铁路路基施工岩溶整治技术要点

张 炜/宁夏西部创业实业股份有限公司

铁路路基施工岩溶整治技术要点

张 炜/宁夏西部创业实业股份有限公司

岩溶地貌对铁路工程特别是铁路路基工程施工影响较大，结合湘桂铁路扩改工程柳南段岩溶整治，介绍了石灰岩分布地段岩溶整治原则、施工工艺、质量控制和施工注意事项， 以期对类似工程施工中起到参考借鉴和施工指导的作用。

铁路路基施工；岩溶整治；整治原则；施工工艺 ；质量控制

岩溶是地表水和地下水对可溶性岩石的化学溶解和机械侵蚀共同作用所产生的地貌现象。岩溶对铁路工程尤其是对铁路路基工程的主要危害如下：地下洞穴的顶板坍塌引起洞上的铁路建筑物下沉或破坏；洞穴或漏斗周期性冒水，淹没路基基底，引起沉陷、翻浆或崩塌；突发性地下涌水，冲毁铁路建筑物。岩溶较多集中分布在我国广西、云南等省西南地区。常见的岩溶形态有：落水洞、竖井、漏斗、溶洞、溶蚀洼地和暗河等。

1 . 工程概况

如湘桂铁路扩改工程柳南段客运专线，地处广西柳州至来宾地域内。该区域沿线属残丘地貌，地势开阔，地形较平坦，地面高程在85～92m之间。地表上覆盖第四系全新统粉质黏土（人工填土）（Q4ml）、坡洪积（Q4dl+pl）粉质黏土，厚度在0～3m，局部松软土一般厚0～2m，大部分分布在鱼塘及水田表层。下伏基岩为石炭系上统（C3）灰岩，基岩表面溶孔发育，岩溶强烈发育地段地表多见落水洞。地下水主要为第四系松散层孔隙潜水，受大气降水补给，富水性差，水量微弱，基岩面起伏大，基岩面埋藏浅处，地下水埋深一般为6～8m，基岩埋藏深的地段，地下水埋藏深，水位一般大于20m。综合岩溶地面塌陷影响因素分析，本段岩溶属弱～中等发育，局部存在强烈发育，存在溶岩地面塌陷的条件，需要进行岩溶整治。下面本人结合我标段岩溶整治方案及现场实践，浅谈下路基工程岩溶整治原则、施工工艺和质量控制。

2. 整治原则

2.1 整治对象

根据路基岩溶地面塌陷预测评价和钻孔探测分析，岩溶段落可为分不易塌陷区、易塌陷区和极易塌陷区。对被评价为极易塌陷区、易塌陷区的路基段落，整治的对象是危及路基稳定的溶洞、连通性较好且垂直发育的溶蚀破碎带与覆盖层土洞；对评价为不易塌陷区的路基段落，整治的对象一般为危及路基稳定的溶洞。

整治措施

（1）浅层及开口型溶洞，一般采取揭盖回填、地表封闭剂跨越处理。

（2）裸露型岩溶为消除地基不均匀性并防止地面塌陷及变形，采用清除地表覆土并换填粗粒土、铺设土工格栅垫层与钻孔注浆相结合的处理措施。

（3）覆盖型岩溶以钻孔注浆为主要整治措施，通过注浆充填土石界面附近的土洞、溶洞和溶蚀裂隙，阻隔地表水和地下水之间的水利联系，防止溶岩地面塌陷的发生。

2.2 整治深度

（1）裸露型岩溶：钻孔深度不小于5m，若地面以下15m深度内存在溶洞，则加固到洞底以下不小于2m。溶洞顶板厚度大于15m地段一般不进行整治，当顶板破碎、溶洞跨度较大时，采取安全顶板厚度法进行判别，若顶板厚度达不到要求（完整顶板厚跨比不小于0.5，非完整顶板厚高不小于5.0），则要采取钻孔注浆至溶洞底以下2m。

（2）覆盖型岩溶：覆盖土总厚度小于30m（联络线为25m）地段，通过钻孔注浆封闭土石界面（基层面上3m，下5m）。若加固深度范围内有溶洞时，在钻孔注浆至溶洞底板以下2m，上部土层钻孔采取充填注浆封孔。

（3）采用外出换填地段，应当清除地表覆土至基岩面。

3. 施工工艺

3.1 平面布置（Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ序布置见图1）

图1 布置图

（1）易塌陷区：对溶洞、土洞、垂直溶蚀破碎带不发育且连续长度超过30m的地段，以7m纵距沿中线交替布置探灌结合孔，用以核查设计地质条件：对溶洞、土洞、垂直溶蚀破碎带发育的地段，钻孔注浆一般按二序（Ⅰ、Ⅱ）进行。Ⅰ序孔间距7m，按正方形均布；Ⅱ序孔在Ⅰ序孔正方形中心及溶洞位置内插加密，Ⅰ、Ⅱ序孔形成菱形布置，间距5m当支挡结构物基础下需注浆处理时，在Ⅰ、Ⅱ序孔中间内插Ⅲ序孔，注浆孔孔距加密至3.5m。

（2）极易塌陷区：一般按二序（Ⅰ、Ⅱ）进行钻孔注浆，Ⅰ序孔间距7m，按正方形均布；Ⅱ序孔在Ⅰ序孔正方形中心及溶洞位置内插加密，Ⅰ、Ⅱ序孔形成菱形布置，Ⅰ、Ⅱ孔间距为5m，对已发生塌陷、有支挡工程及车站咽喉区的需加密注浆处理时，进行Ⅲ序注浆处理，Ⅲ序孔在Ⅰ、Ⅱ孔中间内插加密，加密后的孔间距为3.5m。

3.2 钻孔

钻孔位置依据平面图施放，孔位偏差不大于50cm。施工前对整治区地面及地埋管线进行勘察确认，放线时对孔位进行调整避开管线，如距离大于50cm时，需报设计、监理核准。对按设计原则明确布置探灌结合孔地段的注浆钻孔和均匀布孔整治段落Ⅰ序孔中30％的注浆钻孔，均按勘探孔技术要求施钻，进行岩芯鉴定和编录，并交监理、设计单位地质人员确认，进行综合分析评判，核查和验证设计地质条件。覆盖层中钻孔采用跟管钻进，直径不得小于130mm。基岩段终孔直径不得小于91mm。注浆前先进行成孔冲洗。对冲洗时返水的钻孔，以冲洗液变清为结束条件。对溶洞、溶蚀破碎带发育、冲洗时不返水的钻孔，要求流量不小于泵送额定流量的80％，冲洗时间不少于10min。

3.3 封孔

在满足设计注浆压力条件下，根据现场地质情况采用浓水泥浆（水泥砂浆）一次性封闭或孔口管动态阻塞法封孔。孔口管封孔可有效的避免垮孔，并可处理浆液漏失。有溶洞发育、溶蚀破碎且漏水严重时，采用孔口管动态阻塞法，孔口管直径为110mm，当覆盖层为黏性土时封孔深度不小于4m；当覆盖层为砂性土及卵石土时，应封至土石界面，4m以下孔口管设置为花管。终孔与验收时间间隔不宜过长，以免垮孔等不利情况发生。终孔验收后应及时进行封孔作业，封孔水泥浆终凝后进行注浆作业。

3.4 注浆

以纯水泥浆为主的单液注浆材料，水泥采用P.O42，5级水泥，水灰比为0.6：1～1：1。开始注浆时采用稀浆灌注，当灌入量较大时可根据情况采用浓一级的浆液灌注。注浆压力（孔口压力表读数）为0.2～0.4MPa，终注压力为0.2～0.5MPa。注浆量由注浆段岩溶裂隙率、注浆半径和充填、漏失情况确定。本段基岩段注浆量为0.6～1.2m3/m，土石界面以上3m范围内为0.2m3/m，其他土层封孔充填注浆量为0.01m3/m。对土洞、空溶洞或半充填溶洞，应高压充填砂、碎石后再进行注浆处理。对溶蚀裂隙发育、连通性好、漏液严重的地段，注浆时掺入一定量的粉土或粉煤灰，粉土掺入量＜水泥重量的10％，粉煤灰掺入量为水泥重量的20％～50％。终注条件为：在终注压力下连续注浆10min的注入率不大于5L/min时，可终止注浆。

4 . 质量控制

4.1 质量检查

（1）在分段（或分区）注浆施工结束后，应在注浆孔布置2～3％质量自检孔，且每个注浆段落不得少于2孔，当自检满足下列条件之一时，可转入下一分段（或分区）的注浆施工。

（2）检查孔岩芯可见多处水泥结石体，基本填满可见缝隙。

（3）检查孔的单位吃浆量不超过周围4孔单位平均吃浆量的15％。

（4）在整段（或区域）注浆施工结束后，应采用综合物探方法结合钻孔取芯、压水（注水）进行注浆质量检查。压水（注水）孔数为注浆孔总数的2％，在注浆孔间布置：瞬间面波测点在整治范围内注浆孔间抽检，测点数为注浆总孔数的5％且不少于10个点，检测注浆深度范围的岩土体波速；选整治段落长度的10％且不少于15m的长度采用电测发进行注浆前后物探异常对比测试，测线应优先选取岩溶形态强烈发育地段布置；对零星整治的段落或单位溶洞，以钻孔取芯、压水试验为主要检测手段。

（5）合格的注浆施工一般应满足如下条件：①检查孔岩芯可见多处水泥结石体，基本填满可见缝隙，压水试验测试渗透系数（或渗水率值）应小于注浆施工前的1／10。②采用瞬间面波法检测岩土体注浆后的面波速度，面波频散曲线不离散，且充填部位面波速度满足合格标准：土Vs=29.273+100；岩石Vs=23.998H+360（H<10m）,Vs=23.998H+290(H≥10m)；岩溶Vs=16.67H+246。对不合格点应进行钻孔取芯和压水试验验证并进行综合评判分析。

（6）采用电测法测试并进行注浆前后对比，检测段落整治范围内注浆充填效果明显且无空洞异常。

4.2 质量评价

（1）注浆施工质量检测的单项指标合格点数达到检测总点数的90％，且不合格点不集中分布、不合格指标与合格标准的差值不大于合格标准的20％，其他指标合格，可以判定为检测点注浆施工质量合格；

（2）综合分析后检测点的注浆施工质量100％合格，可以判定为注浆施工质量合格。

5 施工注意事项

（1）施工前必须进行场地清理，完善临时防、排水设施，水田地段应先疏干地表水，合理组织施工工序。

（2）正式注浆前应进行现场注水、注浆试验，确定切实合理的注浆参数施工工艺，试验点数一般按200m路基长度为一个点折算，且每个工地不少于3个。

（3）钻孔注浆施工应贯彻“探灌结合”的原则。岩溶整治过程中结合施工钻孔，必要时采取加密钻孔或辅以其他方法，及时掌握隐伏岩溶的分布情况和发育特征，做好施工记录。

（4）靠近既有线施工地段，施工过程中注意避免侵限，必须有专人负责进行瞭望、预警，确保作业人员和设备安全；施工机具不得随意堆放，不得侵占既有线及施工便线限界，保证行车安全。

（5）注浆过程中，做好现场文明施工，注意保护环境，避免注浆过程污染水源、农田、道碴等，发现异常情况，应立即采取相应应急措施。

（6）为防止岩溶塌陷的产生，路基运营后严格限制在岩溶塌陷地区线路两侧500m范围内抽取地下水。

6.结语

目前岩溶整治施工在湘桂铁路扩改工程柳南段已经全面展开，现场实践证明：只要严格按照正确的施工工艺，严把质量关，搞好过程控制，岩溶整治工作就能取得比较理想的效果，同样也能对路基和涵洞的施工进度和施工质量起到积极地促进作用。本文所介绍的岩溶整治方法简单，设备可操作性强，在今后类似地貌整治中，具有比较针对的参考和指导作用。