注漿技術在既有鐵路覆蓋型巖溶路基整治中的應用

鄧潤福

(中鐵第四勘察設計院集團公司，湖北 武漢 430063)

注漿技術在既有鐵路覆蓋型巖溶路基整治中的應用

鄧潤福

(中鐵第四勘察設計院集團公司，湖北 武漢 430063)

受鐵路線路走向、平縱斷面及站點設置控制，山區鐵路工程常無法避免以路基形式穿越巖溶發育區。而覆蓋型巖溶路基的整治處理以及長期穩定性直接關系到鐵路運營安全。在簡述注漿加固機理的基礎上，以既有鐵路銅九鐵路覆蓋型巖溶路基注漿整治工程為例，詳細介紹方案設計、成孔、漿液配制、注漿壓力、注漿終止標準、注漿工藝等關鍵參數和流程，并對注漿處理效果進行綜合評價，提出既有鐵路覆蓋型巖溶路基應關注的有關問題和建議。

覆蓋型巖溶；路基；注漿技術；質量評價

巖溶發育區地面塌陷是一種常見的不良地質現象。線狀展布的鐵路工程受線路走向、站點設置等控制，常無法完全繞避巖溶發育區，特別是山區鐵路。其中覆蓋型巖溶路基的長期穩定性事關鐵路的安全運營，隨著認識水平和建設技術的不斷發展，新建鐵路均采取了可靠的措施[1]。而較早期建成的既有鐵路，由于勘測技術、工程投資控制、處理措施偏弱或使用環境條件發生巨大變化等，巖溶路基塌陷偶有發生，影響著鐵路安全運營。通過對覆蓋型巖溶路基的穩定性進行評估，在不影響線路正常運營的條件下，對不穩定區和欠穩定區進行注漿加固處理，是既有線覆蓋型巖溶路基整治處理的首選措施。本文簡述了巖溶注漿技術的處理原理，并以典型工點為例，詳細說明了覆蓋型巖溶路基處理的方案設計、關鍵工藝和技術參數，以及處理后的綜合質量評價方法，可供類似工程借鑒參考。

1 注漿加固機理

在巖溶發育過程及誘發覆蓋型巖溶地面塌陷三個條件(即為:可溶巖及巖溶發育程度，覆蓋層厚度、結構和性質，水量和地下水動力條件)中，水量和水力聯系是控制性條件。覆蓋型巖溶地面塌陷涉及到巖、土、水、氣四者的共同作用。阻斷水力聯系、減小滲透性，可從根本上防止或減緩溶蝕、吸蝕、流失的發生或速率[2]。鉆孔注漿技術的目的即是在巖、土界面上下形成一定厚度的阻水帷幕并填充已有空洞，避免由于地下水的長期活動而引起土質的長期蠕變或沉降危及路基的穩定。根據地層結構、巖溶發育深度、穩定性評價結果，預先鉆孔至處理深度，通過一定的壓力,使漿液(水泥漿)充填下伏灰巖頂部的溶洞、溶槽、裂隙，及上部土層中的孔隙、土洞。使其基本形成水平阻水帷幕，切斷降水或其所形成的地表水沿覆蓋土層下滲，和深層地下水的升降變化直接侵蝕上部土層,同時也使上部土層得到加固,從而實現加固和穩定路基的目的[3]。

2 典型工點工程概況

既有鐵路銅九線是客貨共線鐵路，設計時速120 km/h，已建成通車多年。經綜合勘察、穩定性評價分析，屬欠穩定、不穩定的覆蓋型巖溶路基共有四段，分別為K1+097～K1+398、K6+970～K7+130、K7+330～K7+680以及K9+070～K9+300，總長1 041 m，均為單線路堤，填高3～5 m。

K9+070～K9+300段位于銅陵市獅子山區，地處長江南岸。工點范圍內均為第四系沖洪積土層覆蓋，地層巖性自上而下依次為：①人工填土、填筑土；②粉質黏土、淤泥質粉質黏土、粉質黏土，褐黃色，軟—硬塑；③細圓礫土、粉質黏土，稍密—中密；④下伏三疊系中統灰巖，溶蝕裂隙發育，溶蝕嚴重，巖芯見有溶蝕裂隙與溶洞。詳見圖1。

圖1 K9+070～K9+300段巖性剖面圖Fig.1 Lithology section of K9+070～K9+300

3 注漿處理方案設計

經綜合比選，本段覆蓋型巖溶路基按照“探灌結合”的原則，采用鉆孔壓力注漿處理[4]。漿液擴散半徑按3.0～5.0 m考慮。根據場地條件，為不影響鐵路正常運營，在鐵路正線的兩側布置注漿孔(斜孔)。主要處理層位：土層注漿加固厚度原則上為巖面以上3.0 m，如在鉆孔過程中發現覆蓋層中土洞，則應加大覆蓋層中注漿加固厚度；鉆孔進入灰巖5.0 m，當5.0 m內遇見溶洞時應穿過溶洞底板，進入完整基巖≥2.0 m。K9+070～K9+300段巖溶地基注漿加固設計縱斷面圖見圖2。

3.1 鉆孔布置

K9+070～K9+300段：在鐵路中心左側4.5 m和右側4.5 m處各設一排注漿斜孔，傾角30°，斜孔縱向間距5 m，孔深22.0～33.5 m。

3.2 漿材配制

漿材以純水泥漿為主，采用礦渣硅酸鹽水泥或P.O42.5級普通硅酸鹽水泥，水灰比0.8∶1～1.2∶1，視地層的滲透性選用。為控制漿液的過遠擴散和冒漿，必要時可添加水玻璃，其摻入量按2%考慮。若孔內發現較大的空洞時，應先投放粗顆粒材料(砂或碎石)，然后注漿。

圖2 K9+070～K9+300段巖溶地基注漿加固設計縱斷面圖Fig.2 Vertical sectional profile of grouting reinforcement design of karst foundation data about K9+070～K9+300 section

3.3 注漿壓力

粉質黏土和圓礫土的注漿壓力按100～300 kPa、灰巖巖層的注漿壓力按200～500 kPa控制。注漿壓力可根據注漿方法、注漿段深度及注漿過程中出現的情況，如冒漿、地面變形、軌道穩定情況等，及時動態調整。

3.4 單孔注漿終止標準

注漿過程中，隨著壓力逐漸上升，注漿量會逐漸下降。當注漿達到下列標準之一時，可終止該孔注漿：①注漿孔口壓力維持在0.1～0.5 MPa左右，吸漿量≤40 L/min且≥30 min；②冒漿點已出有效距離3～5 m時；③單孔注漿量達到平均注漿量的1.5～2.0倍，且進漿量明顯減少時；④巖溶裂隙不發育和巖層完整的鉆孔，注漿壓力達到1.5 MPa，漿液難以注入時。

4 注漿工藝

注漿施工前，應首先按50～100 m分段進行注漿試驗。以檢驗注漿設備,驗證設計方,獲取工藝參數，確定材料配比和注漿壓力、單位注漿量等適用于本工點的關鍵工藝技術參數，本工點正式施工前首先進行了3孔注漿試驗。

注漿施工采用自下而上分段止漿—注漿工藝。首先采用大口徑鉆具開孔，鉆至地表以下2～3 m，然后下孔口管，將外壁封住防止注漿時孔口冒漿；之后改用小口徑鉆具鉆至設計孔深，終孔孔徑≥89 mm，全程跟管鉆進。注漿分段長度可根據地層巖性不同分段，同一種地層按2～4 m分段注漿。

5 注漿效果評價

按上述方案和工藝進行注漿處理后，分別采用鉆孔取芯、壓水對比試驗、綜合物探三種方法進行質量檢驗和處理效果評價。

5.1 壓水對比試驗

注漿前選擇有代表性的地段地質鉆孔進行鉆孔壓水試驗4次，其中土層2次，巖層2次。注漿后再進行鉆孔壓水試驗4次，其中土層2次，巖層2次。試驗成果見表1。注水試驗結果表明：注漿后巖層單位長度吸水量<0.42(土層時0.33)L/min·m·m,且小于注漿前的35%,質量合格。

表1 注漿加固前后壓水試驗成果表

5.2 綜合物探[5]

綜合物探主要采用地質雷達和瞬態面波法進行檢測。首先使用地質雷達法對整個加固區進行全面掃描，探測數據的解釋僅就圖像本身特征進行分析，選取重點區段進行面波探測。利用瞬態面波在介質中傳播時的頻散特性，檢測注漿加固處理效果[6]。本工點在地質雷達法圖像上表現為漿液擴散不明顯的地段采用瞬態面波法檢測,共檢測10點。通過對面波數據的處理，得到瞬態面波頻散曲線10張，將瞬態面波頻散曲線分層速度按5 m間隔插值得到瞬態面波速度表并轉換為相應的橫波速度。注漿后面波波速滿足表2的要求。

表2 巖土體注漿質量檢測標準一覽表

5.3 鉆孔取芯

鉆孔取芯是最直觀的質量檢驗方法，檢測孔按注漿孔1%～2%計且不少于3孔。主要檢查漿液充填情況。通過結石率、水泥結石分布形態評價處理質量。本工點共進行鉆孔取芯監測5孔，見結石率100%，主要分布在土層裂隙、空隙中。基巖與上覆土層接觸面附近及基巖裂隙、溶洞中，結石形態多為塊狀、脈狀及片狀。巖土界面、基巖裂隙、溶洞的注漿充填飽滿，地基密實程度較高。

綜合上述，在注漿處理施工完成后，采用壓水試驗、鉆探取芯及瞬態面波多種方法檢測，結果表明各項檢測指標均達到或超過規范的要求，路基有欠穩定狀態提升至穩定狀態。后經現場復查和回訪,該段路基穩定,未出現異常下沉，進一步證明路基注漿加固實現了預期目的,徹底消除了該段路基隱患。

6 結束語

(1) 覆蓋型巖溶地面塌陷是一種常見的不良地質現象。受建設期條件所限，以及使用環境變化的影響，巖溶發育區既有鐵路部分巖溶路基地段穩定狀態趨于不利方向有所發展，極個別工點塌陷偶有發生，嚴重影響著鐵路運輸的安全，應引起足夠的重視。

(2) 對既有鐵路巖溶路基應在綜合勘察的基礎上，按地形地貌、地層結構、地質構造、水文地質、環境條件等進行場地和地基穩定性分區評估，對處于不穩定、欠穩定的區段應及時、徹底整治。

(3) 在不影響正常行車條件下，鉆孔注漿處理是覆蓋型巖溶路基處理的首選措施，實踐表明采用該技術可有效遏制病害的進一步發展，提升路基的穩定狀態。處理范圍、深度、鉆孔布置和注漿參數應根據工點工程地質條件和環境條件綜合確定。

(4) 巖溶路基注漿前應進行工藝試驗，注漿過程中應加強動態觀測調整。可采用鉆孔取芯、壓水試驗和綜合物探進行注漿處理質量檢測評價，并結合沉降檢測進行整體工程質量評估。

[1] 汪春生.巖溶路基加固工程施工技術[J].西部探礦工程,2002(增刊):322-324.

[2] 王躍文.浙贛線巖溶地區路基注漿加固技術[J].鐵道建筑,2008(6)：74-76.

[3] 吳凡華.巖溶路基注漿加固施工技術[J].路基工程,2006(3)：97-99.

[4] 中華人民共和國鐵道部.鐵路工程地基處理技術規程:TB10106—2010[S].北京:中國鐵道出版社，2010.

[5] 粟毅,黃春琳,雷文太.探地雷達理論與應用[M].北京:科學出版社,2006.

[6] 楊新安，李怒放.路基檢測新技術[M].北京:中國鐵道出版社,2006.

(責任編輯：于繼紅)

Application of Grouting Technique of Existing Railway Mantled Karst Subgrade

DENG Runfu

(ChinaRailwaySiyuanEngineeringGroupCo..Ltd,Wuhan,Hubei430063)

The treatment of covered karst subgrade and long-term stability is directly related to the safety of railway operation in the reinforcement of foundation grouting,Taking the example of the existing railway Tongjiu railway coverage karst roadbed about grouting renovation project,based on brief description of grouting reinforcement mechanism,the paper introduces key parameters and process such as the design scheme,pore-forming ,grout mixing,grouting pressure,grouting parameters,grouting termination standard and grouting technology,makes comprehensive evaluation effect of grouting treatment,put s forward the existing problems and suggestions of railway covering karst subgrade should be concerned.

mantled karst; subgrade; grouting technique; quality evaluation

2016-02-25;改回日期:2016-03-03

鄧潤福(1966-)，男，高級工程師，鐵路工程專業，從事地質路基工作。E-mail:2242656540@qq.com

U213.1+4

A

1671-1211(2016)02-0238-04

10.16536/j.cnki.issn.1671-1211.2016.02.022

數字出版網址:http://www.cnki.net/kcms/detail/42.1736.X.20160315.1424.002.html 數字出版日期:2016-03-15 14:24