CRTSⅢ型板式无砟轨道路基地段注浆抬升技术

李 杨

(中铁十八局集团第五工程有限公司，天津 300451)

我国部分高速铁路施工结束后，由于多种因素，路基地段经常出现不同程度沉降现象，轨道顶面高程超出扣件调整范围，导致线路高程以及平顺性不满足验收标准及规范要求。单纯依靠列车限速无法从根本上解决沉降问题，因此绝大多数项目选择使用注浆抬升技术对沉降地段进行整治，在注入高聚物材料使轨道抬升后，使用高聚物材料或砂浆将基底填充密实。注浆抬升过程中，遵循“从大到小、分段多次”的原则，对于抬升过程中造成的局部封闭层破损情况，在抬升完成后进行修复[1]。本文以济郑高铁为例，研究CRTSⅢ型板式无砟轨道路基地段高聚物注浆抬升施工方法。

1 背景概述

济郑高铁路基地段CRTS Ⅲ型板式无砟轨道主要由钢轨、扣件、轨道板、自密实填充层、隔离层和底座板等部分构成[2]。

内黄站附近由于大规模新增水井抽水造成区域地下水位下降，极端暴雨、路基坡脚施工抽水、弃土堆载、两侧站台填土堆载、雨棚施工及加载、施工工序影响等综合因素造成路基沉降，线路整体较设计标高低10 mm，需要通过注浆抬升技术进行沉降整治。

内黄站轨道板施工以2021年5月21日 CPⅢ复测成果为基准。采用2021年11月28日 CPⅢ复测成果进行轨道测量,结果显示内黄站站台范围内轨道高程降低3.2～5.6 cm，滑县特大桥DK250+300至DK252+500范围内轨道高程降低2.0～2.8 cm。其中：左线实测轨面高程最大偏差值位于DK247+791处，轨面高程比设计值低54.2 mm；右线轨面高程情况与左线基本相同，实测轨面高程最大偏差值位于DK247+706处，轨面高程比设计值低57.3 mm。

2 方案选择

内黄站路基段里程范围为DK246+632.080至DK248+809.670，长度为2177.590 m(双线)，含8组道岔，轨道板左线325块、右线326块、道岔板200块，共计851块板。线路整体较设计标高低10 mm。内黄站路基沉降情况见表1。

表1 内黄站路基沉降情况统计表

根据目前线形情况，结合无砟轨道结构抬升整治特点，以优化线形、改善平顺性、满足规范要求为目标，对济郑高铁DK246+632.080至DK248+809.670轨道进行沉降整治，提出两种方案进行比选。

方案一：将轨面高程抬升至设计高程，该方案需要抬升轨道板651块、长度3638.380 m，道岔板200块、长度716.800 m。

方案二：将轨面高程偏差值大于等于8mm的部分抬升至设计高程，小于8 mm的部分不抬升，通过扣件调整高程。该方案需要抬升轨道板470块、长度2629.680 m，道岔板101块、长度357.200 m。

可以看出，方案二较方案一注浆抬升范围、轨道板和道岔板数量、长度均减少，注浆量也相应减少，工期缩短，因此推荐选用方案二。

3 注浆抬升控制要点

3.1 材料要求

无砟轨道抬升及填充用高聚物注浆材料应具有较好的疏水性，且在水浸泡环境中具有良好的力学性能保持能力。

无砟轨道结构抬升到位后，采用快硬型聚合物填充砂浆对板底空隙进行完全填充，恢复无砟轨道结构和级配碎石层界面黏结。该砂浆须具有较好的自流平性，其硬化初期应具有适宜的膨胀性能，后期应具有较小的收缩性、较好的耐磨性和抗疲劳性能[3]。

3.2 注浆液配比

由于高聚物材料为双组分混合，在注浆抬升前需要对所用原材料化学成分及混合后化学反应进行试验研究，提前确认两组分的配比及其性能,根据不同配比的化学反应，提供更适合实际情况的参数。

借鉴已有的高聚物材料配比及既往同类注浆工程经验，采用A组分聚氨酯预聚体与B组分固化剂进行不同比例的配合制备，制备A、B组分配比分别为2.0：1.0、1.5：1.0、1.0：1.0、1.0：1.5、1.0：2.0的几种试件进行性能测试，通过配比试验并结合注浆理论分析，从混合物固化情况(稳定性、流动性、可灌性、强度及空隙情况)进行研究，测试结果见表2。

表2 高聚物材料配比测试结果

通过表2不同比例的配比试验结果可知：当A：B比值太大时，混合后的材料固化时间较长，且强度不足，无膨胀现象，不符合施工要求；当A：B比值太小时，虽然强度随着B组分增加而增加，但脆性的高聚物导致材料容易脆裂，影响材料的耐久性，且材料发泡严重，混合后的体积严重膨胀，也不符合施工要求；当A：B=1.0：1.0时，有利于二者进行反应，反应时间及强度合适，空隙少且较小，内部填充密实，故选择A：B=1.0：1.0为该高聚物材料的最佳使用配比。

3.3 注浆量控制

由于实际施工时注浆量与基底环境、浆泡膨胀率有关，在注浆前应选取一部分注浆孔作为先导孔，进一步了解基底特性、测试相关参数，同时进行试验性注浆以确定注浆施工参数。

首先，需确定注浆后膨胀体积与注浆量的关系。在常温环境中，将体积为V0的浆液注入容器中，待膨胀结束后记录膨胀后体积V1，计算得出膨胀系数α=V1/V0。

其次，选取部分地区试验注浆。假设注浆后抬升体积V2与浆液膨胀后体积V1成正比，通过试验结果计算抬升系数β=V2/V1。

由于抬升系数β不是一个固定值，受多种因素影响，且随着施工的进行基底固结会导致β值减小，因此需根据实际施工记录各类情况下的β值变化。

经过试验，β初始值随沉降值增大而增大，β最小值随沉降值增大而减小，沉降值最大区域β值约为5%～20%，沉降值最小区域β值约为8%～12%，由于变化基本属于线性，可采用平均数估算各沉降区域所需注浆量。估算注浆量后，现场应配备10%富余的浆液量，并在施工过程中随时观察高度变化，采用“先快后慢”的方式控制注浆量速度，随时调整注浆参数，确保注浆抬升质量。

3.4 孔位布置要点

孔位分为抬升孔、填充孔和观察孔，布置孔位前需根据试验确定注浆后浆液膨胀半径，整体布置遵循“均匀布置、密实充分”的原则，其中布置方法按沉降量不同分为两种方式。

(1)对于抬升量超过10 mm的正线，采用注浆抬升和灌浆填充方式。抬升孔应设置在每块轨道板的四角区域，且应与轨道板四角边界间距相同，保证注浆抬升速度及抬升后轨道板顶面高度平齐。由于填充使用的是灌浆填充方式，浆料流动性较好，填充孔应设置在轨道板中心，使浆料向四周扩散，保证浆料填充半径及到达观察孔的时间大致相同。观察孔的作用是观察填充孔注浆是否完成，布置应根据浆液膨胀半径确定，观察孔至抬升孔距离为浆液的膨胀半径，保证观察孔出浆时轨道板下灌浆填充充分。

(2)对于抬升量在10 mm及以下的正线，采用注浆抬升及填充方式。由于此类情况抬升量较小，需严格控制抬升高度，所以采用在板中增加两个抬升孔，多孔注浆的方法施工，以保证注浆精度。填充孔根据抬升孔注浆半径均匀分布，保证注浆填充充分。

3.5 工艺流程

无砟轨道注浆抬升工序较多，需把控好各个环节，整体工艺流程如图1所示。

图1 工艺流程图

3.5.1 范围和抬升量

对CPⅢ网进行复测，采用轨检小车对轨道进行测量，调查扣件调整量，根据设计要求和轨面调坡方案确定各扣件处抬升量，测量过程中扣件应为WJ-8标准扣件。

3.5.2 钻孔

孔位布置完成后，应采用钢筋探测仪对孔位附近钢筋布置情况进行探测，并根据探测结果对孔位进行微调。

抬升孔位于轨道板两侧底座上，距轨道板边15 mm，采用锤钻钻孔，孔径25 mm，孔深不小于550 mm，孔与垂直方向呈45°角斜向钻入，钻孔角度偏差应控制在±5°范围(详见图2)。

图2 抬升孔横断面布置图

填充孔位于轨道板中心灌浆孔上，孔径50 mm，采用水钻钻孔，垂直轨道板向下钻入，钻孔深度不小于600 mm，以钻透底座板为准。

观察孔位于轨道板两侧底座上，距轨道板边150 mm，采用水钻钻孔，垂直于底座板表面垂直向下钻入，钻孔深度不小于300 mm，以钻透底座板为准(详见图3)。

图3 填充孔和观察孔横断面布置图

钻孔结束后，及时对钻出的粉尘及杂物进行清理，防止造成现场污染，并使用玻璃胶对孔位进行封闭，防止雨水及杂物侵入。

3.5.3 注浆抬升

施工开始前，需完成设备调试及材料检验，同时现场应对各点的注浆抬升量进行复核，并制定抬升计划。注浆材料采用双组分高聚物聚氨酯材料，其技术指标需满足设计要求。移除临时注浆孔封闭材料，根据孔位选择长度合适的注浆管插入孔中并固定，注浆管橡胶部分应位于底座内且固定牢固。

轨道抬升应按照预定计划且单次控制在10 mm之内。注浆抬升施工时，使用两台精密电子水准仪同时监测轨道板左右股轨顶高程，当抬升量到达预定高度后停止注浆并将注浆管拔出。施工过程中，应即时观测横向位置避免发生位移，并对点位附近轨道结构实时观测，如中途出现裂纹、鼓起或跑浆应立刻中止注浆作业[4]。

3.5.4 注浆填充

无砟轨道抬升全部到位后，通过砂浆填充孔采用快硬型聚合物砂浆对底座板下存在的空隙进行完全填充，恢复路基基床表层对无砟轨道结构的支撑，以及无砟轨道和级配碎石层界面黏结，以维持轨道结构整体性和稳定性。无砟轨道填充时，应控制注浆压力，并实时监测轨道结构高程，避免轨道结构高程发生较大变化，同时应通过观察孔观察快硬型聚合物水泥砂浆灌注状态，确保无砟轨道下砂浆填充饱满、密实。

3.5.5 封闭层破损修复

(1)破损凿除。根据破损大小，沿破损处外圈切割，将切割缝至底座板外侧混凝土全部凿除，将废料清理到弃渣场。

(2)涂刷界面剂。用角磨机和吹风机清理封闭层垂直面和底座侧面与封闭接触的下半部分，清理干净后调制界面剂，并均匀涂刷在封闭层垂直面上。

(3)混凝土浇筑与养护。按比例配制C30混凝土，搅拌均匀后浇入封闭层与底座间，用抹子抹出不小于2%的横向排水坡后喷养护剂进行养护，待混凝土达到强度后对表面进行打磨修正，之后清理施工现场并撤至线外。

3.5.6 封闭层嵌缝修复

(1)嵌缝清理及加工。使用弯钩等将原硅酮胶清理干净，使用切割机处理嵌缝深度与宽度使其达到20 mm。对较深的嵌缝可先填充泡沫板使其达到要求。

(2)粘贴防污胶带。将嵌缝两侧混凝土表面打磨至露出新面，嵌缝每侧的打磨宽度不少于胶带宽度，并用钢刷及刷子处理表面灰渣，在距离边界20 mm外粘贴胶带进行封边。

(3)在嵌缝区域内均匀涂刷界面剂。

(4)当界面剂达到表干状态后，使用硅酮胶嵌缝，并用刮刀进行刮平。

(5)硅酮胶刮平后，快速撕掉封边胶带。

3.5.7 轨道精调

无砟轨道抬升到位并注浆填充完成后，采用轨检小车对轨道进行测量，并根据精调方案进行精调。

4 注意事项

(1)开工前对测量等设备进行检定和校核，确保其满足施工要求，对所有施工材料进行试验，确保其满足设计要求。

(2)注浆抬升宜从沉降量最大处开始，并逐渐向两侧进行，抬升区域和非抬升区域做好顺坡过渡，避免抬升过程中轨道结构局部应力过大，造成轨道结构损伤。

(3)注浆抬升过程中应采用精密水准仪及经纬仪对轨道高程和平面位置进行监测，防止超抬和产生较大平面位移。

(4)灌浆填充时，利用电子水准仪对轨道高程进行监测，防止出现上拱现象。

(5)在注浆抬升过程中，应随时检查伸缩缝，若发现伸缩缝中有胶流入，应及时掏除干净，并按要求填充硅酮胶，保证伸缩缝功能不受影响。

(6)由于施工地段沉降尚未完全稳定，施工时目标高程保证“宁高勿低”的原则，抬升过程中应加强抬升轨道板及相邻板的高程监控，施工影响范围内任何一点达到目标高程立即停止抬升。

5 结语

本文结合内黄站实际案例，从无砟轨道注浆抬升前准备工作以及注浆抬升施工要点方面对注浆技术进行了研究分析。主要结论如下：

(1)对于不同沉降问题应进行分析，需要从经济性和可操作性方面确定最优方案；

(2)高聚物材料配比需要从工作性及耐久性等方面试验确认，对比试验是得出最优配比最直观的方式；

(3)注浆量控制需要计算各种情况下抬升量与注浆量的关系，不同基底和抬升量都会影响到注浆量计算，不能仅从一次数据得出结论；

(4)孔位布置需要根据施工方法，并遵循“均匀布置、密实充分”的原则进行布置，以保证注浆抬升效果；

(5)施工过程需严格遵守工艺流程施工并随时观测。