巖溶注漿施工技術在鐵路巖溶路基工程中的應用

徐 升，馬 靜

(1.中鐵二十四局集團江蘇工程有限公司，南京210000;2.上海三維工程建設咨詢有限公司，上海200060)

1 工程概況

新建南京樞紐大勝關長江大橋南京南站及相關工程系西聯絡線工程，為連接京滬高鐵南京南站至滬寧高鐵仙西站之間的聯絡線。設計車速標準為雙線160 km/h，Ⅰ級鐵路標準。其中L1XDK18+950～L1XDK19+350段為巖溶路基，位于既有寧蕪線紫金山站，設計處理方式為:路基底部先進行巖溶注漿加固，而后在巖溶注漿加固區上端8～15 m范圍內進行攪拌樁加固處理。巖溶注漿加固區全長400 m。其中L1XDK18+950～L1XDK19+050段為路塹，采用正方形布置，加固邊線至路塹側溝平臺外邊緣;L1XDK19+050～+350段為路堤，采用梅花形布置，加固范圍為路堤坡腳外5 m。注漿孔間距5 m，底端伸入基巖以下5 m，當5 m范圍內遇見溶洞時，加固至溶洞底以下1 m。

圖1 路塹地段注漿孔布置圖

依據勘察資料顯示，工程地質情況由上向下依次為:

0)人工填土;

圖2 路堤地段注漿孔布置圖

(1)粉質黏土，褐黃色，硬塑，σ0=180 kPa;

(1)2 粉質黏土，褐黃色，軟塑，σ0=120 kPa;

(2)粉質黏土，褐黃色，硬塑，σ0=200 kPa;

(6)3 K灰巖，灰白色，弱風化，σ0=800 kPa，該層為注漿施工主要加固層。

2 注漿主要目的

巖溶路基對鐵路路基的危害是顯而易見的，地下洞穴的頂板受到荷載作用坍塌引起洞上的鐵路建筑物下沉或破壞;巖溶地區地下水周期性變化會造成該處的地層強度的下降，從而造成路基承載力的下降，危害到路基的安全，嚴重的還會影響到鐵路行車安全。

因此注漿目的主要有兩個:

1)根據施工過程中先導勘探孔揭示的路基地層中巖溶的發育情況，由探灌結合孔確定注漿加固的深度范圍，一般為碳酸鹽基巖中第一層溶洞標高，或為巖土界面以下5 m，如5 m內遇見溶洞時，應至溶洞底以下1 m。漿液填充巖溶空隙，從而加強巖溶整體承載力。

2)原則上以封閉土、石界面為目的，形成隔水帷幕，阻隔上層滯水與巖溶水的聯系，保持地下水的穩定，從而達到讓路基穩定的目的。

3 施工過程

3.1 施工準備

3.1.1 施工用水電、便道及場地準備

施工用水采用路基邊水塘水源，經檢測符合注漿用水要求;施工用電為發電機自發電;便道沿路基外側順線路方向，滿足機械設備及原材料運輸條件。施工前將場地內整平并沿鉆孔位置開挖溝槽和集水坑。

3.1.2 原材料

3.1.2.1 水泥

注漿用水泥采用復合硅酸鹽水泥，水泥強度等級為P.C 32.5，水泥保持新鮮，不超過出廠日期3個月，受潮結塊時不得使用。水泥的各項指標符合國家標準，并附有水泥出廠報告。

3.1.2.2 水玻璃

采用符合國家質量要求的水玻璃，施工用水玻璃波美度為38°～43°Be，模數2.4 ～3.0。

3.1.3 施工機械及機具

3.1.3.1 主要施工機具

注漿設備主要包括鉆機、注漿泵、攪拌機、混合器、止漿塞、篩網、注漿管、孔口蓋及配套儀表等。

以上設備進場報驗合格，符合使用要求。

3.1.3.2 輔助設備與機具

機動小翻斗車、手推車、鐵鍬等生產用小型工具;水準儀、經緯儀、傾斜尺、水平尺、測繩等檢測工具。

3.1.4 人員配備

表1 注漿人員配備表

3.2 工藝流程

具體工藝流程見圖3。

圖3 巖溶注漿流程圖

3.2.1 鉆孔

根據設計給出的樁位用全站儀放出準確的樁位，并經監理復測確認。

首先施鉆先導孔，待先導孔完成后，整理資料，上報監理和設計單位，確定相關注漿深度與范圍。采用φ110 mm鉆頭鉆進，保證開孔直徑≮110 mm，每一回次鉆完后，取出土芯和巖芯，擺放整齊，并用標簽記錄不同土層的深度，巖性和溶洞的深度。全孔采用φ110 mm套管，護壁套管露出地面0.2～0.5 m。鉆孔完成后，由地質編錄員及時對巖芯進行編錄，分層記錄不同土層和巖層的深度，巖溶發育的情況以及地下水位的深度。采用水泥砂漿對注漿套管進行固定。

3.2.2 注漿施工

3.2.2.1 安裝注漿管和止漿塞

鉆孔完畢，進行清孔檢查，在確認沒有坍孔和探頭石的情況下，方可下管。在確定注漿管內無阻塞物后，即可進行注漿管安裝。為減少拔管時的阻力，在注漿管上可上防水板。注漿管安放好后，在注漿管管口加上孔口蓋，以防止雜物進入。

3.2.2.2 注水試驗

注漿前需進行注水試驗，壓水壓力由小逐漸增大到預定注漿壓力，并持續15 min，確定注漿前單位長度吸水量。為后期試驗效果對比留下參照。

3.2.2.3 漿液配置

水泥漿液水灰比為0.8∶1～1∶1。若遇空的巖溶通道、較大溶洞和裂隙處，視具體情況先灌入中粗砂或稀的水泥砂漿對溶蝕腔體進行充填，再采用煤灰水泥漿液或雙液注漿，全填充溶洞一般采用單液注漿。按照設計要求的水灰比用高速拌漿機拌合水泥漿液。在濃水玻璃中加水稀釋，邊加水邊攪拌，并用玻美計測試其濃度。施工中采用的水玻璃波美度為38°～43°Be。將配制好的化學漿液和水泥漿液各送入攪拌式儲漿桶內備用。

3.2.2.4 注漿

注漿順序:自路基坡腳向線路中心的順序進行，先兩側后中間，以保證注漿質量。

注漿壓力控制:黏土層控制在0.1～0.3 MPa，卵石土層控制在0.1～0.2 MPa，灰巖控制在0.2～0.5 MPa。注漿壓力在注漿過程中視注漿深度和地下水位等情況隨時調整。

3.2.2.5 結束注漿

當注漿過程中達到以下標準之一時即可結束注漿:

1)在0.1～0.5 MPa壓力下進漿量＜4 L/min，延長30 min。

2)分段注漿時，對基巖采用0.2～0.5 MPa壓力閉漿20 min，土層及卵石土層采用0.1～0.3 MPa壓力閉漿30 min可達到分段注漿結束標準。

3)冒漿點已出注漿范圍3～5 m時。

3.2.2.6 拔管、封孔

注漿結束后，經質檢工程師檢查，通知監理工程師檢查確認終孔條件。卸下法蘭盤、立即拔管，若拔管不及時，漿液會把注漿管凝固住而造成拔管困難。拔管時使用拔管機。每次上拔高度為500 mm。拔出管后，及時刷洗注漿管，以便保持清潔、通暢。拔出管后留下的孔洞，及時用水泥砂漿封孔。

4 注漿效果檢測

路基注漿施工結束后，在監理單位的見證下，對該段注漿加固區進行了檢測:

4.1 注水試驗

在注水試驗前，量測孔內穩定水位后，進行孔內定量注水，觀測單位長度吸水量變化幅度，注漿后試驗的單位長度吸水量＜注漿前吸水量的3%～5%，可判定達到注漿效果。

4.2 綜合物探檢測

對注漿前后的物探資料對比，發現效果較好。

由于該段路基目前已經填筑施工結束，后期沉降觀測資料表明:該段路基沉降量較小并且穩定，可以認為注漿效果理想。

5 施工建議

1)由于施工地點臨近既有線，在施工過程中加強防護，必須堅持一機一人防護。注漿過程中加強地表變形觀測，實測地表變形量，做好觀測記錄，根據觀測數據控制注漿壓力，以免對附近構筑物產生不良影響。

2)一般根據設計要求，在主要注漿區上部土層可進行適當注漿，如果發現此時注漿壓力較低但進漿速度較快時，應與下部注漿區一樣注漿。

3)巖溶注漿施工中，由于水泥漿固結，體積收縮會造成注漿充填的上部殘存孔洞的現象。可以采取分序注漿和重復注漿的方法，在確認無殘存的孔洞后再結束注漿。

4)注漿量大時，可以適當摻加速凝劑，但摻量應在規范允許范圍內(或設計要求范圍內)，以免影響水泥結晶體強度。

6 結束語

在施工中我們發現，通過試驗段研究巖溶的發育情況、填充情況以及裂隙的大小，選擇不同的注漿壓力及不同配合比的漿液，可以在保證注漿效果的同時更經濟合理地進行巖溶注漿施工。通過檢測及后期沉降觀測結果表明，巖溶路基注漿施工工藝滿足設計及施工要求。巖溶注漿施工工藝會在巖溶地段基礎加固工程中得到廣泛運用。

［1］中鐵第四勘察設計院.新建南京樞紐大勝關長江大橋南京南站及相關工程施工圖:NJ-4標［R］.武漢:中鐵第四勘察設計院，2009.

［2］中鐵第四勘察設計院.新建南京樞紐大勝關長江大橋南京南站及相關工程設計與施工參考圖集:NJ-4標［R］.武漢:中鐵第四勘察設計院，2009.

［3］孫如冪.注漿技術在客運專線巖溶地區路基處理中的應用［M］.長沙:中鐵四局集團第六工程有限公司，2007.