路基岩溶注浆技术在新建高速铁路中的应用分析

2021-08-28李小明

运输经理世界 2021年12期

文/李小明

1 前言

我国高速铁路建设事业的不断发展，极大地推动了我国经济增长；而在新建高速铁路项目中，路基施工是其重要的组成部分。另外，部分路基建设中会穿越一些不良地质带，以岩溶路基段为例，其具有稳定性差、承载力较低、不均匀沉降发生概率大等特点，对线路建成后通车安全具有较大的影响。为解决这一现实问题，应当采用注浆加固技术，充分提高路基承载能力。因此，相关施工人员需要注重注浆加固技术的应用，严格规范各项操作步骤，提高施工水平，进而有效提升路基施工质量和经济效益。

2 岩溶路基概述

2.1 岩溶路基概念

岩溶是一种具有较强溶蚀力的地下水、地表水对碳酸盐岩、石膏等可溶性岩石产生一定化学作用，造成流水冲蚀、潜蚀以及崩塌等地质作用的过程。另外，位于岩溶地段的路基是岩溶路基，按照我国岩溶的埋藏条件可以分为裸露型、覆盖型和埋藏型等三大类，其中裸露型的地表可溶岩出露较多，主要覆盖物为土壤，厚度在10m 以下，该地质下地表水与地下水的连通关系较为密切；覆盖型地表可溶岩出露较少甚至没有，上部存在覆盖土。深覆盖型厚度为30m 以上，浅覆盖型厚度在30m 以下，在地表水与地下水的连通情况中，深覆盖型一般呈现不密切关系，浅覆盖型则较为密切。埋藏型地表无可溶岩出露，地表水与地下水的连通情况不密切[1]。

2.2 岩溶路基塌陷和变形机制

分析岩溶引发新建高速铁路路基工程病害的原因，主要包含在两个方面：一方面，岩溶地基出现塌陷而导致路基的承载力出现丧失情况或者承载力达到极限状态，破坏工程结构；另一方面，岩溶地基出现塌陷或者变形等状况，进而导致路基发生变形。一旦达到了正常使用极限状态，就会导致其承载结构物无法继续使用，而这种问题在高速铁路建设项目中不允许存在。另外，在岩溶地区出现地面沉陷变形的基本条件，有可溶岩、地层结构、地下水动力条件以及填土荷载、低矮路堤以及列车振动等；而对岩溶稳定性产生影响的因素则是地形地貌、覆盖层厚度、地质构造、工程建设以及实际运营等[2]。

2.3 岩溶注浆技术的加固作用

岩溶注浆技术应用于新建高速铁路中具有良好的加固效果，它是在特定压力之下，将水泥浆填塞到下伏岩质的溶洞溶槽或者裂缝中，并以此在水平方向上开展帷幕注浆，以便于切断上下水位的波动性，有效阻断地表水向覆盖土层下渗透，有利于避免地表水在回流地下水时，对上部土体产生严重侵蚀。另外，利用岩溶注浆技术可进一步切断岩溶水与上部覆盖土层之间的地下水垂直联系，在此基础上，即便是地下水发生升降变化，也能够防止对上部土层造成破坏，进而加固路基土层，提高其整体稳定性。在实际应用的过程中，开展岩溶注浆技术，采用的机械设备体积相对较小，适合在狭窄场地进行作业；同时，无须准备地质钻机，也可有效复核出该地区的地质现状。通常情况下，施工人员会采用先导孔钻进来探明地质情况，然后再大量跟进后续钻机，有利于大面积开展施工作业，进一步提高施工效率。

3 路基岩溶注浆技术在新建高速铁路中的应用

3.1 做好施工准备工作

在对新建高速铁路的岩溶路基施工之前，施工人员需先做好施工准备工作，即结合具体工程现状，了解和掌握各个工点的概况，制定针对性的施工方案，形成注浆孔位平面布置图，并有效进行技术交底工作；同时，需要对路基施工现场进行平整工作，即在路基填筑环节之前或者是开挖到设计标高之后，设置相应的排水坡和排水沟，保证地表水有效排出，并避免出现下渗情况。在测量放线工作中，按照注浆孔位的布置设计图，对各个孔位进行精准放样，记录对应孔口的标高。另外，对准备进场的原材料进行质量检验，比如水泥、砂和水玻璃等；同时，对所有进场的注浆设备开展详细的检测活动，保证设备施工时能够正常有序运转。此外，还需设置合理的水泥棚以及搅拌机等附属设施，保证后续施工作业活动能够有序进行[3]。

3.2 先导孔钻进

基于岩溶注浆技术开展探灌，在钻孔施工中需进行先导孔和注浆孔的钻进工作。施工人员先要对钻孔总数30%的先导孔开展施钻作业，完成钻孔后，及时整理相关资料，并上报到设计和监理单位，以此明确注浆范围和深度。具体钻进步骤如下：

3.2.1 开展钻进施工。施工人员需要对土层和岩层等采用水钻进行成孔。比如：对土层开展钻进工艺时，可选用直径为108mm 的钻头，在钻孔完毕后应当整齐摆放取出的土芯，并详细记录不同土层的土质和深度。在钻孔时，采用的套管直径为110mm，保证护壁套管露出地面高度约0.2～0.5m 即可。对于岩层的钻进，应当保障在基岩面以下选用直径为91mm 的钻孔，取出岩芯后对各段岩性和溶洞的位置做好标识和记录即可。另外，当施钻达到预定深度后，要对钻孔进行不少于20min 的清洗工作。

3.2.2 完成钻孔施工作业后，应立即编录岩芯资料，针对不同土层和岩层的深度、地下水位深度和岩溶发育状况等，实时监测地质的变化情况。

3.2.3 施工人员在岩溶路基段应用注浆技术时，需按照相关标准固定注浆套管。但要注意防止出现串浆，保障注浆处理难度在适当范围内。因此，在钻孔和注浆顺序原则上，需要先进行先导孔的钻进，再进行注浆孔的钻进，并全部采用跳孔钻进方式；通常遵循先路基两侧，然后路基中央的顺序，坚持边钻孔边灌浆的操作方法。

3.2.4 及时进行注水试验。在开展注浆工作之前，施工人员应当选择具有代表性的孔位开展注水试验工作，目的是确定单位长度的吸水量。

3.3 注浆

在注浆施工环节开展前，应合理配置注浆液。在多数新建高速铁路项目中，大多采用水泥浆，其配置材料为水泥、水玻璃等。具体配比为选用P.O42.5 水泥、38-43 波美度的水玻璃，控制水灰比为0.8～1 即可。同时，利用搅拌机进行拌和，坚持随拌随用的原则，搅拌时间不得少于2min。一般情况下，操作人员控制纯水泥浆与水灰比的比值在0.8～1 之间，水泥砂浆的制备比例为水∶水泥∶砂=（0.8-1）∶1∶1。水玻璃与水泥浆混合液的比例控制在8%～20%左右，并按照实际施工情况适当调整浆液配合比。主要遵循的原则为浆液应先稀后浓、注浆压力从低到高、胶凝时间从长到短等，进一步防止注浆操作出现异常，影响整体施工质量。

在注浆作业实施过程中，应先在套管上安装法兰盘，再对注浆设备进行调试。当对管路开展试压作业时，必须要全面检查管路以及接头的连接性，并注重其密封情况，做好压力表的连接工作，为正式注浆奠定良好基础。通常，在新建高速铁路中，完成注水试验后可进行注浆施工。如果现场存在较大的溶洞或者岩溶通道，应当适当填充粗砂和水泥砂浆。如果现场出现岩溶发育，但吸浆量较少或者是不进浆等情况，施工人员可利用高压水对钻孔进行清洗后，再次开展注浆。如注浆质量无须进行补注，可在注浆完成后的1～2h，并经清孔后再进行注浆，以满足相应的施工标准。

4 路基岩溶注浆技术的质量控制

4.1 施工质量管控措施

对于新建高速铁路项目的岩溶路基施工，需严格落实相应的管控措施。比如：在钻孔和注浆工艺中，需根据其具体施工方案开展先导孔钻探取芯作业。同时，施工人员需要将其摆放整齐、注明孔号，在记录中详细描述地质情况。当注浆材料进入现场后，应当对各项材料的质量、种类、规格等进行检查，符合其质量合格证明文件，实施抽样检测；同时，在应用各种注浆设备时，需坚持就近安装固定管线的原则，不能出现过长的情况，防止压力和流量发生消耗。在钻机成孔插入注浆管以后，可及时封堵孔口和附近的地面裂缝，以免出现冒浆情况。在注浆时，为保障其质量，需经过搅拌机均匀拌和后才可开始注浆，并保持缓慢、不间断地搅拌，其搅拌时间应当不超过初凝时间。

4.2 异常情况处理手段

在对岩溶路基实施注浆加固技术时，可能会存在多种异常情况，为确保其施工质量，应当采取有效处理措施。比如：注浆量出现异常状态，针对水泥单液地表冒浆情况，应采用双液进行封堵；如注浆已经超过了整治范围，蔓延较远时，也可采用双液控制。另外，当注浆孔存在空洞时，其会出现裂隙贯穿、耗浆量加大的情况，施工人员可采用间歇注浆法或者双液注浆法进行施工作业，在空洞的注浆孔内适当掺入细砂、粉煤灰或者碎石等，也可适当加入水玻璃与粉煤灰及细砂的混合液，进一步加快凝结速度，以保障施工效率和质量。

4.3 施工质量检测验收

当前对于岩溶注浆技术的质量验收，还未形成统一的规范和标准。在新建高速铁路路基项目中，主要是采用钻孔法、瞬态面波法、压水试验法以及高密度电法等，并且为消除单一检测方法存在的局限性，多数情况是将几种方法结合运用。比如：将瞬态面波法与高密度电法进行结合，配合钻孔取芯和注水试验等，能够比较准确地获取施工前后的参数变化情况，并进行比较，进而评估注浆质量。