鐵路路基施工巖溶整治技術要點

張 煒/寧夏西部創業實業股份有限公司

鐵路路基施工巖溶整治技術要點

張 煒/寧夏西部創業實業股份有限公司

巖溶地貌對鐵路工程特別是鐵路路基工程施工影響較大，結合湘桂鐵路擴改工程柳南段巖溶整治，介紹了石灰巖分布地段巖溶整治原則、施工工藝、質量控制和施工注意事項， 以期對類似工程施工中起到參考借鑒和施工指導的作用。

鐵路路基施工；巖溶整治；整治原則；施工工藝 ；質量控制

巖溶是地表水和地下水對可溶性巖石的化學溶解和機械侵蝕共同作用所產生的地貌現象。巖溶對鐵路工程尤其是對鐵路路基工程的主要危害如下：地下洞穴的頂板坍塌引起洞上的鐵路建筑物下沉或破壞；洞穴或漏斗周期性冒水，淹沒路基基底，引起沉陷、翻漿或崩塌；突發性地下涌水，沖毀鐵路建筑物。巖溶較多集中分布在我國廣西、云南等省西南地區。常見的巖溶形態有：落水洞、豎井、漏斗、溶洞、溶蝕洼地和暗河等。

1 . 工程概況

如湘桂鐵路擴改工程柳南段客運專線，地處廣西柳州至來賓地域內。該區域沿線屬殘丘地貌，地勢開闊，地形較平坦，地面高程在85～92m之間。地表上覆蓋第四系全新統粉質黏土（人工填土）（Q4ml）、坡洪積（Q4dl+pl）粉質黏土，厚度在0～3m，局部松軟土一般厚0～2m，大部分分布在魚塘及水田表層。下伏基巖為石炭系上統（C3）灰巖，基巖表面溶孔發育，巖溶強烈發育地段地表多見落水洞。地下水主要為第四系松散層孔隙潛水，受大氣降水補給，富水性差，水量微弱，基巖面起伏大，基巖面埋藏淺處，地下水埋深一般為6～8m，基巖埋藏深的地段，地下水埋藏深，水位一般大于20m。綜合巖溶地面塌陷影響因素分析，本段巖溶屬弱～中等發育，局部存在強烈發育，存在溶巖地面塌陷的條件，需要進行巖溶整治。下面本人結合我標段巖溶整治方案及現場實踐，淺談下路基工程巖溶整治原則、施工工藝和質量控制。

2. 整治原則

2.1 整治對象

根據路基巖溶地面塌陷預測評價和鉆孔探測分析，巖溶段落可為分不易塌陷區、易塌陷區和極易塌陷區。對被評價為極易塌陷區、易塌陷區的路基段落，整治的對象是危及路基穩定的溶洞、連通性較好且垂直發育的溶蝕破碎帶與覆蓋層土洞；對評價為不易塌陷區的路基段落，整治的對象一般為危及路基穩定的溶洞。

整治措施

（1）淺層及開口型溶洞，一般采取揭蓋回填、地表封閉劑跨越處理。

（2）裸露型巖溶為消除地基不均勻性并防止地面塌陷及變形，采用清除地表覆土并換填粗粒土、鋪設土工格柵墊層與鉆孔注漿相結合的處理措施。

（3）覆蓋型巖溶以鉆孔注漿為主要整治措施，通過注漿充填土石界面附近的土洞、溶洞和溶蝕裂隙，阻隔地表水和地下水之間的水利聯系，防止溶巖地面塌陷的發生。

2.2 整治深度

（1）裸露型巖溶：鉆孔深度不小于5m，若地面以下15m深度內存在溶洞，則加固到洞底以下不小于2m。溶洞頂板厚度大于15m地段一般不進行整治，當頂板破碎、溶洞跨度較大時，采取安全頂板厚度法進行判別，若頂板厚度達不到要求（完整頂板厚跨比不小于0.5，非完整頂板厚高不小于5.0），則要采取鉆孔注漿至溶洞底以下2m。

（2）覆蓋型巖溶：覆蓋土總厚度小于30m（聯絡線為25m）地段，通過鉆孔注漿封閉土石界面（基層面上3m，下5m）。若加固深度范圍內有溶洞時，在鉆孔注漿至溶洞底板以下2m，上部土層鉆孔采取充填注漿封孔。

（3）采用外出換填地段，應當清除地表覆土至基巖面。

3. 施工工藝

3.1 平面布置（Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ序布置見圖1）

圖1 布置圖

（1）易塌陷區：對溶洞、土洞、垂直溶蝕破碎帶不發育且連續長度超過30m的地段，以7m縱距沿中線交替布置探灌結合孔，用以核查設計地質條件：對溶洞、土洞、垂直溶蝕破碎帶發育的地段，鉆孔注漿一般按二序（Ⅰ、Ⅱ）進行。Ⅰ序孔間距7m，按正方形均布；Ⅱ序孔在Ⅰ序孔正方形中心及溶洞位置內插加密，Ⅰ、Ⅱ序孔形成菱形布置，間距5m當支擋結構物基礎下需注漿處理時，在Ⅰ、Ⅱ序孔中間內插Ⅲ序孔，注漿孔孔距加密至3.5m。

（2）極易塌陷區：一般按二序（Ⅰ、Ⅱ）進行鉆孔注漿，Ⅰ序孔間距7m，按正方形均布；Ⅱ序孔在Ⅰ序孔正方形中心及溶洞位置內插加密，Ⅰ、Ⅱ序孔形成菱形布置，Ⅰ、Ⅱ孔間距為5m，對已發生塌陷、有支擋工程及車站咽喉區的需加密注漿處理時，進行Ⅲ序注漿處理，Ⅲ序孔在Ⅰ、Ⅱ孔中間內插加密，加密后的孔間距為3.5m。

3.2 鉆孔

鉆孔位置依據平面圖施放，孔位偏差不大于50cm。施工前對整治區地面及地埋管線進行勘察確認，放線時對孔位進行調整避開管線，如距離大于50cm時，需報設計、監理核準。對按設計原則明確布置探灌結合孔地段的注漿鉆孔和均勻布孔整治段落Ⅰ序孔中30％的注漿鉆孔，均按勘探孔技術要求施鉆，進行巖芯鑒定和編錄，并交監理、設計單位地質人員確認，進行綜合分析評判，核查和驗證設計地質條件。覆蓋層中鉆孔采用跟管鉆進，直徑不得小于130mm。基巖段終孔直徑不得小于91mm。注漿前先進行成孔沖洗。對沖洗時返水的鉆孔，以沖洗液變清為結束條件。對溶洞、溶蝕破碎帶發育、沖洗時不返水的鉆孔，要求流量不小于泵送額定流量的80％，沖洗時間不少于10min。

3.3 封孔

在滿足設計注漿壓力條件下，根據現場地質情況采用濃水泥漿（水泥砂漿）一次性封閉或孔口管動態阻塞法封孔。孔口管封孔可有效的避免垮孔，并可處理漿液漏失。有溶洞發育、溶蝕破碎且漏水嚴重時，采用孔口管動態阻塞法，孔口管直徑為110mm，當覆蓋層為黏性土時封孔深度不小于4m；當覆蓋層為砂性土及卵石土時，應封至土石界面，4m以下孔口管設置為花管。終孔與驗收時間間隔不宜過長，以免垮孔等不利情況發生。終孔驗收后應及時進行封孔作業，封孔水泥漿終凝后進行注漿作業。

3.4 注漿

以純水泥漿為主的單液注漿材料，水泥采用P.O42，5級水泥，水灰比為0.6：1～1：1。開始注漿時采用稀漿灌注，當灌入量較大時可根據情況采用濃一級的漿液灌注。注漿壓力（孔口壓力表讀數）為0.2～0.4MPa，終注壓力為0.2～0.5MPa。注漿量由注漿段巖溶裂隙率、注漿半徑和充填、漏失情況確定。本段基巖段注漿量為0.6～1.2m3/m，土石界面以上3m范圍內為0.2m3/m，其他土層封孔充填注漿量為0.01m3/m。對土洞、空溶洞或半充填溶洞，應高壓充填砂、碎石后再進行注漿處理。對溶蝕裂隙發育、連通性好、漏液嚴重的地段，注漿時摻入一定量的粉土或粉煤灰，粉土摻入量＜水泥重量的10％，粉煤灰摻入量為水泥重量的20％～50％。終注條件為：在終注壓力下連續注漿10min的注入率不大于5L/min時，可終止注漿。

4 . 質量控制

4.1 質量檢查

（1）在分段（或分區）注漿施工結束后，應在注漿孔布置2～3％質量自檢孔，且每個注漿段落不得少于2孔，當自檢滿足下列條件之一時，可轉入下一分段（或分區）的注漿施工。

（2）檢查孔巖芯可見多處水泥結石體，基本填滿可見縫隙。

（3）檢查孔的單位吃漿量不超過周圍4孔單位平均吃漿量的15％。

（4）在整段（或區域）注漿施工結束后，應采用綜合物探方法結合鉆孔取芯、壓水（注水）進行注漿質量檢查。壓水（注水）孔數為注漿孔總數的2％，在注漿孔間布置：瞬間面波測點在整治范圍內注漿孔間抽檢，測點數為注漿總孔數的5％且不少于10個點，檢測注漿深度范圍的巖土體波速；選整治段落長度的10％且不少于15m的長度采用電測發進行注漿前后物探異常對比測試，測線應優先選取巖溶形態強烈發育地段布置；對零星整治的段落或單位溶洞，以鉆孔取芯、壓水試驗為主要檢測手段。

（5）合格的注漿施工一般應滿足如下條件：①檢查孔巖芯可見多處水泥結石體，基本填滿可見縫隙，壓水試驗測試滲透系數（或滲水率值）應小于注漿施工前的1／10。②采用瞬間面波法檢測巖土體注漿后的面波速度，面波頻散曲線不離散，且充填部位面波速度滿足合格標準：土Vs=29.273+100；巖石Vs=23.998H+360（H<10m）,Vs=23.998H+290(H≥10m)；巖溶Vs=16.67H+246。對不合格點應進行鉆孔取芯和壓水試驗驗證并進行綜合評判分析。

（6）采用電測法測試并進行注漿前后對比，檢測段落整治范圍內注漿充填效果明顯且無空洞異常。

4.2 質量評價

（1）注漿施工質量檢測的單項指標合格點數達到檢測總點數的90％，且不合格點不集中分布、不合格指標與合格標準的差值不大于合格標準的20％，其他指標合格，可以判定為檢測點注漿施工質量合格；

（2）綜合分析后檢測點的注漿施工質量100％合格，可以判定為注漿施工質量合格。

5 施工注意事項

（1）施工前必須進行場地清理，完善臨時防、排水設施，水田地段應先疏干地表水，合理組織施工工序。

（2）正式注漿前應進行現場注水、注漿試驗，確定切實合理的注漿參數施工工藝，試驗點數一般按200m路基長度為一個點折算，且每個工地不少于3個。

（3）鉆孔注漿施工應貫徹“探灌結合”的原則。巖溶整治過程中結合施工鉆孔，必要時采取加密鉆孔或輔以其他方法，及時掌握隱伏巖溶的分布情況和發育特征，做好施工記錄。

（4）靠近既有線施工地段，施工過程中注意避免侵限，必須有專人負責進行瞭望、預警，確保作業人員和設備安全；施工機具不得隨意堆放，不得侵占既有線及施工便線限界，保證行車安全。

（5）注漿過程中，做好現場文明施工，注意保護環境，避免注漿過程污染水源、農田、道碴等，發現異常情況，應立即采取相應應急措施。

（6）為防止巖溶塌陷的產生，路基運營后嚴格限制在巖溶塌陷地區線路兩側500m范圍內抽取地下水。

6.結語

目前巖溶整治施工在湘桂鐵路擴改工程柳南段已經全面展開，現場實踐證明：只要嚴格按照正確的施工工藝，嚴把質量關，搞好過程控制，巖溶整治工作就能取得比較理想的效果，同樣也能對路基和涵洞的施工進度和施工質量起到積極地促進作用。本文所介紹的巖溶整治方法簡單，設備可操作性強，在今后類似地貌整治中，具有比較針對的參考和指導作用。