京九線路基注漿施工方法的研究

汪志國 李進 李松濤 楊揚

（保定工務(wù)段固安線路車間，河北 保定 071000）

引言

路基注漿是京九線路基加固的維修方法之一，因其不影響正常行車秩序、施工場地不受限制，在京九線得到廣泛的應(yīng)用。在檢查、施工過程中，我們不斷總結(jié)經(jīng)驗，改進檢查方法與注漿工藝及施工過程的安全質(zhì)量控制。本文通過對京九線路基注漿施工的總結(jié)提出幾點做法

一、課題的提出

我段管轄京九鐵路28km+100m—113km+000m，初期運營速度80km/h，經(jīng)過提速改造目前運營速度160km/h。管轄內(nèi)京九線路基主要以粉砂土和砂粘土為主，施工過程碾壓密實度不足，經(jīng)雨水沖刷路基含水量大，在頂橋、頂管施工中路基內(nèi)有大量水囊，運營初期個別地段降雨沖刷后的狼窩用莊稼桿、枕木填充路基年久腐蝕造成空洞，道砟囊病害嚴重；建設(shè)初期對路肩進行過砌護后期路基卸粘性土進行幫寬處理，造成的新老路基結(jié)合部結(jié)構(gòu)成兩層皮。由于以上因素，造成京九線路基暗坑、道砟陷槽、橋頭路基下沉、邊坡溜坍等病害，是汛期危及安全行車的主要因素。

二、路基隱患排查

（一）總結(jié)歷年來反復(fù)有水害處所；線路路基沉降明顯處所；通過大數(shù)據(jù)分析篩查出線路線型變化較大處所，線路維修周期短處所作為京九線路基隱患排查重點。

（二）對京九全線選取重點沉降處所進行物理力學(xué)性質(zhì)分析，對不同地段路基的含水量、土質(zhì)屬性進行研究指導(dǎo)注漿填料屬性。

（三）成立專業(yè)技術(shù)檢查小組徒步檢查，對路基采取“看、敲、挖”的方法全面檢查?？?路基坡腳有無沖刷的土質(zhì)、排水痕跡、明顯塌陷處所，敲:敲砌護的邊坡有無空洞，敲露肩有無空洞，挖：對檢查空洞處所采取挖驗找出路基內(nèi)匯聚水。指導(dǎo)排水方案指定注漿范圍。

三、路基注漿簡單介紹

（一）注漿施工解決的主要病害

1.橋頭路基下沉病害：橋頭部位路基填料為松散的砂性土填料，施工時橋臺后碾壓密實度差，造成石砟下沉，在橋臺后形成排水通道，排水沖刷導(dǎo)致路基結(jié)合部路基懸空，為安全行車埋下極大隱患；

2.道砟囊路基下沉病害：因路基填料壓實度不足，在荷載的作用下造成石砟擠入道床形成道砟囊，道砟囊導(dǎo)致路基邊坡鉆水，形成路肩下沉、護砌懸空、邊坡空洞等病害；

（二）注漿流程，計劃慢行施工120km/1h—確定注漿范圍—設(shè)計相應(yīng)注漿填料-準備工具-打管-吹管-注漿—觀察線路狀態(tài)—巡視周邊有無跑漿（京九上下行全部檢查）-回檢設(shè)備狀態(tài)—清點工機具—撤出施工場地。

（三）注漿工藝過程分析

控制好注漿壓力和漿液濃度，注漿工藝可達到三個程度：

一是填充注漿：采用分段灌漿法，由下而上，下套管分段灌漿，灌漿開始先用稀漿，經(jīng)過3—5 分鐘加大粘稠度，分段進行每根管反復(fù)3—5 次，不吃漿后封口。二是滲透注漿：滲透注漿指漿液以滲透滲入方式，滲入土體孔隙的注漿方法。在滲透注漿中漿材必須與土體孔隙大小相適應(yīng)。一般認為，對滲透系數(shù)小于10-5cm/s 數(shù)量級的地基上，即使選用真溶液也難以達到滲透形式。滲透注漿是指在壓力作用下，漿液填充土的孔隙和巖石的裂隙，排擠出孔隙和裂隙中的水和氣體，而基本上不改變土和巖石的結(jié)構(gòu)和體積，所用壓力相對較小。滲透灌漿一般只使用于中砂以上的砂性土和有裂隙的巖石，這種滲透注漿是建筑上最常適用的一種注漿類型。具有代表性的滲透灌漿理論有球形擴散理論和柱形擴散理論。三是劈裂注漿：劈裂注漿是應(yīng)用較廣的一種軟弱土層加固方法，它既可應(yīng)用于滲透性較好的砂層，又可應(yīng)用于滲透性差的粘性土。劈裂注漿采用高壓注漿工藝，將水泥或化學(xué)漿液等注入土層，以改善土層性質(zhì)，在注漿過程中，注漿管出口的漿液對四周地層施加了附加壓應(yīng)力，使土體發(fā)生剪切裂縫，而漿液則沿著裂縫從土體強度低的地方向強度高的地方劈裂，劈入土體中的漿體便形成了加固土體的網(wǎng)絡(luò)或骨架。由于漿液在劈入土層過程中并不是與土顆粒均勻混合，而是呈兩相各自存在，所以從土的微觀結(jié)構(gòu)分析，土除受到部分的壓密作用外，其他物理力學(xué)性能的變化并不明顯，故其加固效果應(yīng)從宏觀上來分析，即應(yīng)考慮土體的骨架效應(yīng)。實踐表明，對于軟—流塑粘土地層，由于地層透水性差，有時滲透注漿或壓密注漿都難以達到理想效果，而劈裂注漿可利用其液壓在地層中產(chǎn)生劈裂孔隙，改善地層的可注性，從而達到注漿加固的要求。在京九線路基道砟囊、橋頭涵洞兩側(cè)路基下沉、綁寬路基后薄弱結(jié)合部位空洞等病害中，三種注漿程度都不同程度的出現(xiàn)：

注漿施工對橋頭路基鉆水后的形成的空洞、滲水料之間的縫隙、和道砟囊間的大縫隙進行填充注漿；

填充注漿的過程基本完成后，為增加密實程度有個滲透的過程，特別是滲水料間的縫隙和存在粉砟的道砟囊，需要一個充分滲透的過程；

劈裂注漿在改良粉砂土中起到一定的作用，注漿完成后形成不規(guī)則的脈狀，對粉砂土起到擠密改良的作用。

三種注漿程度在每一次注漿過程中都存在，控制注漿壓力和線路安全防護措施也應(yīng)該有所差別，如果注漿管位置布置準確，通風充分，滲透和填充注漿一般都能夠?qū)崿F(xiàn)，對于劈裂注漿需要控制好注漿壓力的前提下，穩(wěn)壓持續(xù)注漿來實現(xiàn)。

四、注漿施工的幾點改進

（一）注漿管布置方案的改進

目前現(xiàn)狀：傳統(tǒng)的路基注漿方案采用了單一式樣的“30 度/5 米長”注漿管打入路基，每單側(cè)路基延米布置1 根，對于軌下淺埋道砟陷槽起到了一定的加固效果，但對于道砟陷槽形成后產(chǎn)生路基鉆水，引起露肩下懸空或道砟陷槽發(fā)展較深的情況加固效果不明顯，對橋頭路基空洞范圍較大，懸空較深的病害加固作用不直接。另外，每延米1 根注漿管注漿過程中，單根注漿管注漿相鄰注漿管發(fā)生冒漿現(xiàn)象，注漿管布置密度偏高；

改進方式：通過“30 度/5 米長、45 度/4 米長、60 度/3 米長”三種注漿管按照1 米間距交替布置，加大了注漿范圍，形成三個角度的空間加固結(jié)構(gòu)，同時也節(jié)約了注漿管材料；另外，對于新老路基結(jié)合部薄弱處所和護砌懸空部位病害采用了“90 度/2 米長”注漿管，在路肩中部垂直路肩打入，采用2 米間距布置；改進后注漿方案在空間結(jié)構(gòu)上進行了優(yōu)化，原有的注漿管布置臨管冒漿的現(xiàn)象得到了緩解，同時節(jié)約了注漿管材；

（二）注漿壓力的控制

目前現(xiàn)狀：注漿壓力按照2010 年設(shè)計方案中控制在0.25-0.3mpa，對于不同的運行條件（天窗內(nèi)和天窗外120km/h 以下）采用了統(tǒng)一的壓力標準；

改進方案：注漿效率、加固效果與作業(yè)安全是相互矛盾的兩方面，為做好兩方面的協(xié)調(diào)，注漿壓力采用2 種模式控制：一是注漿過程充分利用天窗進行，封閉天窗內(nèi)壓力控制在0.5mpa 以內(nèi)，二是天窗外慢行120km/h 條件下注漿壓力控制在0.3mpa以內(nèi)；對于同一處注漿地點，初期注漿壓力較小，屬于填充過程可以在天窗外進行，對于注漿已填滿，加壓擴散的過程利用天窗進行，提高注漿效果；

（三）漿液配比的優(yōu)化

目前現(xiàn)狀：在設(shè)計方案中采用了“水泥：水=1：1”的漿液配比；

改進措施：為形成劈裂注漿的注漿效果，注漿前期易采用水灰比較大的漿液，水灰比一般控制在1：0.8，增強流動性和劈裂的能力；如注漿壓力很?。?.2mpa以下），說明路基內(nèi)部空洞較大，此時需要減小水灰比，使?jié){液變稠（建議控制在1-1.2），利于對空洞的填充；正常注漿水灰比控制在1：1 左右。

五、重點過程控制

（一）防止線路隆起

注漿施工引起線路隆起的主要原因：一是石砟粉化形成的“硬殼”形成局部壓力集中；二是注漿泵誤操作引起的瞬間超壓；三是壓力測量不準確，過多的估算了壓力衰減；現(xiàn)場施工中主要采取了以下措施：

1.道床板結(jié)層是列車運行中沖擊石砟粉化后沉積，遇水后形成的“硬殼”。在注漿壓力集中在“硬殼”下面，壓力放散不及時的情況下，容易引起線路整體隆起，影響行車安全。注意觀察注漿地點有無板結(jié)層的“硬殼”，主要表現(xiàn)特征一是注漿管打入階段性困難或打入速率明顯不同，說民存在板結(jié)層“硬殼”；二是高壓吹風后，風管不拔出，如壓力下降較快說明該處道床通風，通常沒有板結(jié)層影響；如壓力持續(xù)不降，該處地質(zhì)比較復(fù)雜，初步判斷有板結(jié)層存在；三是注漿管撤除時如果沒有氣體返出，說明該段道床正常；如果有氣體返出，初步判斷該地段板結(jié)層存在；

為保證注漿安全，要對板結(jié)層采取放散措施后再進行注漿，主要措施：一是破環(huán)板結(jié)層，放散注漿壓力，注漿時在石砟坡腳打入水平溢漿管，溢漿管頭打注漿孔，注漿過程中有漿溢出說明線路是安全的；二是道心布置溢漿檢查坑，采用套筒防止石砟溜塌，破壞“硬殼”板結(jié)層；

2.注漿管初次注漿壓力突然增加，說明注漿管通風不充分，沒有吹開注漿孔，需再次吹風通孔，在規(guī)定的壓力范圍內(nèi)一般不會引起線路隆起；當注漿時間較長，超過10-20 分鐘后，壓力突然增加要尤其注意，立即停止作業(yè)；

3.控制好注漿壓力，防止壓力瞬間增大；設(shè)置注漿孔口壓力表，壓力突然增加，立即通過無線對講機同注漿泵操作手聯(lián)系，停止注漿泵；

4.加強線路檢查：充分利用道尺、弦線等線路檢查工具，加強注漿過程中進行線路檢查，發(fā)現(xiàn)線路變化立刻停止施工，整修線路；

5.控制好作業(yè)軌溫，從防止脹軌的角度出發(fā)，夏季作業(yè)時防止超溫作業(yè)，注漿時段選擇在上午5：00—10：00 和下午4：00—7：00，并按照防止脹軌的安全措施及應(yīng)急預(yù)案執(zhí)行，遇高溫天氣，及時采取澆水降溫等預(yù)防措施，現(xiàn)場準備氧氣乙炔，急救器夾板等防脹應(yīng)急備品；

6.建立水準觀測系統(tǒng)，及時觀測線路，實行列車到達作業(yè)地點前測量制度，120km/h 以下列車控制在十分鐘前測量，高于120km/h 速度列車采取半小時前測量；

7.注漿超壓后，要立即檢查線路，確認線路幾何尺寸無變化后，經(jīng)過一列車的碾壓后，再進行注漿；

（二）及時處理局部冒漿

注漿過程伴隨著邊坡或護錐冒漿產(chǎn)生，有效及時的封堵冒漿才能使注漿的液面提升到路肩面，起到相應(yīng)的注漿效果。

1.橋頭護砌、護錐塌陷嚴重地段進行護砌翻修后再進行注漿，護砌翻修時砌體下面鋪設(shè)300g/m2無紡布；

2.護砌封堵采用水泥砂漿，加入速凝劑，待砂漿初凝后再進行注漿；

3.路肩冒漿后要充分進行滲透，在路肩石砟邊做上10cm 擋漿的土堰，使?jié){液充分的滲透到基床表層；

4.注漿冒漿的液面要在鋼軌地面80—90cm 以下，保證道床足夠的彈性和大修清篩的進行，一般控制辦法是在道心挖檢查孔，檢查孔底面冒漿后，說明注漿液面已到達要求位置；

5.二次補漿的重要性：注漿初次冒漿后，由于壓力的存在，并沒有把基床注滿，壓力恢復(fù)后液面會回復(fù)下降；所以注漿后水泥初凝以前必須進行二次補漿。

（三）注漿添加劑的重要性

在運輸繁忙干線，對漿液注入路基后的初凝時間要高度重視，特別是道砟囊和橋臺后空洞形成“漿囊”。在列車的荷載作用下，軟體“漿囊”的存在是個很大的安全隱患。另外，遇大雨天氣，“漿囊”水溶破壞后極易引起線路的突然下沉；控制漿液的凝固速度，太快容易堵塞注漿管，太慢影響運輸安全，凝固一般控制在20-30min；

六、注漿效果

經(jīng)過改進后的注漿方案和加強措施，保證了施工質(zhì)量和施工過程的安全。京九線注漿過程中，通過改進后的注漿管布置方案，漿液的注入量明顯增加，加固范圍有所增大，從在路肩面上布置的注漿觀察孔和護錐坡腳冒漿情況來看，注漿工程加固了橋頭15 米范圍內(nèi)的路基，在穩(wěn)壓持續(xù)注漿的條件下，填充了橋頭空洞，改良了橋頭路基填土。整個施工過程，有序可控，能夠保證行車的安全。

七、結(jié)束語

（一）注漿施工的優(yōu)點

一是不影響既有線運營，在普通速度的鐵路上不需中斷行車或天窗內(nèi)施工；二是施工便捷，所需施工機具簡單，便于運輸和施工；三是與換填、樁機加固方案相比，比較經(jīng)濟、便于實施；

（二）注漿施工的弊端

一是注漿介質(zhì)和原有路基本體的不均勻造成道床彈性不一致，導(dǎo)致線路運行不平順；二是路基注漿加固的耐久性需要在運營中進一步總結(jié)經(jīng)驗；

（三）需要進一步解決的問題

注漿介質(zhì)和路基本體土質(zhì)的結(jié)合問題，尤其是在粉砂土質(zhì)的路基加固中，注漿介質(zhì)和原有土體的結(jié)合性差，在水的滲透作用下的耐久性需要研究，同時需要尋求更接近原有路基本體的注漿介質(zhì)來代替水泥。在我們的注漿加固中，初步考慮：一是采用粘土泥漿添加水泥的漿液進行填充承載，使其更接近原有路基本體土質(zhì)，二是試驗劈裂注漿的擴散半徑和劈裂效果，來改良砂性土的力學(xué)性能；