復(fù)雜巖溶地區(qū)的新型可控注漿方法

甘傳奇

（中鐵第一勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司陜西鐵道工程勘察有限公司，陜西 西安 710043）

0 引言

在我國(guó)西南等地區(qū)，巖溶現(xiàn)象發(fā)育廣泛，在地下水的長(zhǎng)期作用下，使得鐵路路基的強(qiáng)度大幅降低，地基穩(wěn)定性較差同時(shí)極易造成地基的不均勻沉降或者塌陷，對(duì)于鐵路上部結(jié)構(gòu)的施工與運(yùn)營(yíng)安全有著重要影響。目前，在處理巖溶地區(qū)的地基工程問(wèn)題中，注漿方式由于既可以封存地下水又能對(duì)破碎巖體進(jìn)行加固，因此作為巖溶地基處理的主要方法之一。近年來(lái)在巖溶區(qū)不斷修建鐵路、公路及房建，現(xiàn)在工程施工正在走向標(biāo)準(zhǔn)化、精細(xì)化、綠色化，對(duì)環(huán)境的要求越來(lái)越高，故巖溶注漿處理施工也要從粗放型施工轉(zhuǎn)到精細(xì)化施工。

1 雜巖溶路基地區(qū)的注漿控制方法研究現(xiàn)狀

注漿是目前巖溶路基的處理常用的方法之一，鐵路路基巖溶防治主要采用注單液水泥漿為主，典型的注漿工藝為鉆孔-封孔-注漿，此種方法在一般的巖溶路基段收到了良好的處理效果，但在面對(duì)復(fù)雜的巖溶路基段，存在一定的局限性。1826 年英國(guó)發(fā)明了硅酸鹽水泥，并于1864 年在阿里因普瑞貝礦首次應(yīng)用于水泥注漿對(duì)井筒進(jìn)行注漿，取得了較好效果[1]。1914 年德國(guó)的漢斯耶研制成功了水玻璃和水泥漿一次壓注法，注漿材料開(kāi)始向以水玻璃類(lèi)為主的化學(xué)漿材發(fā)展[2]。我國(guó)最早路基注漿是在浙贛及寧安鐵路。50 年代末出現(xiàn)環(huán)氧樹(shù)脂類(lèi)注漿材料等，60 年代丙烯酰胺、水泥－水玻璃雙液等注漿材料開(kāi)始大規(guī)模應(yīng)用；進(jìn)入80 年代，超細(xì)水泥、水域性聚氨酯、木質(zhì)素類(lèi)、脲醛樹(shù)脂類(lèi)以及更多類(lèi)型的外加劑逐步應(yīng)用于各類(lèi)注漿工程中[3]。

2 注漿中的冒漿處理的研究現(xiàn)狀

由于地貌、地層、構(gòu)造、封孔、注漿壓力等方面的原因，冒漿和串漿是注漿施工過(guò)程中經(jīng)常遇到的問(wèn)題。如果冒漿量比較少的話，則對(duì)注漿效果影響不大，但是如果冒漿量嚴(yán)重的話，不僅難以形成注漿帷幕，同時(shí)還會(huì)提升工程造價(jià)以及環(huán)境污染。目前水電上對(duì)于注漿的研究較多，但水電注漿一般為高壓注漿，處理目的為防滲及壩基加固；而且鐵路巖溶注漿則主要為封閉土石界面，防止水對(duì)巖體侵蝕，提高巖體整體性和地基承載力，防止路基塌陷。

對(duì)于復(fù)雜巖溶的注漿控制方法及冒漿處理，處理措施仍然單一，主要有為常規(guī)灌漿法和灌漿強(qiáng)度值法（GIN 法）。常規(guī)灌漿法在水電、鐵路、公路的行業(yè)應(yīng)用較廣；GIN 法中創(chuàng)建了注漿自動(dòng)控制系統(tǒng)、注漿過(guò)程監(jiān)控及監(jiān)測(cè)手段，可動(dòng)態(tài)跟蹤監(jiān)測(cè)注漿過(guò)程流量和壓力的變化，相較常規(guī)注漿方法有較多優(yōu)點(diǎn)，但仍存在較多問(wèn)題和可靠工程實(shí)踐證明，同常規(guī)注漿一樣同屬于非可控注漿[4]。在復(fù)雜巖溶路基地段漿液流失嚴(yán)重的問(wèn)題。不僅影響注漿質(zhì)量，影響經(jīng)濟(jì)效益，而且對(duì)環(huán)境造成了污染，在目前工程建設(shè)精細(xì)化管理的目標(biāo)下，傳統(tǒng)的注漿方法已經(jīng)不能滿(mǎn)足注漿的要求。

本文以黔張常鐵路工程為背景，依托黔張常鐵路DK11+000～DK42＋900段巖溶路基注漿處理開(kāi)展研究工作，借鑒國(guó)內(nèi)部分已有的技術(shù)成果，通過(guò)探究巖溶形成機(jī)理、分布、形態(tài)和發(fā)育特征分析，提出一種新的注漿方法，能控制灌漿時(shí)間和灌漿量可控的注漿控制方法，實(shí)現(xiàn)了注漿技術(shù)的非可控到可控的轉(zhuǎn)變，可以為以后類(lèi)似鐵路、公路路基復(fù)雜巖溶地區(qū)提供示范工程，對(duì)提高鐵路行業(yè)巖溶地基處理水平有較大作用。

3 工程概況

黔張常沿線可溶巖主要分布于黔江至桃源縣龍?zhí)舵?zhèn)段，正線總長(zhǎng)度132.67km 占線路總長(zhǎng)的39.09%。其中黔江段主要為礫巖、灰?guī)r，多為易塌陷和極易塌陷區(qū)，巖溶裂隙極為發(fā)育，連通性好，咸豐段主要為灰?guī)r，巖溶發(fā)育，多為易塌陷和極易塌陷區(qū)，根據(jù)已地質(zhì)資料，溶洞、溶蝕比較發(fā)育，裂隙連通性好?？扇軒r主要集中于黔江至來(lái)鳳縣革勒車(chē)鄉(xiāng)之間、洗洛鄉(xiāng)至水沙坪一線、晏家堡至黃家臺(tái)段及張家界至牛車(chē)河之間。多以條帶狀和團(tuán)塊狀分布，其他地方星散狀出現(xiàn)。其條帶延伸的方向和當(dāng)?shù)貥?gòu)造線的發(fā)育方向基本一致，多呈北東向展布。巖溶形態(tài)多樣，巖溶溝谷、巖溶洼地、落水洞、漏斗、溶芽、溶槽、溶洞、暗河、巖溶泉等均有發(fā)育。

黔張常鐵路巖溶路基主要分布在DK11+000～DK42＋900，該地段巖溶極其發(fā)育，溶洞平面分布多，深度方向上成串珠狀，規(guī)模較大，且多數(shù)溶洞為無(wú)充填或半充填。根據(jù)易完成部分段落注漿來(lái)看，其中DK34+991-DK35+047段周邊落水洞、巖溶洼地較為發(fā)育，本段共設(shè)計(jì)了89 個(gè)注漿孔，1353m3估算量。在注漿孔完成總注漿孔的28%時(shí)，注漿量已達(dá)到設(shè)計(jì)注漿量的90%。實(shí)際注漿量遠(yuǎn)超設(shè)計(jì)估算量，大部分的漿液順巖溶裂隙、管道流失；DK138+860-DK138+955 段周邊落水洞、巖溶洼地發(fā)育，且下部發(fā)育有暗河，本段共設(shè)計(jì)了119 個(gè)注漿孔，2254m3估算量，實(shí)際完成注漿量3375m3，超過(guò)設(shè)計(jì)量約50%，最大單孔注漿達(dá)到185m3，充填砂石40 多方，部分漿液沿巖溶管道及裂隙流失到附近落水洞及深層基巖中。因此復(fù)雜巖溶路基段由于地質(zhì)條件復(fù)雜，巖溶發(fā)育，水泥漿流失嚴(yán)重，造成工程材料的較大浪費(fèi)，經(jīng)濟(jì)效益較差，又污染的環(huán)境。

圖1-1 子午村隧道附近溶洞

圖1-2 大型落水洞

圖1-3 冒漿污染環(huán)境及浪費(fèi)水泥漿

圖1-4 施工控制不當(dāng)漿液流太遠(yuǎn)造成浪費(fèi)

4 新型可控注漿方法

巖溶地基一般采用“先探后灌、探灌結(jié)合”的工法處理，一般是向巖溶地基中注入水泥漿液，水泥漿液水灰比一般為0.6:1～2:1。傳統(tǒng)的注漿控制方法已無(wú)法復(fù)雜巖溶路基段是注漿，造成寬裂隙漿液流的過(guò)遠(yuǎn)，細(xì)裂隙漿液則無(wú)法注入，且冒漿問(wèn)題時(shí)有發(fā)生，嚴(yán)重影響注漿質(zhì)量及效果。根據(jù)前期對(duì)部分注漿段落的統(tǒng)計(jì)，DK41+597-DK41+723 段有294 孔，發(fā)生冒漿46 孔，DK41+954-DK42+080 段有495 孔，發(fā)生冒漿64 孔，DK42+556-DK42+661段有239 孔，冒漿28 孔，由此可見(jiàn)，每一段落均發(fā)生冒漿現(xiàn)象，嚴(yán)重影響注漿質(zhì)量，故必須采取相應(yīng)措施來(lái)減少冒漿發(fā)生。

5 研究?jī)?nèi)容

目前對(duì)復(fù)雜巖溶區(qū)注漿控制方法和冒漿處理已經(jīng)存在了一些經(jīng)驗(yàn)和處理措施，但仍不夠規(guī)范，其適用性也有待進(jìn)一步驗(yàn)證，成果尚不能滿(mǎn)足要求，需要進(jìn)一步的研究。

本文在前人研究的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步對(duì)黔張常鐵路復(fù)雜巖溶地基注漿控制進(jìn)行了分析研究，具體內(nèi)容包括：

1.總結(jié)前人成果，包括注漿技術(shù)的發(fā)展、目前國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展方向。

2.對(duì)黔張常鐵路已完成的復(fù)雜巖溶區(qū)注漿施工情況和類(lèi)似鐵路施工的注漿所采用的注漿材料、注漿工藝、復(fù)雜巖溶地區(qū)地質(zhì)情況進(jìn)行系統(tǒng)分析總結(jié)，并進(jìn)行分類(lèi)，找出問(wèn)題所在，為新的注漿控制方法的研究提供理論基礎(chǔ)。

3.根據(jù)目前漿液存在的問(wèn)題和注漿控制方法對(duì)漿液形成的要求，通過(guò)室內(nèi)試驗(yàn)，選擇一種合理的漿液，為新的控制注漿控制方法提供可靠保證。

4.提出一種新的注漿控制方法及冒漿處理措施，將漿液控制在一定距離，并確立施工工藝及施工程序，提出注漿控制要點(diǎn)。

5.建立注漿模型并進(jìn)行試驗(yàn)，進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)工藝試驗(yàn)。并通過(guò)工程實(shí)例證明此方法合理性和優(yōu)點(diǎn)

6 研究方法

6.1 室內(nèi)研究及試驗(yàn)

分析總結(jié)先前巖溶注漿施工情況，建立合理的注漿模型進(jìn)行室內(nèi)試驗(yàn)，提出新的注漿控制方法。

6.2 現(xiàn)場(chǎng)工藝試驗(yàn)

根據(jù)室內(nèi)試驗(yàn)的成果，在復(fù)雜巖溶區(qū)路基段內(nèi)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，確實(shí)新控制方法的合理性。

6.3 效果評(píng)價(jià)

評(píng)價(jià)注漿段的注漿質(zhì)量，注漿效果，注漿的經(jīng)濟(jì)性和環(huán)境污染情況，對(duì)新方法進(jìn)行評(píng)價(jià)。

7 技術(shù)路線

圖3-1 技術(shù)路線圖

8 結(jié)論

本文以復(fù)雜巖溶地區(qū)注漿控制方法為研究對(duì)象，通過(guò)室內(nèi)研究、現(xiàn)場(chǎng)模型試驗(yàn)，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)注漿及觀測(cè)：

1.提出一種針對(duì)復(fù)雜巖溶地區(qū)新的注漿控制方法，使注漿技術(shù)有不可控轉(zhuǎn)變?yōu)榭煽丶夹g(shù)。

2.制定有針對(duì)性的冒漿處理措施，解決因冒漿而導(dǎo)致注漿質(zhì)量不高的難題。

為以后鐵路、公路、房建巖溶處理提供示范，提高注漿施工質(zhì)量，減少注漿的環(huán)境影響，推動(dòng)注漿在各種工程的應(yīng)用。同時(shí)相關(guān)研究成果在工程實(shí)踐和技術(shù)理論推廣中將會(huì)得到不斷的深化，具有很好的發(fā)展能力。