高速铁路路基基底岩溶整治技术

刘 瑜

1 工程概况

浙赣线电气化提速改造工程是在既有线基础上改造成客货共线的达200 km/h的高速铁路,玉山—湖沿区间地段属于岩溶地貌发育的晚期阶段(岩溶平原、盆地),地貌为剥蚀、溶蚀低丘及冲积阶地,从物探资料判断岩溶、岩溶水强烈发育,本段地下水接受相邻地段地下水侧向补给及地表水补给,向河谷及低洼沟槽内排泄。地下水水位埋深2 m～4 m剥蚀、溶蚀低丘及冲积阶地地貌,下卧为灰岩,岩溶强烈发育,孔隙水、岩溶水发育,地下水水位埋深1 m～3 m。线路开通后因地质不稳定,设计采用岩溶注浆加固既有线路基。

2 岩溶整治方案设计

本工程路基基底的岩溶整治宽度为新建铁路的路堤(堑)路基面和路堤边坡范围,整治措施主要为注浆加固。此次岩溶整治以综合考虑水的影响、覆盖层厚度和物质组成、地貌和发育程度的岩溶地面塌陷分析评分为依据,并充分考虑已经塌陷地段、沿线抽取地下水情况和既有线运营情况等。

本段岩溶整治中注浆孔孔间距为5 m,采用二序法进行施工。水泥选用细度模数小于5%的普通硅酸盐水泥,水玻璃选用浓度为38 Be′～43 Be′。岩溶整治方案设计简述如下：

1)对路堑段和H＜3 m的路堤段,在两侧路肩布置两排孔,见图1。

2)对3 m≤H＜5 m的路堤段,在两侧路肩和坡脚布置四排孔,见图2。

3)对H≥5 m的路堤段,在两侧路肩和边坡中部布置四排孔,见图3。

4)对原既有线地段,在两侧路肩布置两排孔,见图4。

3 岩溶整治施工技术

3.1 施工准备

1)施工前与管理部门签订安全配合协议,并设置安全联络员,和现场保持密切联系。2)查明地下管线等情况,采取迁移或钻孔移位调整等处理措施,保证既有线施工和运营的安全。3)施工之前必须进行注浆试验,进而确定钻孔机具和钻进方法、注浆压力与注浆量、水灰比、扩散半径等参数。4)严格限制在岩溶易塌陷区铁路沿线两侧500 m范围内抽取地下水。5)对注浆机具、浆液组成性质、使用范围、注浆环境等进行严格控制,特别对胶凝材料、水泥和促凝剂水玻璃无机硅酸盐材料进行优选。

3.2 施工机械配套

注浆施工机械配套见表1。

表1 注浆施工机械配套表

3.3 施工工艺

1)钻孔放样。首先进行场地平整,并对平整的地面进行高程、中心测量,分别在路基的路肩及坡脚处按5 m孔间距布置注浆孔,钻孔位置、孔深、倾斜角根据设计要求提供钻孔布置表进行放样,钻孔位置视岩溶发育程度、施工场地等情况,孔位原则上可在2 m范围内调整,钻孔倾斜度误差应严格控制在1°以内。

2)钻孔。施工钻孔工艺要求应满足《工程地质钻探技术规程》的规定。采用地质钻探成孔,钻孔终孔直径不得小于91 mm,钻至设计深度后,埋入注浆管,管外孔口段用水泥浆加速凝剂凝固,待达到强度后,实施注浆。施工时必须采取“探灌”结合的措施,应有不少于30%的孔作为“探灌”孔,钻孔应该作岩芯鉴定并做好记录,根据钻孔情况和压浆情况调整岩溶整治范围和深度。

3)注浆。a.采用孔口封堵全孔压力注浆,灌浆泵和孔口均应安设压力表,压力表与管路之间应设有隔离装置,注浆管路应保证浆液流动畅通,要求其承受能力的压力不小于450,使用压力表宜在压力表最大标准的1/4～1/3。除路堤人工填土部分不予注浆外,其余部分注浆量根据岩溶形态、形成机理、发育程度等情况按0.6 m3/m～1.2 m3/m计。b.注浆结束标准：在压力表不小于0.2 MPa时,20 min持续注浆量小于1 L/min或10 min持续注浆量小于0.4 L/min。c.注浆过程中,注意控制压力并加强巡视,避免污染环境(如水源、农田、道碴),发现异常情况,应立即采用相应措施。

3.4 质量控制及效果检查

3.4.1 质量控制

1)开孔竖直度控制。钻孔偏差不得大于2%,在钻孔过程中土层和岩溶发育破碎带应采用跟管干钻。钻至岩层后可采用饱和水钻进,水源困难地段可采用风压干钻,严禁使用泥浆钻、大水冲水钻进。钻孔过程中要详细记录芯样情况,检查确认岩面成分、岩土分界位置、钻孔深度和钻孔条件。

2)注浆方式选择。对路堑地段和深度小于10 m的钻孔采用孔底循环式全孔注浆,对大于10 m的深孔采用分段压浆,自下而上逐段注浆,射浆管伸入孔内离孔底约0.5 m～1.0 m,注浆工作必须连续进行,若因故中断,应及早采取处理措施,尽快恢复;若因故不能恢复应立即冲洗钻孔,而后恢复注浆。

3)冒浆、漏浆处理。a.可添加速凝剂,但掺入量不大于浆液量的3%(重量比);b.对注浆量大的空洞或半充填溶洞,应间隙注浆或加砂、碎石充填后再注浆;c.加入氢氧化钙等速凝剂,缩短凝结时间;d.采用水泥—水玻璃双液注浆法。

4)地表监控。在注浆过程中进行地表和沉降观测,特别关注线路轨道变化,同时选派既有线施工经验丰富的职工每天在施工现场巡逻,如有异常及时与车站联络员联络,确保行车安全。

5)注浆结束判定。注浆结束判定主要是按照设计要求的注浆结束标准结束注浆,即满足以下标准之一时结束注浆：a.注浆前后岩层单位吸水率的比值大于10;b.检查孔补注水灰比 2∶1的浆液时,初始的前10 min进浆量小于10 L/min;c.检查孔注浆量小于常见注浆量的1/2;d.检查孔的单位吃浆量不超过周围2孔单位吃浆量平均值的30%。

3.4.2 效果检查

1)注浆完成后钻孔取芯验证。经钻探法取芯分析,检查钻孔岩芯可见多处泥块,基本填满可见缝隙。

2)物探点法检测。施工完毕后用物探电波法检测,结果显示：各测点频散点曲线光滑,形态上无明显“之”字形拐点以及曲线错段现象,面波速度随深度基本在均匀层状分布。说明注浆较好地填充了节理、裂隙等结构面及溶蚀空洞,对软弱松散不均匀体产生了有效的固结作用,地基的强度和其他力学指标有了明显的改善,注浆效果满足设计要求,质量合格,地表检测结果无异常隆起,线路轨道没有发生任何变形,没有影响既有线行车安全。

[1]黄淑森.铁路路基基床病害与整治[M].北京：中国铁道出版社,2005.

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[4]李乐阳,董培壮.路基岩溶整治在铁路施工中的应用[J].建设机械技术与管理,2009(5)：11-14.

[5]JGJ 123-2000,既有建筑地基基础加固技术规范[S].