不破板條件下無砟軌道路基加固施工技術研究

王 立

(中鐵七局集團有限公司， 鄭州 450016)

不破板條件下無砟軌道路基加固施工技術研究

王 立

(中鐵七局集團有限公司， 鄭州 450016)

以在建的某高速鐵路客運專線鋪軌后開通前路基沉降異常后，加固整治處理為載體，通過反復試驗，取得加固注漿參數，在不破板條件下，因路基類型不同而采用不同的加固參數進行病害整治，通過機車壓道結合沉降觀測檢驗，整治后沉降穩定，滿足客運專線路基的要求,從加固效果說明注漿是解決客運專線病害整治的有效辦法，為客運專線路基加固工程積累經驗。

高速鐵路；無砟軌道；路基加固；試驗；施工

1 背景

某客運專線設計為350 km/h無砟軌道，在完成鋪軌施工3個月后，局部路段沉降觀測發現沉降異常。為查明原因，業主、設計、施工、監理相關單位到現場查看，并組織對全線路基進行了詳細核查，采用動探結合挖探、鉆探等手段，對全段路基的填料性質、填料質量、路基壓實、基底換填及基底地質狀況等進行了核查，并根據核查結果將路基的現狀總結發現，高路堤(填高≥3 m的路基)、低路堤(填高<3 m的路基)、路塹(挖方換填路基)分別呈現出不同的變化。為了滿足客運專線運營的高標準要求，對該段路基進行整治試驗，取得參數后進行了一系列的試驗研究，效果較好。

2 路基加固施工工藝試驗

按照設計方案，工藝性試驗分兩階段進行，分別為確定施工方法和道岔區施工方案。

2.1 第一階段試驗

2.1.1 試驗目的

(1)通過現場試驗，驗證不同壓力狀態下旋噴樁、小導管注漿和袖閥管注漿加固路基本體填料、低路堤基床的加固效果及對軌道板的影響，確定用于無砟軌道軌道板已鋪設條件下加固路基基床的最適宜的加固方案。

(2)通過現場試驗，驗證設計建議的水灰比、壓力、進漿量等施工工藝參數，獲取旋噴樁、注漿施工對軌道板的影響程度相關參數。

2.1.2 旋噴樁加固試驗及結果

旋噴樁直徑為0.6 m，加固頂面為路肩以下1 m，加固深度為進入硬底0.5 m；縱向樁間距1.95 m(軌道板上3.9 m)，橫向每排5根。

通過不同壓力組合和施工工藝的試驗，結合各方面的數據分析，使用旋噴樁加固本段路基成樁效果較差，且會造成軌道變形[1]，不適用于客運專線路基整治。

2.1.3 注漿試驗及結果

(1)施工工藝[2-4]

注漿采用小導管注漿，施工工藝如下。

①定孔位。根據設計要求標出注漿孔位置，并進行復測。

②鉆機和注漿設備就位。注漿孔位標定后，移動鉆機至鉆孔位置，完成鉆機就位。各類設備就近安裝，注漿管線固定，長度為30～50 m，以防壓力損失。

③鉆孔。鉆孔用φ110 mm鉆頭人工開孔鉆進，深斜孔采用地質鉆機干鉆，淺斜孔采用潛孔鉆，鉆孔完畢，現場管理人員測量成孔深度。

④終孔。鉆孔應以實際鉆探深度為準，加固深度滿足設計要求，經專業工程師自檢，報請現場監理工程師檢查合格后終孔。

⑤清孔。在鉆孔結束后，要及時進行清孔，將孔中碎石等破碎巖芯取出，確保注漿時水泥漿能順利充填破碎巖層和裂隙。

⑥封孔。當天引孔當天封孔，素混凝土封孔，保證封閉密實。

⑦注漿。注漿前先進行試泵和注漿管路的試運轉。水灰比、注漿壓力、注漿量、終止注漿條件等注漿參數暫以試驗段設計參數控制。

(2)注漿試驗質量控制措施

①壓力控制。每臺注漿設備分別監控后臺壓力表、孔口壓力表、百分表，注漿壓力以孔口壓力表控制。

②進漿量控制。通過安裝在后臺的流量計控制進漿量，在軌道變形允許的情況下，當出現注漿壓力小于設計注漿壓力、漏漿、竄孔時，或者漿液外泄嚴重時，先停止注漿，待漿液在初凝后，進行二次注漿，同時通過間歇式注漿來保證加固質量。

③施工流程：施工準備→引垂直孔→封孔→垂直孔注漿→深斜孔(引孔、注漿)→淺斜孔(引孔、注漿)→清理現場。

2.1.4 第一階段試驗結果評估

經過第一階段的試驗，綜合各方面情況分析，旋噴樁不適合用在本工程的路基加固施工中；同時通過注漿試驗，并經過大量現場有效數據的統計分析，獲得了注漿時間、注漿壓力、進漿量以及樁間距之間的關系。從挖探的效果分析，在目前的注漿壓力、布置間距下，漿體的擴散作用明顯，相鄰孔之間的漿體已相互重合，路基土體與漿體形成了明顯的膠結效果，路基密實度、承載力有一定提高，從而驗證了注漿方案可以作為后續設計與施工的初步依據。但還需對道岔區注漿加強變形監測與控制注漿壓力進行第二階段試驗，繼續獲取試驗參數。

2.2 第二階段試驗

2.2.1 試驗目的

在非岔區選擇與岔區路基結構相近的地段通過現場試驗，驗證設計建議的水灰比、壓力、進漿量等道岔區注漿的施工工藝參數，在確保路基加固效果的前提下，獲取注漿施工對軌道板影響可控的施工參數及合理的限位措施。

2.2.2 試驗方案

(1)高路堤注漿加固試驗方案

采用袖閥管注漿結合小導管注漿進行加固處理，袖閥管注漿分為斜孔與直孔，小導管注漿分為淺斜孔和深斜孔，采用間隔布置，同類型孔的縱向間距1.0 m，分別布設于路肩與線路中心。

(2)低路堤加固試驗方案

采用小導管注漿進行加固處理，小導管注漿分為淺斜孔、深斜孔和直孔，采用間隔布置，同類型孔的縱向間距1.0 m，分別布設于路肩與線路中心。

(3)路塹加固試驗方案

采用小導管注漿進行加固處理，小導管注漿分為淺斜孔、深斜孔和直孔，采用間隔布置，同類型孔的縱向間距1.5 m，分別布設于路肩與線路中心。

2.2.3 試驗變形控制

在咨詢道岔及軌道方面的專家，同時經過參與各方反復論證后，按照軌道板隆起量不超過1 mm，不均勻沉降變形量不大于0.5 mm，兩股道外軌的水平高差不大于1 mm進行控制。必須注意施工過程中對每個關鍵工序的嚴格控制，特別是水灰比、壓力、進漿量。

2.2.4 試驗結果

(1)高路堤注漿試驗結果(表1)

表1 高路堤袖閥管注漿統計

注：表中位移正值表示隆起，負值表示沉降。

高路堤注漿結論：袖閥管成區段引孔完成后會造成0～0.8 mm的沉降，注漿會使軌道板隆起，單次最大隆起值為1.9 mm，袖閥直孔施工完成后袖閥斜孔的進漿量很小。而高路堤小導管注漿因袖閥管注漿后的影響，注漿會使軌道板隆起，單次最大隆起值為1.3 mm，袖閥管注漿完成后，小導管注漿時進漿量少而進漿壓力大，容易造成軌道板隆起。

(2)低路堤小導管注漿試驗結果(表2)

表2 低路堤小導管注漿統計

注：①表中位移正值表示隆起，負值表示沉降

低路堤小導管注漿結論：成區段引孔完成后會造成0～0.79 mm的沉降，注漿會使軌道板隆起，單次最大隆起值為0.9 mm，直孔進漿量比斜孔進漿量大。注漿后結束后第3 d軌道變形趨于穩定，穩定后軌道板平均隆起0.25 mm。

(3)路塹小導管注漿試驗結果(表3)

路塹小導管注漿結論：成段引孔完成后會造成0～0.39 mm的沉降，注漿會使軌道板隆起，單次最大隆起值為1.51 mm，直孔進漿量比斜孔進漿量大。注漿結束后第2 d軌道變形趨于穩定，穩定后軌道最終平均隆起量為0.2 mm。

2.2.5 第二階段試驗結果評估

通過在非道岔區路基區段模擬道岔區注漿加固試驗，并嚴格按照初步制定的設計參數施工，進行嚴密的工序卡控，輔以比較直觀的監測手段(控制限位措施)，通過對試驗數據的統計和分析，軌道的最終位移量是可控的(控制在軌道可調整范圍以內)，同時路基加固補強效果明顯，試驗結果通過了專家評審會評審，試驗取得的道岔區注漿工藝參數及軌道變形等數據，可以作為后續施工的依據。

表3 路塹小導管注漿統計

注：表中位移正值表示隆起，負值表示沉降。

3 路基加固設計

3.1 高路堤袖閥管結合小導管注漿加固設計(圖1)

袖閥管注漿分別為深斜孔與直孔；小導管注漿分別為淺斜孔和深斜孔，深斜孔孔深4.6 m，淺斜孔孔深2.15 m。

3.2 低路堤小導管注漿加固設計(圖2)

橫斷面上每排注漿孔由2排縱向間距0.75 m的注漿孔組成，分為垂直注漿孔、淺部斜孔(孔深2.15 m，鉆孔俯角為25°)、深部斜孔(孔深2.86 m，鉆孔俯角54°)。

圖1 高路堤加固橫斷面示意(單位：m)

圖2 低路堤小導管注漿加固橫斷面示意(單位：m)

3.3 路塹小導管注漿加固設計(圖3)

橫斷面上每排注漿孔由2排縱向間距0.75 m的注漿孔組成，分為垂直注漿孔、淺部斜孔(鉆孔俯角為25°)、深部斜孔(鉆孔俯角54°)。

圖3 路塹小導管注漿加固橫斷面示意(單位：m)

4 加固處理施工

4.1 加固總體情況

高路堤加固采用袖閥管注漿結合小導管注漿處理，低路堤及路塹加固采用小導管注漿處理，按照二階段試驗參數進行施工。

4.2 施工工藝

4.2.1 工藝流程

(1)施工順序：先兩側后中間，先深孔后淺孔，分段進行。

(2)引孔：袖閥管和小導管深斜孔采用地質鉆機進行引孔；淺斜孔先用手鉆破除封閉層混凝土，然后用潛孔鉆進行引孔。

(3)填充：孔內安裝進漿管與出漿管，隨后在孔內充填直徑5～10 mm碎石。

(4)封孔：引孔完成后及時進行封孔，采用C15素混凝土，封孔厚度不小于50 cm，保證封閉密實。

(5)壓漿：采用旋流式攪拌機進行漿體攪拌，注漿前先進行試泵和注漿管路的試運轉，試泵合格，注漿管路運轉正常方可進行壓漿作業施工。

4.2.2停漿條件：[5-7]

(1)注漿壓力達到設計給定的最大值，且穩壓時間大于10 min。

(2)當注漿壓力小于設計值，發生漿液嚴重外泄時，應停止注漿，待漿液初凝后進行二次注漿。

4.2.3 控制措施

總體原則：嚴格按設計要求控制壓力和進漿量，在滿足這一前提條件下采取必要的技術手段和監控手段，按滲透注漿的原則，確保不破壞軌道板，從而達到對路基本體加固補強的作用。質量卡控措施[8]如下。

①引孔質量控制：鉆機就位后由專門的技術人員對鉆機鉆桿的傾斜角度進行測量，施工過程中記錄各孔位的施工時間，并對鉆孔的芯樣進行描述。鉆進過程中應注意觀察地層變化及其他異常情況，如孔內有水或者其他不明物體，及時向該管段作業班長、技術負責人匯報。同時，通過鉆桿刻度進行孔深控制。鉆孔至設計深度后請監理檢查，檢查合格再進行下個孔位的引孔施工。

②封孔質量控制：主要控制封孔混凝土本身的密實性和與周邊孔位的緊密結合。首先對封孔混凝土的配比進行優化，先后進行了摻加減水早強劑、速凝劑、水玻璃等措施確保封孔的時效和質量，通過比選最終確定使用減水早強劑，主要考慮其密實性有保證、混凝土質量穩定，但在早強方面相對較欠缺。設置專班進行封孔混凝土的施工，嚴格按交底的配合比進行，技術和現場人員進行卡控。對封孔厚度進行了在最大壓力下的理論計算，主要考慮了混凝土與孔壁的粘接力，并通過了各種條件下的實際檢驗，最終確定為50 cm封孔厚度?？紤]冬季施工條件，對封孔混凝土進行及時合理的養護和覆蓋，避免凍傷。

③漿體質量控制：對漿體原材料水泥按規范要求進行及時送檢，合格后方可使用。設置專門的保管場所，確保水泥在干燥狀態下不結塊。使用比重計對漿體的容重進行現場卡控，主要利用了水灰比與漿體容重一一對應的關系進行間接控制。因注漿施工跨越冬季，須嚴格控制攪拌時間、及時掌握現場溫度，使漿體在冬季條件下不發生沉淀、不受凍。同時，在漿體外溢嚴重時、壓力很難達到的前提下進行二次注漿，確保注漿孔的擴散半徑，也可將使孔口沉淀的漿體重新恢復均勻。

④壓力控制：在壓漿泵的出漿口和進漿管的管口處設置防振壓力表，設專人進行記錄，嚴格按設計要求進行注漿。在注漿過程中，通過對講、復述進行前后的協調，確保壓漿的質量和效率。

⑤進漿量控制:主要通過電磁流量計進行現場卡控，設專人進行記錄。

⑥排水系統的優化：對注漿過程中可能受影響的盲溝進行全過程沖水，防止堵塞。對發現堵塞的或者排水不暢的排水溝，進行及時疏理。特別重視在鉆進過程中水的疏導，必要時在孔位處插打排水管。

⑦軌道板的合理控制：主要通過對稱注漿、間歇式注漿、分區段跳槽注漿實現。同時通過必要的技術輔助措施，對軌道板進行監控。

⑧內業資料控制：對每天的原始記錄進行逐級通報，并整理成電子文檔臺賬，及時分析當天注漿過程中出現的問題，以利后續改進。

通過現場挖探和重型動探，可以發現注漿后，漿液與路基填料的膠結效果明顯，也不難判斷其強度和密實性已大于其加固前的路基本體，從而實現了對原有路基加固補強的目的。

5 路基加固效果驗證

為檢驗路基加固效果，對路基沉降觀測的對比來檢測路基注漿加固效果。同時對機車壓道期間加固段沉降進行平行監測。

5.1 驗證分析方法的確定

機車壓道，時間40 d。

機車壓道采用2臺DF4B型機車，相關參數滿足我國高鐵客運專線設計動車軸重要求。

5.2 機車壓道期間加固段沉降觀測

(1)觀測目的：為檢測加固效果，采用機車進行壓道，通過觀測布設于軌道板支撐層上的沉降觀測樁絕對高程值變化，來判定路基沉降情況[9]。

(2)觀測斷面及觀測樁布置：所有觀測樁均埋設于軌道板支撐層上，觀測斷面間距為30 m，在涵洞過渡段、道岔地段均進行了加密[10]。

(3)觀測方法及頻次：采用閉合二等水準測量，共進行了6次測量，其中壓道前1次，壓道期間4次，壓道完成后1次。

(4)壓道數據分析：分析了104個斷面，208個沉降觀測點，加固最大沉降1.77 mm，最大隆起1.39 mm，其中累計沉降值大于1 mm的點有9個，占觀測點總數4.32%，累計隆起值大于1 mm的點有9個，占觀測點總數的4.32%。道岔各項參數滿足驗標的要求[11]。典型時程曲線如圖4所示。

圖4 典型時程曲線示意

由圖4可見，路基沉降已經趨于穩定，沉降速率和沉降量滿足客運專線路基的沉降要求[12]。

6 加固效果總體分析

根據設計院提供的試驗參考數據，進行了大量、深入、細致的路基加固試驗性工作，取得了大量的一手資料，剔除了一些效果不佳的施工方法，同時也驗證了一些行之有效的路基加固方法。通過各方對試驗數據的統計分析，以及多次詳細的專家會評審，得到了指導加固實施的工藝參數和相關質量控制措施，采用小導管和袖閥管等注漿方法進行路基加固施工，對注漿壓力、進漿量、軌道變形等指標嚴格控制，通過挖探、機車壓道、物探、沉降觀測等各種驗證手段，比較直觀地看到了加固效果，特別是通過加固前后沉降、地震面波檢測等大量的數據對比分析，證明達到了設計路基加固的預期目的。該段整治后，高速鐵路運行已經2年，未出現異常情況。

7 結論

客運專線無砟軌道路基沉降觀測出現異常情況，采用注漿加固的辦法并采用機車壓道進行檢驗整治效果的做法是可行的，值得借鑒。

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Study on Ballastless Track Subgrade Consolidation without Destructing Slab

WANG Li

(China Railway 7th Bureau Group Co.， Ltd.， Zhengzhou 450016, China)

2013-12-13；

：2014-01-08

中國鐵路工程總公司科技進步項目(20124054)

王 立(1975—)，男，高級工程師，1996年畢業于西南交通大學鐵道工程專業，工學學士，E-mail:343582272@qq.com。

1004-2954(2014)09-0061-06

U238； U213.1+5

：B

10.13238/j.issn.1004-2954.2014.09.016