充填效果明顯且無(wú)空洞異常。

4.2 質(zhì)量評(píng)價(jià)

（1）注漿施工質(zhì)量檢測(cè)的單項(xiàng)指標(biāo)合格點(diǎn)數(shù)達(dá)到檢測(cè)總點(diǎn)數(shù)的90％，且不合格點(diǎn)不集中分布、不合格指標(biāo)與合格標(biāo)準(zhǔn)的差值不大于合格標(biāo)準(zhǔn)的20％，其他指標(biāo)合格，可以判定為檢測(cè)點(diǎn)注漿施工質(zhì)量合格；

（2）綜合分析后檢測(cè)點(diǎn)的注漿施工質(zhì)量100％合格，可以判定為注漿施工質(zhì)量合格。

5 施工注意事項(xiàng)

（1）施工前必須進(jìn)行場(chǎng)地清理，完善臨時(shí)防、排水設(shè)施，水田地段應(yīng)先疏干地表水，合理組織施工工序。

（2）正式注漿前應(yīng)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)注水、注漿試驗(yàn)，確定切實(shí)合理的注漿參數(shù)施工工藝，試驗(yàn)點(diǎn)數(shù)一般按200m路基長(zhǎng)度為一個(gè)點(diǎn)折算，且每個(gè)工地不少于3個(gè)。

（3）鉆孔注漿施工應(yīng)貫徹“探灌結(jié)合”的原則。巖溶整治過(guò)程中結(jié)合施工鉆孔，必要時(shí)采取加密鉆孔或輔以其他方法，及時(shí)掌握隱伏巖溶的分布情況和發(fā)育特征，做好施工記錄。

（4）靠近既有線施工地段，施工過(guò)程中注意避免侵限，必須有專人負(fù)責(zé)進(jìn)行瞭望、預(yù)警，確保作業(yè)人員和設(shè)備安全；施工機(jī)具不得隨意堆放，不得侵占既有線及施工便線限界，保證行車安全。

（5）注漿過(guò)程中，做好現(xiàn)場(chǎng)文明施工，注意保護(hù)環(huán)境，避免注漿過(guò)程污染水源、農(nóng)田、道碴等，發(fā)現(xiàn)異常情況，應(yīng)立即采取相應(yīng)應(yīng)急措施。

（6）為防止巖溶塌陷的產(chǎn)生，路基運(yùn)營(yíng)后嚴(yán)格限制在巖溶塌陷地區(qū)線路兩側(cè)500m范圍內(nèi)抽取地下水。

6.結(jié)語(yǔ)

目前巖溶整治施工在湘桂鐵路擴(kuò)改工程柳南段已經(jīng)全面展開(kāi)，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐證明：只要嚴(yán)格按照正確的施工工藝，嚴(yán)把質(zhì)量關(guān)，搞好過(guò)程控制，巖溶整治工作就能取得比較理想的效果，同樣也能對(duì)路基和涵洞的施工進(jìn)度和施工質(zhì)量起到積極地促進(jìn)作用。本文所介紹的巖溶整治方法簡(jiǎn)單，設(shè)備可操作性強(qiáng)，在今后類似地貌整治中，具有比較針對(duì)的參考和指導(dǎo)作用。