注浆技术在既有铁路覆盖型岩溶路基整治中的应用

邓润福

(中铁第四勘察设计院集团公司，湖北 武汉 430063)

注浆技术在既有铁路覆盖型岩溶路基整治中的应用

邓润福

(中铁第四勘察设计院集团公司，湖北 武汉 430063)

受铁路线路走向、平纵断面及站点设置控制，山区铁路工程常无法避免以路基形式穿越岩溶发育区。而覆盖型岩溶路基的整治处理以及长期稳定性直接关系到铁路运营安全。在简述注浆加固机理的基础上，以既有铁路铜九铁路覆盖型岩溶路基注浆整治工程为例，详细介绍方案设计、成孔、浆液配制、注浆压力、注浆终止标准、注浆工艺等关键参数和流程，并对注浆处理效果进行综合评价，提出既有铁路覆盖型岩溶路基应关注的有关问题和建议。

覆盖型岩溶；路基；注浆技术；质量评价

岩溶发育区地面塌陷是一种常见的不良地质现象。线状展布的铁路工程受线路走向、站点设置等控制，常无法完全绕避岩溶发育区，特别是山区铁路。其中覆盖型岩溶路基的长期稳定性事关铁路的安全运营，随着认识水平和建设技术的不断发展，新建铁路均采取了可靠的措施[1]。而较早期建成的既有铁路，由于勘测技术、工程投资控制、处理措施偏弱或使用环境条件发生巨大变化等，岩溶路基塌陷偶有发生，影响着铁路安全运营。通过对覆盖型岩溶路基的稳定性进行评估，在不影响线路正常运营的条件下，对不稳定区和欠稳定区进行注浆加固处理，是既有线覆盖型岩溶路基整治处理的首选措施。本文简述了岩溶注浆技术的处理原理，并以典型工点为例，详细说明了覆盖型岩溶路基处理的方案设计、关键工艺和技术参数，以及处理后的综合质量评价方法，可供类似工程借鉴参考。

1 注浆加固机理

在岩溶发育过程及诱发覆盖型岩溶地面塌陷三个条件(即为:可溶岩及岩溶发育程度，覆盖层厚度、结构和性质，水量和地下水动力条件)中，水量和水力联系是控制性条件。覆盖型岩溶地面塌陷涉及到岩、土、水、气四者的共同作用。阻断水力联系、减小渗透性，可从根本上防止或减缓溶蚀、吸蚀、流失的发生或速率[2]。钻孔注浆技术的目的即是在岩、土界面上下形成一定厚度的阻水帷幕并填充已有空洞，避免由于地下水的长期活动而引起土质的长期蠕变或沉降危及路基的稳定。根据地层结构、岩溶发育深度、稳定性评价结果，预先钻孔至处理深度，通过一定的压力,使浆液(水泥浆)充填下伏灰岩顶部的溶洞、溶槽、裂隙，及上部土层中的孔隙、土洞。使其基本形成水平阻水帷幕，切断降水或其所形成的地表水沿覆盖土层下渗，和深层地下水的升降变化直接侵蚀上部土层,同时也使上部土层得到加固,从而实现加固和稳定路基的目的[3]。

2 典型工点工程概况

既有铁路铜九线是客货共线铁路，设计时速120 km/h，已建成通车多年。经综合勘察、稳定性评价分析，属欠稳定、不稳定的覆盖型岩溶路基共有四段，分别为K1+097～K1+398、K6+970～K7+130、K7+330～K7+680以及K9+070～K9+300，总长1 041 m，均为单线路堤，填高3～5 m。

K9+070～K9+300段位于铜陵市狮子山区，地处长江南岸。工点范围内均为第四系冲洪积土层覆盖，地层岩性自上而下依次为：①人工填土、填筑土；②粉质黏土、淤泥质粉质黏土、粉质黏土，褐黄色，软—硬塑；③细圆砾土、粉质黏土，稍密—中密；④下伏三叠系中统灰岩，溶蚀裂隙发育，溶蚀严重，岩芯见有溶蚀裂隙与溶洞。详见图1。

图1 K9+070～K9+300段岩性剖面图Fig.1 Lithology section of K9+070～K9+300

3 注浆处理方案设计

经综合比选，本段覆盖型岩溶路基按照“探灌结合”的原则，采用钻孔压力注浆处理[4]。浆液扩散半径按3.0～5.0 m考虑。根据场地条件，为不影响铁路正常运营，在铁路正线的两侧布置注浆孔(斜孔)。主要处理层位：土层注浆加固厚度原则上为岩面以上3.0 m，如在钻孔过程中发现覆盖层中土洞，则应加大覆盖层中注浆加固厚度；钻孔进入灰岩5.0 m，当5.0 m内遇见溶洞时应穿过溶洞底板，进入完整基岩≥2.0 m。K9+070～K9+300段岩溶地基注浆加固设计纵断面图见图2。

3.1 钻孔布置

K9+070～K9+300段：在铁路中心左侧4.5 m和右侧4.5 m处各设一排注浆斜孔，倾角30°，斜孔纵向间距5 m，孔深22.0～33.5 m。

3.2 浆材配制

浆材以纯水泥浆为主，采用矿渣硅酸盐水泥或P.O42.5级普通硅酸盐水泥，水灰比0.8∶1～1.2∶1，视地层的渗透性选用。为控制浆液的过远扩散和冒浆，必要时可添加水玻璃，其掺入量按2%考虑。若孔内发现较大的空洞时，应先投放粗颗粒材料(砂或碎石)，然后注浆。

图2 K9+070～K9+300段岩溶地基注浆加固设计纵断面图Fig.2 Vertical sectional profile of grouting reinforcement design of karst foundation data about K9+070～K9+300 section

3.3 注浆压力

粉质黏土和圆砾土的注浆压力按100～300 kPa、灰岩岩层的注浆压力按200～500 kPa控制。注浆压力可根据注浆方法、注浆段深度及注浆过程中出现的情况，如冒浆、地面变形、轨道稳定情况等，及时动态调整。

3.4 单孔注浆终止标准

注浆过程中，随着压力逐渐上升，注浆量会逐渐下降。当注浆达到下列标准之一时，可终止该孔注浆：①注浆孔口压力维持在0.1～0.5 MPa左右，吸浆量≤40 L/min且≥30 min；②冒浆点已出有效距离3～5 m时；③单孔注浆量达到平均注浆量的1.5～2.0倍，且进浆量明显减少时；④岩溶裂隙不发育和岩层完整的钻孔，注浆压力达到1.5 MPa，浆液难以注入时。

4 注浆工艺

注浆施工前，应首先按50～100 m分段进行注浆试验。以检验注浆设备,验证设计方,获取工艺参数，确定材料配比和注浆压力、单位注浆量等适用于本工点的关键工艺技术参数，本工点正式施工前首先进行了3孔注浆试验。

注浆施工采用自下而上分段止浆—注浆工艺。首先采用大口径钻具开孔，钻至地表以下2～3 m，然后下孔口管，将外壁封住防止注浆时孔口冒浆；之后改用小口径钻具钻至设计孔深，终孔孔径≥89 mm，全程跟管钻进。注浆分段长度可根据地层岩性不同分段，同一种地层按2～4 m分段注浆。

5 注浆效果评价

按上述方案和工艺进行注浆处理后，分别采用钻孔取芯、压水对比试验、综合物探三种方法进行质量检验和处理效果评价。

5.1 压水对比试验

注浆前选择有代表性的地段地质钻孔进行钻孔压水试验4次，其中土层2次，岩层2次。注浆后再进行钻孔压水试验4次，其中土层2次，岩层2次。试验成果见表1。注水试验结果表明：注浆后岩层单位长度吸水量<0.42(土层时0.33)L/min·m·m,且小于注浆前的35%,质量合格。

表1 注浆加固前后压水试验成果表

5.2 综合物探[5]

综合物探主要采用地质雷达和瞬态面波法进行检测。首先使用地质雷达法对整个加固区进行全面扫描，探测数据的解释仅就图像本身特征进行分析，选取重点区段进行面波探测。利用瞬态面波在介质中传播时的频散特性，检测注浆加固处理效果[6]。本工点在地质雷达法图像上表现为浆液扩散不明显的地段采用瞬态面波法检测,共检测10点。通过对面波数据的处理，得到瞬态面波频散曲线10张，将瞬态面波频散曲线分层速度按5 m间隔插值得到瞬态面波速度表并转换为相应的横波速度。注浆后面波波速满足表2的要求。

表2 岩土体注浆质量检测标准一览表

5.3 钻孔取芯

钻孔取芯是最直观的质量检验方法，检测孔按注浆孔1%～2%计且不少于3孔。主要检查浆液充填情况。通过结石率、水泥结石分布形态评价处理质量。本工点共进行钻孔取芯监测5孔，见结石率100%，主要分布在土层裂隙、空隙中。基岩与上覆土层接触面附近及基岩裂隙、溶洞中，结石形态多为块状、脉状及片状。岩土界面、基岩裂隙、溶洞的注浆充填饱满，地基密实程度较高。

综合上述，在注浆处理施工完成后，采用压水试验、钻探取芯及瞬态面波多种方法检测，结果表明各项检测指标均达到或超过规范的要求，路基有欠稳定状态提升至稳定状态。后经现场复查和回访,该段路基稳定,未出现异常下沉，进一步证明路基注浆加固实现了预期目的,彻底消除了该段路基隐患。

6 结束语

(1) 覆盖型岩溶地面塌陷是一种常见的不良地质现象。受建设期条件所限，以及使用环境变化的影响，岩溶发育区既有铁路部分岩溶路基地段稳定状态趋于不利方向有所发展，极个别工点塌陷偶有发生，严重影响着铁路运输的安全，应引起足够的重视。

(2) 对既有铁路岩溶路基应在综合勘察的基础上，按地形地貌、地层结构、地质构造、水文地质、环境条件等进行场地和地基稳定性分区评估，对处于不稳定、欠稳定的区段应及时、彻底整治。

(3) 在不影响正常行车条件下，钻孔注浆处理是覆盖型岩溶路基处理的首选措施，实践表明采用该技术可有效遏制病害的进一步发展，提升路基的稳定状态。处理范围、深度、钻孔布置和注浆参数应根据工点工程地质条件和环境条件综合确定。

(4) 岩溶路基注浆前应进行工艺试验，注浆过程中应加强动态观测调整。可采用钻孔取芯、压水试验和综合物探进行注浆处理质量检测评价，并结合沉降检测进行整体工程质量评估。

[1] 汪春生.岩溶路基加固工程施工技术[J].西部探矿工程,2002(增刊):322-324.

[2] 王跃文.浙赣线岩溶地区路基注浆加固技术[J].铁道建筑,2008(6)：74-76.

[3] 吴凡华.岩溶路基注浆加固施工技术[J].路基工程,2006(3)：97-99.

[4] 中华人民共和国铁道部.铁路工程地基处理技术规程:TB10106—2010[S].北京:中国铁道出版社，2010.

[5] 粟毅,黄春琳,雷文太.探地雷达理论与应用[M].北京:科学出版社,2006.

[6] 杨新安，李怒放.路基检测新技术[M].北京:中国铁道出版社,2006.

(责任编辑：于继红)

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

邓润福(1966-)，男，高级工程师，铁路工程专业，从事地质路基工作。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

数字出版网址:http://www.cnki.net/kcms/detail/42.1736.X.20160315.1424.002.html 数字出版日期:2016-03-15 14:24