铁路强烈发育岩溶路基注可控水泥浆处理技术

曹 献 良

(中铁十七局集团第二工程有限公司，湖北 恩施 445603)

0 引言

岩溶地基塌陷将直接威胁铁路运行安全[1]，为此铁路路基基底下岩溶地基一般采用“先探后灌、探灌结合”的工法处理，即向岩溶地基注入常规水泥浆，水灰比一般为0.6∶1～2∶1[2]。

1 岩溶地区注常规水泥浆的问题

1.1 常规水泥浆的主要性能

采用32.5R普通硅酸盐水泥配置普通水泥浆，浆液的初凝、终凝时间、抗压强度见表1。常规1∶1水灰比的水泥浆的初凝时间约15 h，析水率35%，抗压强度1.66 MPa～8.9 MPa[3]。

表1 常规水泥浆的性能指标

1.2 在岩溶强烈发育地区，常规水泥浆流失严重、析水污染地下水

黔张常铁路DK34+991～DK35+047段路基基底岩溶强烈发育，该段设89个注浆孔，1 353 m3注浆估算量。在注浆孔完成总注浆孔的28%时，注浆量已达估算量的90%[4]。实际注浆量远超设计估算量。常规水泥浆初凝时间长，大部分浆液顺岩溶通道流失至地基处理范围以外，导致注浆材料浪费。经检测，常规1∶1水泥浆析水为强碱性、携带六价铬，污染地下水[5-8]。

2 可控水泥浆

针对常规水泥浆存在的问题，配置了可控水泥浆，确保在浆液压入地基后，扩散半径、环境影响可控[9-11]。在1∶1常规水泥浆中，掺入速凝剂、保水剂、减水剂三种不同的添加剂，配置可控水泥浆。根据实验，按照掺量(5%,1%,0.1%；6%,1%,0.2%；8%,2%,0.3%)优选三种不同配比方案，其性能如表2所示。根据经验，流动度保持在200 mm以上的可控水泥浆才可泵送，配置好的水泥浆流动度损失至200 mm的时间段称之为可泵时间段，可泵时间段必须满足施工要求的时间，可控水泥浆初凝时间内必须包含合理的可泵时间段。根据现场可控水泥浆的泵送时间，选择不同方案配比的可控水泥浆。

采用BWD-150型泥浆泵，10 min左右可将0.7 m3可控水泥浆泵入地基，基于此选择了方案一可控水泥浆。方案一配置的可控水泥浆初凝时间为20 min，只有原常规水灰比1∶1水泥浆初凝时间的2%左右。水泥浆初凝时间的极度缩短，极大地减小了水泥浆的扩散半径，控制了水泥浆的流失。析水率为1.8%，只有原常规水灰比1∶1水泥浆析水率的5%，水泥浆析水率的极度降低，极大地减少了水泥浆的析水量，控制了水泥浆析水污染环境。

表2 黔张常铁路岩溶地基强化注浆浆液性能试验最优配合比

3 可控水泥浆的工程应用

黔张常铁路DK27+309～DK27+525段路基工程主要为路基填方工程，对该处路基实施的100个先导孔有59个钻孔揭示溶洞，多呈串珠状分布，最大规模约22.4 m，多为砂类土、黏性土及砾石半充填，局部存在较大空腔且无充填，部分段落底部发育较大空腔，钻孔揭示规模分别为22.4 m和11.8 m，线岩溶率9.2%。

如图1所示，为确定是否存在大型溶洞，在其右侧约1.5 m处增设了DK27+421断面X补2先导孔，未发现溶洞，证明了DK27+421断面X右2先导孔发现的溶洞为隐伏型落水洞。溶洞在空间的分布特点是主要以水平向及坡度较缓的斜向溶洞、溶槽为主，局部发育有竖向的隐伏型落水洞，隐伏型落水洞为水平向及坡度较缓斜向溶洞集中向下的排水通道。

4 可控水泥浆的注浆效果

为探索可控水泥浆的施工工艺及处理效果，选取了两个试验孔。如图2所示，试验孔1与试验孔2相距4.2 m。孔内摄像显示，试验孔1与试验孔2具有完全不同的岩溶发育特征。如图3，图4所示，试验孔1在地面下19.8 m处有较大的水平向溶洞发育，试验孔2在地面下8.9 m～12.9 m处为溶洞，在溶洞底部有与之相连的隐伏型落水洞。

2017年3月26日10：00～17：00将试验孔1注浆灌满，注浆5 h，注入约25 m3。试验孔1的成功灌注，证明了可控水泥浆处理水平向发育的溶洞、溶槽效果良好。

2017年3月27日8：30～次日16:30对试验孔2注浆，注浆时间约12 h，注入约60 m3。在注浆过程中，不断地采用井下摄像、探针多种手段查看注浆面，始终未发现可控水泥浆，证明了底部连通性好的隐伏型落水洞不宜采用可控水泥浆处理。在试验孔2附近布设了4个钻孔，其中1个钻孔揭示地面8 m下隐伏型落水洞高约12 m(见图5)。研究后决定，在其顶板上开挖直径不小于1 m的竖井天窗，直接灌入不小于30 cm的片石至原地面下15 m，待片石托底后，直接注入可控水泥浆。竖井天窗于2017年5月中旬完成(见图6)。至2017年7月21日该段注浆全部完工，注浆量仅为普通水泥浆预估量的60%。且经过第三方地质雷达、取芯注水等检测，注浆效果良好，达到设计要求。

5 可控水泥浆的施工特点

相对于常规水泥浆，可控水泥浆的粘度较大，同等时间内压入可控水泥浆的方量只有常规水泥浆的50%～60%左右，减少投资提高工效。

可控浆液在施工中快速凝结导致的堵管现象，通过采用专人每10 min～15 min提起吸管吸头，敲击处理，可保证吸管的通畅。

6 结语

1)在强烈发育岩溶地基的条件下，由于注常规水泥浆的工程投资、工程量、环境影响的不可控性，目前多采用桩板结构或桥梁结构跨越处理。黔张常DK27+309～DK27+525段工程实例证明，在强烈发育岩溶地基的条件下，可以以路基型式通过。采用可控水泥浆处理地基，具有扩散半径可控、工程量可控、环境影响可控，同等时间内压入可控水泥浆的方量只有常规水泥浆的50%～60%左右，节省工程投资等优点，以充填为目的的岩溶区注浆技术应逐渐过渡到用可控水泥浆替代常规水泥浆。

2)水平向发育的溶洞、溶槽采用可控水泥浆处理效果良好，注浆半径可控、工程量可控、环境影响可控。

3)竖向发育的隐伏型落水洞需采用施工竖井天窗、倾倒片石托底后注可控水泥浆方法处理。

参考文献:

[1] 《工程地质手册》编委会.工程地质手册[M].北京:中国建筑工业出版社,2007.

[2] TB 10106—2010，铁路工程地基处理技术规程[S].

[3] 张明庆，彭 峰.地下工程注浆技术[M].北京:地质出版社,2008.

[4] 中铁第一勘察设计院集团有限公司.黔张常DK34+991～DK35+047段路基岩溶地基处理补充设计[R].2015.

[5] 张羽军.周家村岩溶地面塌陷原因及环境影响评价[J].铁道工程学报,2012(2):10-12.

[6] 柳 涛.宜万铁路岩溶路基注浆水环境保护[J].资源环境与工程，2009(4):160-163.

[7] 咸丰环境监测站.咸丰县丁寨乡徐家巷汤加水井水质检测环境监测[R].2015.

[8] 中铁第一勘察设计院集团有限公司.汤家水井、野猫河水库上游路基情况报告[R].2015.

[9] 庞宗霞，田利民.水泥—水玻璃浆液的室内试验与研究[J].山西交通科技，2010(10):15-16.

[10] 刘玉祥，柳慧鹏.水泥—水玻璃双液注浆中的最优参数选择[J].矿冶，2005(12):1-4.

[11] 闫 勇，郑秀华.水泥—水玻璃浆液性能试验研究[J].水文地质工程地质,2004(1):71-72.