高速鐵路路基基底巖溶整治技術

劉 瑜

1 工程概況

浙贛線電氣化提速改造工程是在既有線基礎上改造成客貨共線的達200 km/h的高速鐵路,玉山—湖沿區間地段屬于巖溶地貌發育的晚期階段(巖溶平原、盆地),地貌為剝蝕、溶蝕低丘及沖積階地,從物探資料判斷巖溶、巖溶水強烈發育,本段地下水接受相鄰地段地下水側向補給及地表水補給,向河谷及低洼溝槽內排泄。地下水水位埋深2 m～4 m剝蝕、溶蝕低丘及沖積階地地貌,下臥為灰巖,巖溶強烈發育,孔隙水、巖溶水發育,地下水水位埋深1 m～3 m。線路開通后因地質不穩定,設計采用巖溶注漿加固既有線路基。

2 巖溶整治方案設計

本工程路基基底的巖溶整治寬度為新建鐵路的路堤(塹)路基面和路堤邊坡范圍,整治措施主要為注漿加固。此次巖溶整治以綜合考慮水的影響、覆蓋層厚度和物質組成、地貌和發育程度的巖溶地面塌陷分析評分為依據,并充分考慮已經塌陷地段、沿線抽取地下水情況和既有線運營情況等。

本段巖溶整治中注漿孔孔間距為5 m,采用二序法進行施工。水泥選用細度模數小于5%的普通硅酸鹽水泥,水玻璃選用濃度為38 Be′～43 Be′。巖溶整治方案設計簡述如下：

1)對路塹段和H＜3 m的路堤段,在兩側路肩布置兩排孔,見圖1。

2)對3 m≤H＜5 m的路堤段,在兩側路肩和坡腳布置四排孔,見圖2。

3)對H≥5 m的路堤段,在兩側路肩和邊坡中部布置四排孔,見圖3。

4)對原既有線地段,在兩側路肩布置兩排孔,見圖4。

3 巖溶整治施工技術

3.1 施工準備

1)施工前與管理部門簽訂安全配合協議,并設置安全聯絡員,和現場保持密切聯系。2)查明地下管線等情況,采取遷移或鉆孔移位調整等處理措施,保證既有線施工和運營的安全。3)施工之前必須進行注漿試驗,進而確定鉆孔機具和鉆進方法、注漿壓力與注漿量、水灰比、擴散半徑等參數。4)嚴格限制在巖溶易塌陷區鐵路沿線兩側500 m范圍內抽取地下水。5)對注漿機具、漿液組成性質、使用范圍、注漿環境等進行嚴格控制,特別對膠凝材料、水泥和促凝劑水玻璃無機硅酸鹽材料進行優選。

3.2 施工機械配套

注漿施工機械配套見表1。

表1 注漿施工機械配套表

3.3 施工工藝

1)鉆孔放樣。首先進行場地平整,并對平整的地面進行高程、中心測量,分別在路基的路肩及坡腳處按5 m孔間距布置注漿孔,鉆孔位置、孔深、傾斜角根據設計要求提供鉆孔布置表進行放樣,鉆孔位置視巖溶發育程度、施工場地等情況,孔位原則上可在2 m范圍內調整,鉆孔傾斜度誤差應嚴格控制在1°以內。

2)鉆孔。施工鉆孔工藝要求應滿足《工程地質鉆探技術規程》的規定。采用地質鉆探成孔,鉆孔終孔直徑不得小于91 mm,鉆至設計深度后,埋入注漿管,管外孔口段用水泥漿加速凝劑凝固,待達到強度后,實施注漿。施工時必須采取“探灌”結合的措施,應有不少于30%的孔作為“探灌”孔,鉆孔應該作巖芯鑒定并做好記錄,根據鉆孔情況和壓漿情況調整巖溶整治范圍和深度。

3)注漿。a.采用孔口封堵全孔壓力注漿,灌漿泵和孔口均應安設壓力表,壓力表與管路之間應設有隔離裝置,注漿管路應保證漿液流動暢通,要求其承受能力的壓力不小于450,使用壓力表宜在壓力表最大標準的1/4～1/3。除路堤人工填土部分不予注漿外,其余部分注漿量根據巖溶形態、形成機理、發育程度等情況按0.6 m3/m～1.2 m3/m計。b.注漿結束標準：在壓力表不小于0.2 MPa時,20 min持續注漿量小于1 L/min或10 min持續注漿量小于0.4 L/min。c.注漿過程中,注意控制壓力并加強巡視,避免污染環境(如水源、農田、道碴),發現異常情況,應立即采用相應措施。

3.4 質量控制及效果檢查

3.4.1 質量控制

1)開孔豎直度控制。鉆孔偏差不得大于2%,在鉆孔過程中土層和巖溶發育破碎帶應采用跟管干鉆。鉆至巖層后可采用飽和水鉆進,水源困難地段可采用風壓干鉆,嚴禁使用泥漿鉆、大水沖水鉆進。鉆孔過程中要詳細記錄芯樣情況,檢查確認巖面成分、巖土分界位置、鉆孔深度和鉆孔條件。

2)注漿方式選擇。對路塹地段和深度小于10 m的鉆孔采用孔底循環式全孔注漿,對大于10 m的深孔采用分段壓漿,自下而上逐段注漿,射漿管伸入孔內離孔底約0.5 m～1.0 m,注漿工作必須連續進行,若因故中斷,應及早采取處理措施,盡快恢復;若因故不能恢復應立即沖洗鉆孔,而后恢復注漿。

3)冒漿、漏漿處理。a.可添加速凝劑,但摻入量不大于漿液量的3%(重量比);b.對注漿量大的空洞或半充填溶洞,應間隙注漿或加砂、碎石充填后再注漿;c.加入氫氧化鈣等速凝劑,縮短凝結時間;d.采用水泥—水玻璃雙液注漿法。

4)地表監控。在注漿過程中進行地表和沉降觀測,特別關注線路軌道變化,同時選派既有線施工經驗豐富的職工每天在施工現場巡邏,如有異常及時與車站聯絡員聯絡,確保行車安全。

5)注漿結束判定。注漿結束判定主要是按照設計要求的注漿結束標準結束注漿,即滿足以下標準之一時結束注漿：a.注漿前后巖層單位吸水率的比值大于10;b.檢查孔補注水灰比 2∶1的漿液時,初始的前10 min進漿量小于10 L/min;c.檢查孔注漿量小于常見注漿量的1/2;d.檢查孔的單位吃漿量不超過周圍2孔單位吃漿量平均值的30%。

3.4.2 效果檢查

1)注漿完成后鉆孔取芯驗證。經鉆探法取芯分析,檢查鉆孔巖芯可見多處泥塊,基本填滿可見縫隙。

2)物探點法檢測。施工完畢后用物探電波法檢測,結果顯示：各測點頻散點曲線光滑,形態上無明顯“之”字形拐點以及曲線錯段現象,面波速度隨深度基本在均勻層狀分布。說明注漿較好地填充了節理、裂隙等結構面及溶蝕空洞,對軟弱松散不均勻體產生了有效的固結作用,地基的強度和其他力學指標有了明顯的改善,注漿效果滿足設計要求,質量合格,地表檢測結果無異常隆起,線路軌道沒有發生任何變形,沒有影響既有線行車安全。

[1]黃淑森.鐵路路基基床病害與整治[M].北京：中國鐵道出版社,2005.

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[4]李樂陽,董培壯.路基巖溶整治在鐵路施工中的應用[J].建設機械技術與管理,2009(5)：11-14.

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