CRTSⅢ型板式無砟軌道路基地段注漿抬升技術

李 楊

(中鐵十八局集團第五工程有限公司，天津 300451)

我國部分高速鐵路施工結束后，由于多種因素，路基地段經(jīng)常出現(xiàn)不同程度沉降現(xiàn)象，軌道頂面高程超出扣件調(diào)整范圍，導致線路高程以及平順性不滿足驗收標準及規(guī)范要求。單純依靠列車限速無法從根本上解決沉降問題，因此絕大多數(shù)項目選擇使用注漿抬升技術對沉降地段進行整治，在注入高聚物材料使軌道抬升后，使用高聚物材料或砂漿將基底填充密實。注漿抬升過程中，遵循“從大到小、分段多次”的原則，對于抬升過程中造成的局部封閉層破損情況，在抬升完成后進行修復[1]。本文以濟鄭高鐵為例，研究CRTSⅢ型板式無砟軌道路基地段高聚物注漿抬升施工方法。

1 背景概述

濟鄭高鐵路基地段CRTS Ⅲ型板式無砟軌道主要由鋼軌、扣件、軌道板、自密實填充層、隔離層和底座板等部分構成[2]。

內(nèi)黃站附近由于大規(guī)模新增水井抽水造成區(qū)域地下水位下降，極端暴雨、路基坡腳施工抽水、棄土堆載、兩側站臺填土堆載、雨棚施工及加載、施工工序影響等綜合因素造成路基沉降，線路整體較設計標高低10 mm，需要通過注漿抬升技術進行沉降整治。

內(nèi)黃站軌道板施工以2021年5月21日 CPⅢ復測成果為基準。采用2021年11月28日 CPⅢ復測成果進行軌道測量,結果顯示內(nèi)黃站站臺范圍內(nèi)軌道高程降低3.2～5.6 cm，滑縣特大橋DK250+300至DK252+500范圍內(nèi)軌道高程降低2.0～2.8 cm。其中：左線實測軌面高程最大偏差值位于DK247+791處，軌面高程比設計值低54.2 mm；右線軌面高程情況與左線基本相同，實測軌面高程最大偏差值位于DK247+706處，軌面高程比設計值低57.3 mm。

2 方案選擇

內(nèi)黃站路基段里程范圍為DK246+632.080至DK248+809.670，長度為2177.590 m(雙線)，含8組道岔，軌道板左線325塊、右線326塊、道岔板200塊，共計851塊板。線路整體較設計標高低10 mm。內(nèi)黃站路基沉降情況見表1。

表1 內(nèi)黃站路基沉降情況統(tǒng)計表

根據(jù)目前線形情況，結合無砟軌道結構抬升整治特點，以優(yōu)化線形、改善平順性、滿足規(guī)范要求為目標，對濟鄭高鐵DK246+632.080至DK248+809.670軌道進行沉降整治，提出兩種方案進行比選。

方案一：將軌面高程抬升至設計高程，該方案需要抬升軌道板651塊、長度3638.380 m，道岔板200塊、長度716.800 m。

方案二：將軌面高程偏差值大于等于8mm的部分抬升至設計高程，小于8 mm的部分不抬升，通過扣件調(diào)整高程。該方案需要抬升軌道板470塊、長度2629.680 m，道岔板101塊、長度357.200 m。

可以看出，方案二較方案一注漿抬升范圍、軌道板和道岔板數(shù)量、長度均減少，注漿量也相應減少，工期縮短，因此推薦選用方案二。

3 注漿抬升控制要點

3.1 材料要求

無砟軌道抬升及填充用高聚物注漿材料應具有較好的疏水性，且在水浸泡環(huán)境中具有良好的力學性能保持能力。

無砟軌道結構抬升到位后，采用快硬型聚合物填充砂漿對板底空隙進行完全填充，恢復無砟軌道結構和級配碎石層界面黏結。該砂漿須具有較好的自流平性，其硬化初期應具有適宜的膨脹性能，后期應具有較小的收縮性、較好的耐磨性和抗疲勞性能[3]。

3.2 注漿液配比

由于高聚物材料為雙組分混合，在注漿抬升前需要對所用原材料化學成分及混合后化學反應進行試驗研究，提前確認兩組分的配比及其性能,根據(jù)不同配比的化學反應，提供更適合實際情況的參數(shù)。

借鑒已有的高聚物材料配比及既往同類注漿工程經(jīng)驗，采用A組分聚氨酯預聚體與B組分固化劑進行不同比例的配合制備，制備A、B組分配比分別為2.0：1.0、1.5：1.0、1.0：1.0、1.0：1.5、1.0：2.0的幾種試件進行性能測試，通過配比試驗并結合注漿理論分析，從混合物固化情況(穩(wěn)定性、流動性、可灌性、強度及空隙情況)進行研究，測試結果見表2。

表2 高聚物材料配比測試結果

通過表2不同比例的配比試驗結果可知：當A：B比值太大時，混合后的材料固化時間較長，且強度不足，無膨脹現(xiàn)象，不符合施工要求；當A：B比值太小時，雖然強度隨著B組分增加而增加，但脆性的高聚物導致材料容易脆裂，影響材料的耐久性，且材料發(fā)泡嚴重，混合后的體積嚴重膨脹，也不符合施工要求；當A：B=1.0：1.0時，有利于二者進行反應，反應時間及強度合適，空隙少且較小，內(nèi)部填充密實，故選擇A：B=1.0：1.0為該高聚物材料的最佳使用配比。

3.3 注漿量控制

由于實際施工時注漿量與基底環(huán)境、漿泡膨脹率有關，在注漿前應選取一部分注漿孔作為先導孔，進一步了解基底特性、測試相關參數(shù)，同時進行試驗性注漿以確定注漿施工參數(shù)。

首先，需確定注漿后膨脹體積與注漿量的關系。在常溫環(huán)境中，將體積為V0的漿液注入容器中，待膨脹結束后記錄膨脹后體積V1，計算得出膨脹系數(shù)α=V1/V0。

其次，選取部分地區(qū)試驗注漿。假設注漿后抬升體積V2與漿液膨脹后體積V1成正比，通過試驗結果計算抬升系數(shù)β=V2/V1。

由于抬升系數(shù)β不是一個固定值，受多種因素影響，且隨著施工的進行基底固結會導致β值減小，因此需根據(jù)實際施工記錄各類情況下的β值變化。

經(jīng)過試驗，β初始值隨沉降值增大而增大，β最小值隨沉降值增大而減小，沉降值最大區(qū)域β值約為5%～20%，沉降值最小區(qū)域β值約為8%～12%，由于變化基本屬于線性，可采用平均數(shù)估算各沉降區(qū)域所需注漿量。估算注漿量后，現(xiàn)場應配備10%富余的漿液量，并在施工過程中隨時觀察高度變化，采用“先快后慢”的方式控制注漿量速度，隨時調(diào)整注漿參數(shù)，確保注漿抬升質(zhì)量。

3.4 孔位布置要點

孔位分為抬升孔、填充孔和觀察孔，布置孔位前需根據(jù)試驗確定注漿后漿液膨脹半徑，整體布置遵循“均勻布置、密實充分”的原則，其中布置方法按沉降量不同分為兩種方式。

(1)對于抬升量超過10 mm的正線，采用注漿抬升和灌漿填充方式。抬升孔應設置在每塊軌道板的四角區(qū)域，且應與軌道板四角邊界間距相同，保證注漿抬升速度及抬升后軌道板頂面高度平齊。由于填充使用的是灌漿填充方式，漿料流動性較好，填充孔應設置在軌道板中心，使?jié){料向四周擴散，保證漿料填充半徑及到達觀察孔的時間大致相同。觀察孔的作用是觀察填充孔注漿是否完成，布置應根據(jù)漿液膨脹半徑確定，觀察孔至抬升孔距離為漿液的膨脹半徑，保證觀察孔出漿時軌道板下灌漿填充充分。

(2)對于抬升量在10 mm及以下的正線，采用注漿抬升及填充方式。由于此類情況抬升量較小，需嚴格控制抬升高度，所以采用在板中增加兩個抬升孔，多孔注漿的方法施工，以保證注漿精度。填充孔根據(jù)抬升孔注漿半徑均勻分布，保證注漿填充充分。

3.5 工藝流程

無砟軌道注漿抬升工序較多，需把控好各個環(huán)節(jié)，整體工藝流程如圖1所示。

圖1 工藝流程圖

3.5.1 范圍和抬升量

對CPⅢ網(wǎng)進行復測，采用軌檢小車對軌道進行測量，調(diào)查扣件調(diào)整量，根據(jù)設計要求和軌面調(diào)坡方案確定各扣件處抬升量，測量過程中扣件應為WJ-8標準扣件。

3.5.2 鉆孔

孔位布置完成后，應采用鋼筋探測儀對孔位附近鋼筋布置情況進行探測，并根據(jù)探測結果對孔位進行微調(diào)。

抬升孔位于軌道板兩側底座上，距軌道板邊15 mm，采用錘鉆鉆孔，孔徑25 mm，孔深不小于550 mm，孔與垂直方向呈45°角斜向鉆入，鉆孔角度偏差應控制在±5°范圍(詳見圖2)。

圖2 抬升孔橫斷面布置圖

填充孔位于軌道板中心灌漿孔上，孔徑50 mm，采用水鉆鉆孔，垂直軌道板向下鉆入，鉆孔深度不小于600 mm，以鉆透底座板為準。

觀察孔位于軌道板兩側底座上，距軌道板邊150 mm，采用水鉆鉆孔，垂直于底座板表面垂直向下鉆入，鉆孔深度不小于300 mm，以鉆透底座板為準(詳見圖3)。

圖3 填充孔和觀察孔橫斷面布置圖

鉆孔結束后，及時對鉆出的粉塵及雜物進行清理，防止造成現(xiàn)場污染，并使用玻璃膠對孔位進行封閉，防止雨水及雜物侵入。

3.5.3 注漿抬升

施工開始前，需完成設備調(diào)試及材料檢驗，同時現(xiàn)場應對各點的注漿抬升量進行復核，并制定抬升計劃。注漿材料采用雙組分高聚物聚氨酯材料，其技術指標需滿足設計要求。移除臨時注漿孔封閉材料，根據(jù)孔位選擇長度合適的注漿管插入孔中并固定，注漿管橡膠部分應位于底座內(nèi)且固定牢固。

軌道抬升應按照預定計劃且單次控制在10 mm之內(nèi)。注漿抬升施工時，使用兩臺精密電子水準儀同時監(jiān)測軌道板左右股軌頂高程，當抬升量到達預定高度后停止注漿并將注漿管拔出。施工過程中，應即時觀測橫向位置避免發(fā)生位移，并對點位附近軌道結構實時觀測，如中途出現(xiàn)裂紋、鼓起或跑漿應立刻中止注漿作業(yè)[4]。

3.5.4 注漿填充

無砟軌道抬升全部到位后，通過砂漿填充孔采用快硬型聚合物砂漿對底座板下存在的空隙進行完全填充，恢復路基基床表層對無砟軌道結構的支撐，以及無砟軌道和級配碎石層界面黏結，以維持軌道結構整體性和穩(wěn)定性。無砟軌道填充時，應控制注漿壓力，并實時監(jiān)測軌道結構高程，避免軌道結構高程發(fā)生較大變化，同時應通過觀察孔觀察快硬型聚合物水泥砂漿灌注狀態(tài)，確保無砟軌道下砂漿填充飽滿、密實。

3.5.5 封閉層破損修復

(1)破損鑿除。根據(jù)破損大小，沿破損處外圈切割，將切割縫至底座板外側混凝土全部鑿除，將廢料清理到棄渣場。

(2)涂刷界面劑。用角磨機和吹風機清理封閉層垂直面和底座側面與封閉接觸的下半部分，清理干凈后調(diào)制界面劑，并均勻涂刷在封閉層垂直面上。

(3)混凝土澆筑與養(yǎng)護。按比例配制C30混凝土，攪拌均勻后澆入封閉層與底座間，用抹子抹出不小于2%的橫向排水坡后噴養(yǎng)護劑進行養(yǎng)護，待混凝土達到強度后對表面進行打磨修正，之后清理施工現(xiàn)場并撤至線外。

3.5.6 封閉層嵌縫修復

(1)嵌縫清理及加工。使用彎鉤等將原硅酮膠清理干凈，使用切割機處理嵌縫深度與寬度使其達到20 mm。對較深的嵌縫可先填充泡沫板使其達到要求。

(2)粘貼防污膠帶。將嵌縫兩側混凝土表面打磨至露出新面，嵌縫每側的打磨寬度不少于膠帶寬度，并用鋼刷及刷子處理表面灰渣，在距離邊界20 mm外粘貼膠帶進行封邊。

(3)在嵌縫區(qū)域內(nèi)均勻涂刷界面劑。

(4)當界面劑達到表干狀態(tài)后，使用硅酮膠嵌縫，并用刮刀進行刮平。

(5)硅酮膠刮平后，快速撕掉封邊膠帶。

3.5.7 軌道精調(diào)

無砟軌道抬升到位并注漿填充完成后，采用軌檢小車對軌道進行測量，并根據(jù)精調(diào)方案進行精調(diào)。

4 注意事項

(1)開工前對測量等設備進行檢定和校核，確保其滿足施工要求，對所有施工材料進行試驗，確保其滿足設計要求。

(2)注漿抬升宜從沉降量最大處開始，并逐漸向兩側進行，抬升區(qū)域和非抬升區(qū)域做好順坡過渡，避免抬升過程中軌道結構局部應力過大，造成軌道結構損傷。

(3)注漿抬升過程中應采用精密水準儀及經(jīng)緯儀對軌道高程和平面位置進行監(jiān)測，防止超抬和產(chǎn)生較大平面位移。

(4)灌漿填充時，利用電子水準儀對軌道高程進行監(jiān)測，防止出現(xiàn)上拱現(xiàn)象。

(5)在注漿抬升過程中，應隨時檢查伸縮縫，若發(fā)現(xiàn)伸縮縫中有膠流入，應及時掏除干凈，并按要求填充硅酮膠，保證伸縮縫功能不受影響。

(6)由于施工地段沉降尚未完全穩(wěn)定，施工時目標高程保證“寧高勿低”的原則，抬升過程中應加強抬升軌道板及相鄰板的高程監(jiān)控，施工影響范圍內(nèi)任何一點達到目標高程立即停止抬升。

5 結語

本文結合內(nèi)黃站實際案例，從無砟軌道注漿抬升前準備工作以及注漿抬升施工要點方面對注漿技術進行了研究分析。主要結論如下：

(1)對于不同沉降問題應進行分析，需要從經(jīng)濟性和可操作性方面確定最優(yōu)方案；

(2)高聚物材料配比需要從工作性及耐久性等方面試驗確認，對比試驗是得出最優(yōu)配比最直觀的方式；

(3)注漿量控制需要計算各種情況下抬升量與注漿量的關系，不同基底和抬升量都會影響到注漿量計算，不能僅從一次數(shù)據(jù)得出結論；

(4)孔位布置需要根據(jù)施工方法，并遵循“均勻布置、密實充分”的原則進行布置，以保證注漿抬升效果；

(5)施工過程需嚴格遵守工藝流程施工并隨時觀測。