基于高聚物注漿技術(shù)的無砟軌道抬升施工工藝研究

袁 勇

（中鐵二十三局集團有限公司 四川成都 610072）

1 引言

我國局部高速鐵路在投入運行之后，因地理條件、地質(zhì)條件等復(fù)雜因素的影響，導(dǎo)致路基不平整，不利于列車安全平穩(wěn)行駛[1－2]。部分地段沉降量已經(jīng)比扣件準許的調(diào)整區(qū)間高出許多，所采取的應(yīng)對方式為列車限速，此種方式不僅無法從根本上解決問題，而且對鐵路的正常運行造成較為嚴重的影響[3－4]。諸多學(xué)者通過現(xiàn)場模擬與室內(nèi)試驗等方式，尋求以注漿抬升的方式對沉降地段進行修復(fù)施工，以恢復(fù)軌道的平順整性[5－6]。

高聚物注漿技術(shù)主要用于路基、建筑物地基加固或地板修復(fù)等領(lǐng)域，通過利用其材料雙組分化學(xué)反應(yīng)所產(chǎn)生的膨脹力使所需填充部分脫空，同時將附近路基壓實，因其自身質(zhì)量較輕不會增加路基荷載[7－9]。本文以 CRTSⅠ型雙塊式無砟軌道為例，研究CRTSⅠ型雙塊式無砟軌道沉降高聚物注漿抬升施工方法。

2 基于高聚物注漿抬升技術(shù)的CRTSⅠ型雙塊式無砟軌道沉降修復(fù)技術(shù)

2．1 高聚物注漿抬升技術(shù)原理

高聚物注漿抬升技術(shù)的基本原理為在設(shè)置的注漿壓力下，利用在級配碎石較深位置已埋好的注漿管向級配碎石和支承層之間注入高聚物注漿材料，在兩層之間打造抬升調(diào)整層，見圖1。

圖1 高聚物注漿抬升技術(shù)原理

2．2 高聚物注漿材料及參數(shù)

（1）材料制作

選取甲酸乙酯高聚物作為高聚物注漿材料，具有質(zhì)輕密度小、耐久性高、無需養(yǎng)護等優(yōu)點[10]。采用高于220 r／min轉(zhuǎn)速的LD500型快速制漿攪拌機持續(xù)攪拌高聚物漿液150 s，并在攪拌機出漿口配套安裝110目的高韌性過濾網(wǎng)，過濾高聚物漿液雜質(zhì)，獲得高聚物注漿材料[11]。

（2）材料性能

高聚物注漿材料在常溫下為液態(tài)，屬化學(xué)材料，為雙組分。在攪拌機均勻攪拌下混合并出現(xiàn)凝膠現(xiàn)象，進而生成硬化體，同時可根據(jù)需要對其體積膨脹量進行調(diào)整。高聚物注漿材料在強度發(fā)展速度、環(huán)境適應(yīng)程度、體積穩(wěn)定程度以及填充性能等方面均具有較大優(yōu)勢[12]。本文所選用高聚物注漿材料具體性能見表1。

表1 高聚物注漿材料性能

（3）注漿參數(shù)

軌道路堤基床以下的高聚物注漿壓力需控制在0.45～0.75 MPa之間，而在軌道路堤基床中需控制在0.15～0.25 MPa之間，擴散半徑范圍為0.75～0.95 m。為避免注漿壓力散失，高聚物注漿管長度應(yīng)小于45 m[13－15]。在對 CRTSⅠ型雙塊式無砟軌道沉降段進行高聚物注漿抬升施工之前，應(yīng)預(yù)先對各類不確定因素可能帶來的影響予以全面考量，總結(jié)高聚物注漿技術(shù)試驗成果，以實際監(jiān)控測量數(shù)據(jù)與高聚物注漿試驗成果為依據(jù)，對高聚物注漿參數(shù)進行相應(yīng)調(diào)整。為保障高聚物注漿材料能夠全面充盈加固區(qū)域且避免軌道路基拱起，可適當調(diào)整注漿孔間距。

2．3 施工設(shè)備選取及布置

施工設(shè)備及規(guī)格型號見表2。

表2 施工設(shè)備及規(guī)格型號

CRTSⅠ型雙塊式無砟軌道沉降修復(fù)施工現(xiàn)場設(shè)備布設(shè)見圖2。

圖2 現(xiàn)場施工設(shè)備布設(shè)

2．4 CRTSⅠ型雙塊式無砟軌道沉降修復(fù)施工過程

運用高聚物注漿抬升技術(shù)實現(xiàn)CRTSⅠ型雙塊式無砟軌道沉降修復(fù)施工的整體過程包括施工準備、高聚物注漿孔位置標定、鉆孔、注漿管安裝、高聚物注漿抬升及監(jiān)控、注漿管拆除及封閉注漿孔階段。

（1）施工前準備階段：依據(jù)實際施工量，備足原材料并檢驗其質(zhì)量，避光密閉方式存放；施工設(shè)備就位后由測量人員在待施工區(qū)域?qū)⒏叱逃^測基準點標出，同時采集軌道沉降待施工區(qū)域的高程數(shù)據(jù)；制定高聚物注漿抬升CRTSⅠ型雙塊式無砟軌道沉降施工過程內(nèi)的各類統(tǒng)計表，為有效統(tǒng)計施工過程奠定數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

（2）標記高聚物注漿孔階段：依據(jù)設(shè)計標記高聚物注漿孔。注漿孔不可布設(shè)在電路、承軌臺等處，同時需避開鋼筋。

（3）鉆孔階段：以所標記注漿孔位置為依據(jù)，選用恰當直徑鉆頭進行鉆孔。為避免雨水等由注漿孔進入軌道內(nèi)，用木塞將注漿孔封閉。

（4）注漿管安裝階段：向?qū)?yīng)的注漿孔內(nèi)插入注漿管后擰緊，為注漿做好準備。

（5）高聚物注漿抬升階段：以預(yù)先設(shè)計的注漿參數(shù)與順序為依據(jù)，對無砟軌道沉降待施工地段進行注漿。在高聚物注漿過程中，采用電子水準儀與全站儀分別實時監(jiān)測軌道高程的抬升狀態(tài)及線路中線狀態(tài)，當施工地段抬升量滿足設(shè)定目標時即可終止注漿。

（6）注漿管拔除及注漿孔封堵階段：終止注漿后，采用拔管器拔出注漿管，并及時封堵注漿孔。

整體施工過程見圖3。

圖3 CRTSⅠ型雙塊式無砟軌道高聚物注漿抬升施工流程

3 試驗及結(jié)果分析

以某段CRTSⅠ型雙塊式無砟軌道為例，將本文所述方法應(yīng)用于沉降段施工，以檢驗實際應(yīng)用效果。鐵路線路全長為15.056 km，為CRTSⅠ型雙塊式無砟軌道結(jié)構(gòu)，道床板為C35現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，厚度與寬度分別為280 mm、2.78 m，每間隔6.23 m布設(shè)一道18 mm寬的橫向貫穿伸縮縫。因地基水患因素造成此段線路發(fā)生不均勻沉降，沉降量較大的4處區(qū)域依次記為a～d，其中c區(qū)域沉降量最大，為48 mm。

3．1 施工前后高程對比

設(shè)定鐵路線路a～d區(qū)域的抬升目標高程為－3～－7 mm，采用本文方法對4處沉降區(qū)域進行修復(fù)施工，檢驗注漿后沉降區(qū)域高程，并與施工前高程對比，見圖4。

圖4 施工前后各沉降區(qū)域高程對比

由圖4可知，采用高聚物注漿抬升技術(shù)施工后，各沉降區(qū)域的高程均有所抬升，整體抬升量在25～45 mm之間，其中c區(qū)域抬升量最大，達45 mm；4處沉降區(qū)域施工后高程均在－3～－7 mm之間，能夠滿足預(yù)先設(shè)定的目標高程，整體施工效果顯著。

3．2 施工前后動力響應(yīng)性能對比

無砟軌道結(jié)構(gòu)在列車通過時會出現(xiàn)動變形，若動變形值過高，極易導(dǎo)致軌道結(jié)構(gòu)出現(xiàn)塑性變形，不利于列車行駛的安全性。為此以沉降量與施工抬升量均為最大的c沉降區(qū)域為例，檢測該區(qū)域施工前后列車通過時路基的動變形情況，對比該區(qū)域施工前后的動力響應(yīng)性能，并以此進一步檢驗本文所述方法的施工效果。施工前后c沉降區(qū)域列車通過時路基動變形對比情況見圖5。

圖5 施工前后c沉降區(qū)域列車通過時路基動變形對比

施工前c沉降區(qū)域在列車通過時路基最高動變形幅值達1.16 mm，原因為施工前該區(qū)域沉降量較高，道床板脫空導(dǎo)致列車通過時路基動變形值較大；施工后該區(qū)域在列車通過時路基的最高動變形值僅為0.48 mm，是因為施工后該區(qū)域被注漿抬升得以加固，降低了該區(qū)域列車通過時的動變形值，有效提升了動力響應(yīng)性能。

3．3 施工后沉降控制效果檢測

為檢測沉降區(qū)域注漿抬升施工后的沉降控制效果，用循環(huán)加載方式對c區(qū)域軌道板南北兩側(cè)累計沉降情況進行測試，列車轉(zhuǎn)向架通過軌道板一次為一個加載循環(huán)，列車軸重為16.8 t，共進行48.6×104次循環(huán)加載。不同循環(huán)加載次數(shù)下的測試結(jié)果見表3。

表3 循環(huán)加載下c區(qū)域軌道板位移與沉降

由表3可知，在3.6×104次循環(huán)加載下，施工后c區(qū)域軌道板南側(cè)與北側(cè)累計沉降分別為1.5 mm與0.9 mm，豎向位移分別為－10.1 mm與－11.5 mm；循環(huán)加載次數(shù)增長至33.6×104次前，軌道板南側(cè)與北側(cè)的累計沉降均呈現(xiàn)出上升趨勢，但上升幅度均較小，南北側(cè)豎向位移均呈下降趨勢，且下降趨勢輕微；當循環(huán)加載達38.6×104次后，南北兩側(cè)累計沉降與豎向位移均處于穩(wěn)定狀態(tài)。由此可見，采用本文所述方法施工后較好地控制了c區(qū)域整體沉降情況，且沉降控制效果顯著。

4 結(jié)論

本文針對CRTSⅠ型雙塊式無砟軌道沉降高聚物注漿抬升施工方法展開研究，結(jié)合高聚物注漿材料性能與參數(shù)，選取合適的施工設(shè)備，順利完成CRTSⅠ型雙塊式無砟軌道沉降修復(fù)施工。施工后的區(qū)域整體沉降得到有效控制且效果顯著。