路基巖溶注漿技術在新建高速鐵路中的應用分析

文/李小明

1 前言

我國高速鐵路建設事業(yè)的不斷發(fā)展，極大地推動了我國經(jīng)濟增長；而在新建高速鐵路項目中，路基施工是其重要的組成部分。另外，部分路基建設中會穿越一些不良地質帶，以巖溶路基段為例，其具有穩(wěn)定性差、承載力較低、不均勻沉降發(fā)生概率大等特點，對線路建成后通車安全具有較大的影響。為解決這一現(xiàn)實問題，應當采用注漿加固技術，充分提高路基承載能力。因此，相關施工人員需要注重注漿加固技術的應用，嚴格規(guī)范各項操作步驟，提高施工水平，進而有效提升路基施工質量和經(jīng)濟效益。

2 巖溶路基概述

2.1 巖溶路基概念

巖溶是一種具有較強溶蝕力的地下水、地表水對碳酸鹽巖、石膏等可溶性巖石產(chǎn)生一定化學作用，造成流水沖蝕、潛蝕以及崩塌等地質作用的過程。另外，位于巖溶地段的路基是巖溶路基，按照我國巖溶的埋藏條件可以分為裸露型、覆蓋型和埋藏型等三大類，其中裸露型的地表可溶巖出露較多，主要覆蓋物為土壤，厚度在10m 以下，該地質下地表水與地下水的連通關系較為密切；覆蓋型地表可溶巖出露較少甚至沒有，上部存在覆蓋土。深覆蓋型厚度為30m 以上，淺覆蓋型厚度在30m 以下，在地表水與地下水的連通情況中，深覆蓋型一般呈現(xiàn)不密切關系，淺覆蓋型則較為密切。埋藏型地表無可溶巖出露，地表水與地下水的連通情況不密切[1]。

2.2 巖溶路基塌陷和變形機制

分析巖溶引發(fā)新建高速鐵路路基工程病害的原因，主要包含在兩個方面：一方面，巖溶地基出現(xiàn)塌陷而導致路基的承載力出現(xiàn)喪失情況或者承載力達到極限狀態(tài)，破壞工程結構；另一方面，巖溶地基出現(xiàn)塌陷或者變形等狀況，進而導致路基發(fā)生變形。一旦達到了正常使用極限狀態(tài)，就會導致其承載結構物無法繼續(xù)使用，而這種問題在高速鐵路建設項目中不允許存在。另外，在巖溶地區(qū)出現(xiàn)地面沉陷變形的基本條件，有可溶巖、地層結構、地下水動力條件以及填土荷載、低矮路堤以及列車振動等；而對巖溶穩(wěn)定性產(chǎn)生影響的因素則是地形地貌、覆蓋層厚度、地質構造、工程建設以及實際運營等[2]。

2.3 巖溶注漿技術的加固作用

巖溶注漿技術應用于新建高速鐵路中具有良好的加固效果，它是在特定壓力之下，將水泥漿填塞到下伏巖質的溶洞溶槽或者裂縫中，并以此在水平方向上開展帷幕注漿，以便于切斷上下水位的波動性，有效阻斷地表水向覆蓋土層下滲透，有利于避免地表水在回流地下水時，對上部土體產(chǎn)生嚴重侵蝕。另外，利用巖溶注漿技術可進一步切斷巖溶水與上部覆蓋土層之間的地下水垂直聯(lián)系，在此基礎上，即便是地下水發(fā)生升降變化，也能夠防止對上部土層造成破壞，進而加固路基土層，提高其整體穩(wěn)定性。在實際應用的過程中，開展巖溶注漿技術，采用的機械設備體積相對較小，適合在狹窄場地進行作業(yè)；同時，無須準備地質鉆機，也可有效復核出該地區(qū)的地質現(xiàn)狀。通常情況下，施工人員會采用先導孔鉆進來探明地質情況，然后再大量跟進后續(xù)鉆機，有利于大面積開展施工作業(yè)，進一步提高施工效率。

3 路基巖溶注漿技術在新建高速鐵路中的應用

3.1 做好施工準備工作

在對新建高速鐵路的巖溶路基施工之前，施工人員需先做好施工準備工作，即結合具體工程現(xiàn)狀，了解和掌握各個工點的概況，制定針對性的施工方案，形成注漿孔位平面布置圖，并有效進行技術交底工作；同時，需要對路基施工現(xiàn)場進行平整工作，即在路基填筑環(huán)節(jié)之前或者是開挖到設計標高之后，設置相應的排水坡和排水溝，保證地表水有效排出，并避免出現(xiàn)下滲情況。在測量放線工作中，按照注漿孔位的布置設計圖，對各個孔位進行精準放樣，記錄對應孔口的標高。另外，對準備進場的原材料進行質量檢驗，比如水泥、砂和水玻璃等；同時，對所有進場的注漿設備開展詳細的檢測活動，保證設備施工時能夠正常有序運轉。此外，還需設置合理的水泥棚以及攪拌機等附屬設施，保證后續(xù)施工作業(yè)活動能夠有序進行[3]。

3.2 先導孔鉆進

基于巖溶注漿技術開展探灌，在鉆孔施工中需進行先導孔和注漿孔的鉆進工作。施工人員先要對鉆孔總數(shù)30%的先導孔開展施鉆作業(yè)，完成鉆孔后，及時整理相關資料，并上報到設計和監(jiān)理單位，以此明確注漿范圍和深度。具體鉆進步驟如下：

3.2.1 開展鉆進施工。施工人員需要對土層和巖層等采用水鉆進行成孔。比如：對土層開展鉆進工藝時，可選用直徑為108mm 的鉆頭，在鉆孔完畢后應當整齊擺放取出的土芯，并詳細記錄不同土層的土質和深度。在鉆孔時，采用的套管直徑為110mm，保證護壁套管露出地面高度約0.2～0.5m 即可。對于巖層的鉆進，應當保障在基巖面以下選用直徑為91mm 的鉆孔，取出巖芯后對各段巖性和溶洞的位置做好標識和記錄即可。另外，當施鉆達到預定深度后，要對鉆孔進行不少于20min 的清洗工作。

3.2.2 完成鉆孔施工作業(yè)后，應立即編錄巖芯資料，針對不同土層和巖層的深度、地下水位深度和巖溶發(fā)育狀況等，實時監(jiān)測地質的變化情況。

3.2.3 施工人員在巖溶路基段應用注漿技術時，需按照相關標準固定注漿套管。但要注意防止出現(xiàn)串漿，保障注漿處理難度在適當范圍內。因此，在鉆孔和注漿順序原則上，需要先進行先導孔的鉆進，再進行注漿孔的鉆進，并全部采用跳孔鉆進方式；通常遵循先路基兩側，然后路基中央的順序，堅持邊鉆孔邊灌漿的操作方法。

3.2.4 及時進行注水試驗。在開展注漿工作之前，施工人員應當選擇具有代表性的孔位開展注水試驗工作，目的是確定單位長度的吸水量。

3.3 注漿

在注漿施工環(huán)節(jié)開展前，應合理配置注漿液。在多數(shù)新建高速鐵路項目中，大多采用水泥漿，其配置材料為水泥、水玻璃等。具體配比為選用P.O42.5 水泥、38-43 波美度的水玻璃，控制水灰比為0.8～1 即可。同時，利用攪拌機進行拌和，堅持隨拌隨用的原則，攪拌時間不得少于2min。一般情況下，操作人員控制純水泥漿與水灰比的比值在0.8～1 之間，水泥砂漿的制備比例為水∶水泥∶砂=（0.8-1）∶1∶1。水玻璃與水泥漿混合液的比例控制在8%～20%左右，并按照實際施工情況適當調整漿液配合比。主要遵循的原則為漿液應先稀后濃、注漿壓力從低到高、膠凝時間從長到短等，進一步防止注漿操作出現(xiàn)異常，影響整體施工質量。

在注漿作業(yè)實施過程中，應先在套管上安裝法蘭盤，再對注漿設備進行調試。當對管路開展試壓作業(yè)時，必須要全面檢查管路以及接頭的連接性，并注重其密封情況，做好壓力表的連接工作，為正式注漿奠定良好基礎。通常，在新建高速鐵路中，完成注水試驗后可進行注漿施工。如果現(xiàn)場存在較大的溶洞或者巖溶通道，應當適當填充粗砂和水泥砂漿。如果現(xiàn)場出現(xiàn)巖溶發(fā)育，但吸漿量較少或者是不進漿等情況，施工人員可利用高壓水對鉆孔進行清洗后，再次開展注漿。如注漿質量無須進行補注，可在注漿完成后的1～2h，并經(jīng)清孔后再進行注漿，以滿足相應的施工標準。

4 路基巖溶注漿技術的質量控制

4.1 施工質量管控措施

對于新建高速鐵路項目的巖溶路基施工，需嚴格落實相應的管控措施。比如：在鉆孔和注漿工藝中，需根據(jù)其具體施工方案開展先導孔鉆探取芯作業(yè)。同時，施工人員需要將其擺放整齊、注明孔號，在記錄中詳細描述地質情況。當注漿材料進入現(xiàn)場后，應當對各項材料的質量、種類、規(guī)格等進行檢查，符合其質量合格證明文件，實施抽樣檢測；同時，在應用各種注漿設備時，需堅持就近安裝固定管線的原則，不能出現(xiàn)過長的情況，防止壓力和流量發(fā)生消耗。在鉆機成孔插入注漿管以后，可及時封堵孔口和附近的地面裂縫，以免出現(xiàn)冒漿情況。在注漿時，為保障其質量，需經(jīng)過攪拌機均勻拌和后才可開始注漿，并保持緩慢、不間斷地攪拌，其攪拌時間應當不超過初凝時間。

4.2 異常情況處理手段

在對巖溶路基實施注漿加固技術時，可能會存在多種異常情況，為確保其施工質量，應當采取有效處理措施。比如：注漿量出現(xiàn)異常狀態(tài)，針對水泥單液地表冒漿情況，應采用雙液進行封堵；如注漿已經(jīng)超過了整治范圍，蔓延較遠時，也可采用雙液控制。另外，當注漿孔存在空洞時，其會出現(xiàn)裂隙貫穿、耗漿量加大的情況，施工人員可采用間歇注漿法或者雙液注漿法進行施工作業(yè)，在空洞的注漿孔內適當摻入細砂、粉煤灰或者碎石等，也可適當加入水玻璃與粉煤灰及細砂的混合液，進一步加快凝結速度，以保障施工效率和質量。

4.3 施工質量檢測驗收

當前對于巖溶注漿技術的質量驗收，還未形成統(tǒng)一的規(guī)范和標準。在新建高速鐵路路基項目中，主要是采用鉆孔法、瞬態(tài)面波法、壓水試驗法以及高密度電法等，并且為消除單一檢測方法存在的局限性，多數(shù)情況是將幾種方法結合運用。比如：將瞬態(tài)面波法與高密度電法進行結合，配合鉆孔取芯和注水試驗等，能夠比較準確地獲取施工前后的參數(shù)變化情況，并進行比較，進而評估注漿質量。

5 結語

綜上所述，在新建高速鐵路的巖溶路基段，應當采用注漿技術進行加固。在實際運用過程中，施工人員要先做好施工準備工作，并且重點把握先導孔鉆進和注漿作業(yè)的工藝要點，通過采取相應的質量控制措施、異常處理手段以及質量檢測驗收等，進一步提升高鐵路基的穩(wěn)定性和安全性。