鐵路強烈發育巖溶路基注可控水泥漿處理技術

曹 獻 良

(中鐵十七局集團第二工程有限公司，湖北 恩施 445603)

0 引言

巖溶地基塌陷將直接威脅鐵路運行安全[1]，為此鐵路路基基底下巖溶地基一般采用“先探后灌、探灌結合”的工法處理，即向巖溶地基注入常規水泥漿，水灰比一般為0.6∶1～2∶1[2]。

1 巖溶地區注常規水泥漿的問題

1.1 常規水泥漿的主要性能

采用32.5R普通硅酸鹽水泥配置普通水泥漿，漿液的初凝、終凝時間、抗壓強度見表1。常規1∶1水灰比的水泥漿的初凝時間約15 h，析水率35%，抗壓強度1.66 MPa～8.9 MPa[3]。

表1 常規水泥漿的性能指標

1.2 在巖溶強烈發育地區，常規水泥漿流失嚴重、析水污染地下水

黔張常鐵路DK34+991～DK35+047段路基基底巖溶強烈發育，該段設89個注漿孔，1 353 m3注漿估算量。在注漿孔完成總注漿孔的28%時，注漿量已達估算量的90%[4]。實際注漿量遠超設計估算量。常規水泥漿初凝時間長，大部分漿液順巖溶通道流失至地基處理范圍以外，導致注漿材料浪費。經檢測，常規1∶1水泥漿析水為強堿性、攜帶六價鉻，污染地下水[5-8]。

2 可控水泥漿

針對常規水泥漿存在的問題，配置了可控水泥漿，確保在漿液壓入地基后，擴散半徑、環境影響可控[9-11]。在1∶1常規水泥漿中，摻入速凝劑、保水劑、減水劑三種不同的添加劑，配置可控水泥漿。根據實驗，按照摻量(5%,1%,0.1%；6%,1%,0.2%；8%,2%,0.3%)優選三種不同配比方案，其性能如表2所示。根據經驗，流動度保持在200 mm以上的可控水泥漿才可泵送，配置好的水泥漿流動度損失至200 mm的時間段稱之為可泵時間段，可泵時間段必須滿足施工要求的時間，可控水泥漿初凝時間內必須包含合理的可泵時間段。根據現場可控水泥漿的泵送時間，選擇不同方案配比的可控水泥漿。

采用BWD-150型泥漿泵，10 min左右可將0.7 m3可控水泥漿泵入地基，基于此選擇了方案一可控水泥漿。方案一配置的可控水泥漿初凝時間為20 min，只有原常規水灰比1∶1水泥漿初凝時間的2%左右。水泥漿初凝時間的極度縮短，極大地減小了水泥漿的擴散半徑，控制了水泥漿的流失。析水率為1.8%，只有原常規水灰比1∶1水泥漿析水率的5%，水泥漿析水率的極度降低，極大地減少了水泥漿的析水量，控制了水泥漿析水污染環境。

表2 黔張常鐵路巖溶地基強化注漿漿液性能試驗最優配合比

3 可控水泥漿的工程應用

黔張常鐵路DK27+309～DK27+525段路基工程主要為路基填方工程，對該處路基實施的100個先導孔有59個鉆孔揭示溶洞，多呈串珠狀分布，最大規模約22.4 m，多為砂類土、黏性土及礫石半充填，局部存在較大空腔且無充填，部分段落底部發育較大空腔，鉆孔揭示規模分別為22.4 m和11.8 m，線巖溶率9.2%。

如圖1所示，為確定是否存在大型溶洞，在其右側約1.5 m處增設了DK27+421斷面X補2先導孔，未發現溶洞，證明了DK27+421斷面X右2先導孔發現的溶洞為隱伏型落水洞。溶洞在空間的分布特點是主要以水平向及坡度較緩的斜向溶洞、溶槽為主，局部發育有豎向的隱伏型落水洞，隱伏型落水洞為水平向及坡度較緩斜向溶洞集中向下的排水通道。

4 可控水泥漿的注漿效果

為探索可控水泥漿的施工工藝及處理效果，選取了兩個試驗孔。如圖2所示，試驗孔1與試驗孔2相距4.2 m。孔內攝像顯示，試驗孔1與試驗孔2具有完全不同的巖溶發育特征。如圖3，圖4所示，試驗孔1在地面下19.8 m處有較大的水平向溶洞發育，試驗孔2在地面下8.9 m～12.9 m處為溶洞，在溶洞底部有與之相連的隱伏型落水洞。

2017年3月26日10：00～17：00將試驗孔1注漿灌滿，注漿5 h，注入約25 m3。試驗孔1的成功灌注，證明了可控水泥漿處理水平向發育的溶洞、溶槽效果良好。

2017年3月27日8：30～次日16:30對試驗孔2注漿，注漿時間約12 h，注入約60 m3。在注漿過程中，不斷地采用井下攝像、探針多種手段查看注漿面，始終未發現可控水泥漿，證明了底部連通性好的隱伏型落水洞不宜采用可控水泥漿處理。在試驗孔2附近布設了4個鉆孔，其中1個鉆孔揭示地面8 m下隱伏型落水洞高約12 m(見圖5)。研究后決定，在其頂板上開挖直徑不小于1 m的豎井天窗，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，直接注入可控水泥漿。豎井天窗于2017年5月中旬完成(見圖6)。至2017年7月21日該段注漿全部完工，注漿量僅為普通水泥漿預估量的60%。且經過第三方地質雷達、取芯注水等檢測，注漿效果良好，達到設計要求。

5 可控水泥漿的施工特點

相對于常規水泥漿，可控水泥漿的粘度較大，同等時間內壓入可控水泥漿的方量只有常規水泥漿的50%～60%左右，減少投資提高工效。

可控漿液在施工中快速凝結導致的堵管現象，通過采用專人每10 min～15 min提起吸管吸頭，敲擊處理，可保證吸管的通暢。

6 結語

1)在強烈發育巖溶地基的條件下，由于注常規水泥漿的工程投資、工程量、環境影響的不可控性，目前多采用樁板結構或橋梁結構跨越處理。黔張常DK27+309～DK27+525段工程實例證明，在強烈發育巖溶地基的條件下，可以以路基型式通過。采用可控水泥漿處理地基，具有擴散半徑可控、工程量可控、環境影響可控，同等時間內壓入可控水泥漿的方量只有常規水泥漿的50%～60%左右，節省工程投資等優點，以充填為目的的巖溶區注漿技術應逐漸過渡到用可控水泥漿替代常規水泥漿。

2)水平向發育的溶洞、溶槽采用可控水泥漿處理效果良好，注漿半徑可控、工程量可控、環境影響可控。

3)豎向發育的隱伏型落水洞需采用施工豎井天窗、傾倒片石托底后注可控水泥漿方法處理。

參考文獻:

[1] 《工程地質手冊》編委會.工程地質手冊[M].北京:中國建筑工業出版社,2007.

[2] TB 10106—2010，鐵路工程地基處理技術規程[S].

[3] 張明慶，彭 峰.地下工程注漿技術[M].北京:地質出版社,2008.

[4] 中鐵第一勘察設計院集團有限公司.黔張常DK34+991～DK35+047段路基巖溶地基處理補充設計[R].2015.

[5] 張羽軍.周家村巖溶地面塌陷原因及環境影響評價[J].鐵道工程學報,2012(2):10-12.

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[7] 咸豐環境監測站.咸豐縣丁寨鄉徐家巷湯加水井水質檢測環境監測[R].2015.

[8] 中鐵第一勘察設計院集團有限公司.湯家水井、野貓河水庫上游路基情況報告[R].2015.

[9] 龐宗霞，田利民.水泥—水玻璃漿液的室內試驗與研究[J].山西交通科技，2010(10):15-16.

[10] 劉玉祥，柳慧鵬.水泥—水玻璃雙液注漿中的最優參數選擇[J].礦冶，2005(12):1-4.

[11] 閆 勇，鄭秀華.水泥—水玻璃漿液性能試驗研究[J].水文地質工程地質,2004(1):71-72.