隴海鐵路K1575+450～540段路堤沉降整治技術研究

李早陽

摘要：本文以隴海鐵路K1575+450～540段為例，對袖閥管注漿處理鐵路路堤的應用效果進行了研究，得到了以下結論：①對袖閥管注漿加固路堤而言，列車所產生的振動波是從坡腳向坡頂傳播的。②對未加固路堤而言，坡頂到坡底各測點的加速度峰值存在放大效應。③袖閥管加固區域處加速度響應情況更加明顯，表明袖閥管注漿方式對鐵路路堤的加固起到了良好的作用。其研究成果可為袖閥管注漿技術加固既有線鐵路路堤提供一定的理論支撐。

Abstract： Taking the K1575+450～540 section of Longhai railway as an example， this paper studies the application effect of sleeve valve tube grouting treatment on railway embankment， and obtains the following conclusions ： ①for sleeve valve tube grouting reinforcement of embankment， the vibration wave generated by the train propagates from the foot of slope to the top of slope. ②for the unreinforced embankment， the peak acceleration of each measuring point from the top to the bottom of the slope has an amplification effect. ③the acceleration response at the sleeve valve tube reinforcement area is more obvious， indicating that the sleeve valve tube grouting method plays a good role in the reinforcement of railway embankment. The research results can provide theoretical support for the sleeve valve tube grouting technology to strengthen the embankment of existing railway.

關鍵詞：隴海鐵路;路堤沉降;袖閥管;加速度

0? 引言

袖閥管注漿工法是由法國 Soletanche 基礎工程公司于上個世紀50年代首創的一種注漿工法，又稱Soletanche工法[1]。袖閥管注漿工法由于能較好地控制注漿范圍和注漿壓力，可進行重復注漿， 且發生冒漿與串漿的可能性很小等特點，在工程中得到了較廣泛的應用[2-4]。

袖閥管注漿技術由于其可重復、分段注漿的優點被大量的應用于基坑工程中。竇玉東等人在深圳羅湖區水貝村更新單元基坑工程中采用袖閥管雙液注漿技術結合咬合樁形成整體止水帷幕，改良樁后土體，起到了使周邊土體密實、穩定的作用[5];胡海英[6]等人、周予啟[7]等人均對袖閥管注漿技術在深圳平安國際金融中心深基坑工程的加固治理工程中的應用進行了研究;針對天津周大福金融中心超深基坑存在的地下連續墻滲水及坑底突涌問題，于海審[8]等人采用了袖閥管施工技術對該問題進行了有效地治理;王昌威[9]使用袖閥管注漿法加固構成基坑封底的方法，對山西省農業技術綜合服務大樓基坑地下水位的控制起到了良好地作用。

袖閥管注漿技術在高速公路路基沉降及路基溶洞治理工程中的應用也較多[10-12]，如王安輝[13]等人針對江蘇省沿海已通車高速公路試驗段（K865+220～280）存在的沉降病害，提出了既有高速公路運用側向輻射注漿法進行沉降病害處治的設計方法和施工工藝;韓靜兵[14]等人首先對袖閥管注漿工藝進行了簡單概述，然后具體分析了袖閥管注漿的施工工藝，為袖閥管注漿在路基溶洞處理中的應用提供了一定的參考。

通過上述研究發現，關于袖閥管注漿技術的應用研究大多集中在基坑工程、高速公路路基沉降及路基溶洞治理工程等領域，而對于袖閥管加固既有線路路堤的應用研究還很滯后，這就為本文的研究提供了契機。因此，本文以隴海鐵路K1575+450～540段為例，通過現場加速度采集試驗，對袖閥管注漿技術加固鐵路路堤的應用效果進行了研究，旨在為袖閥管注漿技術加固既有線鐵路路堤提供一定的理論支撐。

1? 工程概況及路堤沉降治理方案

1.1 工程概況

隴海鐵路西起蘭州站、東至連云港站，正線全長1759km，設計速度140～200km/h，列車最高運營速度160km/h。隴海線K1575+450～540段位于定西市通安驛東側，該段線路位于路堤填方體上，路堤填方高度約為4.69m，填方土體為黃土。在路堤邊坡上設置拱形骨架，骨架內部植草以減輕雨水對坡面土體的沖刷現象，且為了保護生態，在設置骨架的時候保留了坡面上原有的樹木，路堤邊坡如圖1所示。

在持續的列車荷載下，該段路堤出現了沉降，致使軌枕外側的擋墻出現了斷裂現象，如圖2所示。該擋墻高為50cm，寬40cm，其作用是固定道砟位置，防止其在行車荷載的作用下產生位移而對列車的安全運營帶來威脅。

1.2 路基沉降治理方案

由于隴海線列車通行量較大，在綜合考慮不影響列車通行、切實有效地加固路堤、經濟節約等多因素的情況下，本文利用袖閥管劈裂注漿定量定尺、可控注漿及可重復注漿的優點對隴海線K1575+450～540段路堤沉降進行了加固處理。其中，袖閥管為內徑50cm，壁厚3mm的PVC管，每節袖閥管的長度為2.0m，袖閥管之間可通過螺紋扣連接。注漿孔布置在線路外側路肩上，呈單排布置，注漿孔之間間距為2.0m，直徑不小于90mm，角度為23°，每個注漿孔中袖閥管的總長為9.5m。其設計圖如圖3所示。

2? 袖閥管注漿工藝原理及施工技術指標

2.1 袖閥管注漿工藝原理

袖閥管注漿加固機理首先是通過鉆機開挖成孔，然后插入袖閥管，插入袖閥管的過程中要盡量使得袖閥管位于鉆孔中心，再在袖閥管外壁與孔壁之間澆注能起到保護孔壁且固定袖閥管位置作用的套殼料。注漿時將漿液用注漿泵加壓進入注漿管，聚集到袖閥管注漿管段，注漿管段上每側有4個直徑為10mm的溢漿孔，溢漿孔外側包裹有橡膠圈，在注漿壓力的作用下，橡膠圈被頂開，漿液通過溢漿孔從橡膠圈的上部和下部射出沖破套殼料。袖閥管的構造如圖4所示。

當壓力逐漸增大到一定程度，被加壓的漿液就會沿著地層結構產生充填、滲透、壓密、劈裂流動，續后的漿液在壓力作用下，使得劈裂裂縫不斷向外延伸，漿液在土體中形成固結體，從而達到增加地層強度，降低地層滲透性的目的。當一次注漿完畢時，橡膠圈會自動封閉溢漿孔，防止地下水、土體和漿液進入孔口內，逐次提升或降低注漿內管即可實現分段注漿[2]。袖閥管注漿后的效果如圖5所示。

2.2 袖閥管注漿施工技術指標

袖閥管注漿過程中應嚴格把控注漿壓力、漿液配合比、套殼料配合比等關鍵技術指標。在本次路堤加固過程中，注漿壓力為0.2～0.8MPa之間，最上面一排注漿孔注漿壓力不超過0.30MPa。注漿采用雙頭封閉囊式注漿器，封閉壓力不超過2.5MPa。注漿時采用后退式分段注漿，步距不超過0.60m，注漿速度宜控制在10～50L/min之間。每次注漿后進行洗孔，確保注漿管暢通。

袖閥管套殼料的水∶灰∶土比為1.6∶1∶1，采用42.5級普通硅酸鹽水泥與膨潤土，固化強度不超過0.3MPa。

漿液水泥選用強度等級為42.5的普通硅酸鹽水泥，水灰比1：1～0.8：1。漿液摻入5%的速凝劑，以保證快速凝結，漿液的制備過程如圖6所示。

3? 現場試驗設計

3.1 測試原件介紹

本次試驗中所用的傳感器為TST1000壓電加速度傳感器，其測量范圍為0～5g，最大橫向靈敏度≤5%，頻率響應為0.2～1000Hz，工作電壓為+18～+28V，工作電流為+2～+10Ma，加速度傳感器如圖7所示。

3.2 測試斷面設計

為了明確加固區路堤與未加固區路堤在行車荷載下的加速度響應區別，本次試驗選擇在K1575+522及K1575+600里程處分別布設兩個測試斷面。其中，加速度傳感器的布置方式均為沿坡面縱向布置一排加速度傳感器，傳感器距離坡面的垂直距離為30cm，其編號自坡底至坡頂依次為A1～A5，每兩個加速度傳感器之間的距離為2m，A1、A5至坡腳及坡頂的距離均為0.5m。上述兩個斷面加速度傳感器的布置方式均如圖8所示。

4? 袖閥管注漿在路堤治理過程中的應用效果分析

4.1 加固區域加速度響應分析

選擇袖閥管注漿法處理路段K1575+522里程處布置的加速度傳感器，采集下行線（蘭州方向）客車經過時加速度的響應情況。此處，以客車經過時加速度響應最強烈的典型時間段為研究對象，分別做出A1～A5測點的加速度時域曲線，如圖9所示。

由圖9可得，A1測點處加速度峰值為0.0001cm/s2，加速度峰值所對應的時間為22.8s;A2測點處加速度峰值為0.009cm/s2，加速度峰值所對應的時間為24.0s;A3測點處加速度峰值為0.00004cm/s2，加速度峰值所對應的時間為24.1s;A4測點處加速度峰值為0.00003cm/s2，加速度峰值所對應的時間為24.2s;A5測點處加速度峰值為0.0008cm/s2，加速度峰值所對應的時間為24.6s。

對比上述各測點加速度峰值可發現，A1、A2測點處加速度峰值最大，分析其原因是由于這兩個測點靠近坡腳位置，土體壓實度較好，行車荷載下所產生的波形在該處得到了較好的傳播所造成的。同時，對比各測點加速度峰值所出現的時刻可發現，從A1～A5測點加速度存在滯后現象，表明列車所產生的振動波是從坡腳向坡頂傳播的。

4.2 未加固區域加速度響應分析

選擇未處理路段K1575+600里程處布置的加速度傳感器，同樣采集下行線（蘭州方向）客車經過時加速度的響應情況。此處，以客車經過時加速度響應最強烈的典型時間段為研究對象，分別做出A1～A5測點的加速度時域曲線，如圖10所示。

由圖10可得，A1測點處加速度峰值為0.00016cm/s2，加速度峰值所對應的時間為137.8s; A2～A5測點處加速度峰值分別為0.000018cm/s2、0.000016cm/s2、0.000015cm/s2、0.000008cm/s2，其加速度峰值所出現的時間均在139.2～139.3s之間。

對比上述各測點加速度峰值可發現，從測點A5～A1加速度峰值逐漸增大，即從坡頂到坡底加速度峰值存在放大效應，分析其原因是列車所產生的振動源在路堤表面，這與地震波作用下加速度沿高程放大現象具有相似性。且對于測點A1而言，其加速度峰值為其他各測點加速度峰值的9～20倍，說明靠近坡底位置處土體的壓實度更好，土體對于振動波的吸收較小。

提取出K1575+522及K1575+600里程處各對應測點的加速度峰值，繪制出圖11。

通過圖11可知，袖閥管加固區域處加速度響應情況明顯要大于未加固區域各測點的加速度響應情況，分析其原因是漿液與土體凝結，增加了土體的密實度，從而導致加固區域的土體對振動波吸收較少的現象而造成的，也間接表明袖閥管注漿方式對鐵路路堤的加固起到了良好地作用。

5? 結論

本文以隴海鐵路K1575+450～540段路堤處理為工程背景，現場采集并對比分析了袖閥管注漿加固路堤與未加固路堤在行車荷載下的加速度響應情況，得到了如下結論：

①對袖閥管注漿加固路堤而言，從坡腳到坡頂的各測點加速度存在滯后現象，即列車所產生的振動波是從坡腳向坡頂傳播的。

②對未加固路堤而言，坡頂到坡底各測點的加速度峰值存在放大效應，這與地震波作用下加速度沿高程放大現象具有相似性。

③袖閥管加固區域處加速度響應情況明顯要大于未加固區域各測點的加速度響應情況，表明袖閥管注漿方式對鐵路路堤的加固起到了良好的作用。

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