运营铁路路基沉降整治精细化注浆加固技术

陈学喜 楼梁伟 闫宏业 李竹庆 陈锋

（1.中国铁路兰州局集团有限公司定西工务段，甘肃定西 743000；2.北京铁科特种工程技术有限公司，北京 100081；3.中国铁道科学研究院集团有限公司铁道建筑研究所，北京 100081）

兰州局集团公司管辖的宝中线、陇海线、兰新线等线路均长距离通过黄土地段，当路基长期受到地表水浸泡或地下水作用时，就会出现路基沉降，影响列车的安全运营［1-2］。目前，常见的路基沉降处理方法有挤密桩加固、土工合成材料加固、管桩加固、局部置换加固、注浆加固等［3-4］。为不影响列车运营，既有线路基沉降处理必须在天窗时间内进行，并保证线路正常运行，其中局部置换加固法和土工合成材料加固法需要拆除轨道上部结构，施工成本高昂；挤密桩加固法和管桩加固法施工所需时间长，时效性差；注浆加固法可显著提高沉降区段路基本体及基底的强度和抗变形能力，具有施工时间短、成本低、污染少、对线路行车干扰小、灵活程度高、工后效果好等特点［5-7］。目前常见的注浆加固技术有双管注浆、三管注浆和袖阀管注浆等。

本文依托兰州局集团公司运营线路路基沉降整治工程，分析不同铁路注浆加固技术的适用性，对精细化袖阀管注浆法进行详细分析，并在陇海线、兰渝线等线路开展工程实践，为运营条件下铁路路基沉降病害整治提供参考。

1 铁路路基沉降病害情况

兰州局管辖的部分线路沉降及偏移较大地段，扣件调整量已达到或超出标准调整量［8］。为保证线路稳定和列车运营安全，对沉降地段进行注浆加固整治。表1为兰州局集团公司所管辖的部分线路近两年病害情况，由于需要进行沉降整治的区段分布广、里程长，工程量巨大，故寻求经济有效的整治措施很有必要。

表1 部分线路路基沉降病害统计

2 注浆加固技术适用性对比分析

常用的路基注浆方法有花管注浆和袖阀管注浆。

图1 花管注浆法示意

花管注浆法是指用带孔的钢质花管以钻孔或打入的方式插入土中，再用压力将浆液注入花管中，浆液从孔中射入地层，实现全孔高压力注浆，如图1所示。花管注浆法施工工序简单、快捷，往往为一次性全孔注浆，但注浆时极易发生窜浆、冒浆、路面上拱现象，尤其埋深较浅的部分，无法进行“封顶”注浆，造成注浆质量无法满足设计要求。

袖阀管注浆法采用无缝钢管或PVC管，每隔33～50 cm设置一组射浆孔，射浆孔外包裹的橡胶圈可有效地使套壳料或泥浆进入管内。注浆时，把装有密封橡胶活塞的注浆管插入袖阀管内，在到达相应层位时停止。浆液在压力作用下进入袖阀管，并在压力作用下张开橡胶圈，劈开套壳料后进入附近地层。停止灌浆后，橡胶圈会回弹收缩，封闭射浆孔，以防止返浆，如图2所示。相对于花管注浆法，袖阀管注浆法工序较为繁琐，分为钻孔、下管、注套壳料、封闭、分段注浆、洗孔、封孔等工序，但袖阀管注浆法可分段、定量、局部施压、一孔多次注浆，实现精细化注浆，能够确保满足注浆质量要求，且由于局部施压从而能够控制路基面上拱，这是花管注浆法无法做到的。

图2 袖阀管注浆法示意

3 袖阀管注浆法

3.1 工艺特点

袖阀管注浆法具有以下主要特点：

1）适用于埋深在50 m以内的软弱地层加固，袖阀管可以按一定角度倾斜，实现垂直和水平注浆。

2）由于注浆芯管上下2个橡胶封闭圈能将浆液限定在任何区段，因此可根据施工需要，连续注浆或间歇注浆，使不同孔隙率的地层均达到良好的注浆加固效果。

3）通过橡胶活塞在袖阀管内的自由移动，可实现指定注浆区域内反复注浆。

4）在同一袖阀管内可根据地层特点，采用不同的注浆材料参数进行针对性加固。

5）通过调小浆液压力，可实现浆液沿注浆孔水平分布多于垂直分布，有效地加固指定层位土体。

6）通过调大浆液压力，可在岩土体中产生劈裂效应，浆液垂直分布多于水平分布，扩张地层中原有的孔隙或裂隙，从而提升低孔隙率地层的可灌性，增大加固范围。

3.2 施工流程

袖阀管注浆施工流程如图3所示。

图3 袖阀管注浆施工流程

3.2.1 加固方案与布设参数

注浆孔布置在路肩上，呈梅花形布置，沿线路纵向、横向间距应根据不同整治需求进行设计，注浆孔直径不小于90 mm，采用无水干钻法钻孔。

3.2.2 注浆管材与浆液要求

1）PVC管直径为50 mm，每根长4～10 m。袖阀管每0.3 m设置4个ϕ1 mm溢浆孔，两两对称，在溢浆孔处设置橡皮套，只允许浆液单向溢出。

2）浆液水泥采用42.5级普通硅酸盐水泥，水灰比为1∶1～0.8∶1，掺入5%速凝剂以保证快速凝结。袖阀管套壳料水灰土比例建议为1.6∶1∶1，用42.5级普通硅酸盐水泥与膨润土，固化强度不超过0.3 MPa。注浆压力控制在0.80～1.50 MPa，搅拌时间不低于3 min，且不宜大于90 min，出浆孔应设置100目滤网，如图4所示。

图4 注浆孔位示意（单位：mm）

3.2.3 注浆方式与顺序

1）注浆方式。注浆用双头封闭囊袋式注浆器，封闭压力不超过2.5 MPa。注浆时用后退式分段注浆，步距不超过0.60 m，注浆速度宜控制在10～50 L/min。根据路基可注性进行1～4次注浆，达到设计注浆量或压力超过设计值停止注浆。每次注浆后进行洗孔，确保注浆管通畅。

2）注浆顺序。采取隔孔注浆，按照“先外后内”的注浆顺序，确保加固区内浆液均匀扩散。

3）控制要求。采用注浆压力与注浆量双指标控制注浆过程。在施工时每步距注浆量能够满足设计要求，而注浆压力太低时，为保证注浆效果。可采用间歇注浆或缩短浆液胶凝时间，同时注浆量增加为设计量的2倍。

3.3 注意事项

1）钻孔过程中如发现地质条件或填料异常情况，应及时上报相关单位研究解决，确保整治质量和效果。

2）注浆应先稀后稠，注满即可；泵量及压力控制逐渐提高，先小后大。施工中若出现跑浆、窜浆等情况，可换孔后作业，待浆液初步凝固后再进行注浆作业。

3）注浆过程中不能影响线路运营安全，对注浆部位地面的变化情况应密切监控，若发现异常应立即暂停作业，分析原因后采取应对措施。

4）线路上各种管线、设备及构筑物较多，施工前必须准确掌握各种管线设备及构筑物的位置、埋深等情况。钻孔前须经管理人员现场确认，采用先探后钻的方法施工。

5）由于施工工期紧张，要尽可能兼顾其他工程及设施的安全，并采取相应措施保证施工安全进行。加强施工过程中环境保护意识，合理处置废物废液，防止破坏环境。

6）注浆施工原材料应符合相关要求，严格控制各工序施工质量。施工材料整齐放置，废料按照环保要求进行处置。施工现场设置专人进行打扫，切勿破坏环境。

7）严禁工人带病、饮酒后操作。施工设备实行检验制度，机械操作人员必须持有操作许可证，并遵守操作规则，非操作人员不得乱动机械工具，以免造成伤害。施工队伍必须配备专职安全员及电工，以保证工作安全、有序开展。

8）施工区段应限速运行，限行速度以运营单位的审批为准。

4 加固效果分析

针对兰州局管辖的陇海线、兰渝线等线路沉降病害，采用袖阀管注浆法加固技术进行了大量工程实践。经后期线路平顺性定期检测，注浆加固后路基沉降趋缓，呈现收敛趋势（表2），路基沉降得到控制，为列车安全提供了保障。

表2 部分线路路基沉降整治效果统计

5 结语

1）袖阀管注浆加固技术可实现对土体局部施压，具有可分段、能定量、注浆孔可重复利用等特点，能够最大限度满足注浆质量要求与线路平顺性控制要求。

2）精细化袖阀管注浆加固技术适用于运营铁路路基沉降整治，工程整治效果良好。