高速鐵路站場路基空洞病害處理措施

曾 翰 侯海方

（中國鐵路上海局集團有限公司寧波工務段 寧波 315012）

關鍵字：注漿 地質雷達 泡沫混凝土

1 引言

經過多年的的努力，已摸索了不少從地基處理入手的對策，但由于軟基地質及力學特性的復雜性，各種處理方法并不能單獨勝任，且對行車有一定影響。軟土路基沉降的治理方法有限，注漿是其中一種合理、可行的方法，并且可以保證列車正常運營。泡沫混凝土具備水泥漿特性，并具有輕質性、高流動性、低滲透性、固化后的自立性等特點。因此利用一種新型材料應用到既有鐵路路基加固具有重要意義。

2 概況

杭深線溫州南站站臺及線路出現比較大范圍的地基沉降，導致站臺部分區域出現路面開裂、路面扭曲變形，并形成多處路基空洞、陷穴，影響軌面平順性，危及行車安全，需要處治加固。變形嚴重區域主要位于7道與5道線路之間；5道與3道站臺；Ⅰ、Ⅱ、3道線路上，針對上述病害，采用地質雷達對變形區域進行成因探測，以查明沉降成因及線路路基填筑情況，并采用注漿技術對病害路基進行加固。

3 病害探測及分析

3.1 病害探測方法

鐵路既有線路基病害較多，過去都是對顯露出的病害進行整治，對于溫州南站站場范圍大、病害分散的問題，如何保證在安全正常運營的情況下,對病害進行快速探測，精確定位病害位置，對設備維護和大修都有著重要意義。

鐵路路基具有明顯分層結構特性，沿深度方向各層介質介電常數差異顯著。雷達波在各層介質中傳播規律差異明顯，在各介質分界面會發生較強反射。可根據雷達圖像波形沿深度方向變化，提取各介質分界面信息[1]。

本項目采用美國GSSI公司生產的SIR-3000型彩顯地質雷達，天線頻率為400 MHz、900 MHz，通過連續及點測方式進行，與鋼軌平行方向布置測線，對杭深線Ⅰ、Ⅱ、3、5、7道及2、3站臺進行缺陷檢測，確定空洞、裂隙等信息。

3.2 探測剖面分析

地質雷達工作的原理（圖1）：主機通過激發天線在路基表面向內部發射電磁波，當電磁波遇到不同的媒質界面時便會發生反射和透射，反射波返回路基表面，又被接收天線所接收，主機計算出的反射面的深度即病害體厚度。

圖1 探地雷達工作原理圖

經過地質雷達法探測，病害雷達剖面顯示見圖2

圖2 一般病害及嚴重病害雷達剖面對比圖

對比病害雷達剖面圖可以看出：①由于病害體與正常路基的相對介電常數差異，其反射系數存在差異，病害越嚴重，形成的雷達剖面圖差異就越大②K588+709～+720段，長度范圍為11 m，深度范圍為1.2～2.7 m，路基不密實。③K588+918～+940段，長度范圍為22 m，深度范圍為1.0～3.5 m，路基不密實，存在小型及中型洞穴。通過對所有病害雷達剖面圖分析，推測病害分布如表1：

表1 路基病害明細表

4 加固措施

4.1 方案比選

溫州南站位于杭深線，多線有砟軌道，P60無縫線路，其中Ⅰ、Ⅱ道為正線，3、5、7道為到發線。治理措施必須既能保證路基的有效加固，又能保證施工結束后列車的正常運行。路基本體全斷面注漿[2]技術是一種合理、可行的方法，既能滿足電氣化鐵路站場地形限制，又能在有限的天窗時間內完成施工，保證列車的正常運營。

4.2 材料比選及配合比

（1）水泥漿液配比一般為0.75:1，要求采用P042.5普通硅酸鹽水泥漿，水玻璃速凝劑，其模數為3.0～3.3。

（2）泡沫混凝土是一種輕質水泥類環保型新型材料，具有輕質性、高流動性、低滲透性、固化后的自立性、低彈減震性、強度可調節性、隔熱性、耐久性等物理力學特性，施工便捷[3]。輕質泡沫注漿材料指導性參數，發泡劑：穩泡劑為5:3，水灰比為1:1，發泡劑和穩泡劑摻入量為20～25 kg/m3，現場施工時應根據工藝性試驗確定。

（3）由于病害程度及分布深度不同，在節省投資、保證質量的條件下，區別用料。對一般病害地段，采用水泥漿，起劈裂、滲透及壓密注漿作用；對嚴重病害地段，則采用輕質泡沫混凝土，達到填充注漿作用。加固內容包括：

①Ⅰ、Ⅱ道采用花管垂直注漿處理，注漿孔縱向間距2.0 m，注漿深度至管樁的碎石墊層底部或管樁樁帽的頂部。

②3、5、7道采用垂直+斜孔（30°）注漿處理，注漿孔縱向間距2.0 m，注漿深度至管樁的碎石墊層底部或管樁樁帽的頂部。

4.3 機械配置

（1）鉆孔機械。根據注漿孔成孔大小、方向、深度及地質情況，采用潛孔鉆進行機械引孔，鉆穿路基本體及碎石墊層，然后將φ50mm的花管按規定角度擊入設計深度。

（2）制漿設備。①水泥漿拌制采用立式雙層葉漿式制漿機，上層為制漿系統，拌制新漿液；下層為儲漿攪拌桶，使攪好的存儲漿液不發生沉淀。②泡沫混凝土采用筒倉攪拌機，由集中控制箱控制顆粒混合攪拌器、定量輸送機、泡沫發泡機制漿，并通過輸送泵將成型漿料泵送至指定位置。

（3）水泥漿注漿泵。采用往復活塞式單作用泵，流量在一定范圍內可任意調節、拆卸、清洗、組裝使用。該泵體積小、能耗小、重量輕、搬運方便。

（4）注漿管。選用φ50 mm碳鐵管，在管前端 60 cm的一段管壁上打上直徑為2～5 mm小孔，孔呈梅花形排列，孔數為8～10個。

4.4 注漿參數

（1）注漿量每米0.45～0.6 m3，當注漿量較大時，可采用停停注注的方式，適當加入水玻璃，達到規定的注漿壓力即可終孔。

（2）注漿壓力：0.2～0.3 MPa。

（3）注漿孔距：沿線路方向間距2 m。

（4）鉆孔深度：4 m。

5 結論

從工程實施情況反映，地質雷達法推斷的嚴重病害地段吃漿量遠大于一般病害地段，可見其檢測結果直觀、準確、可靠，能為進行相應加固處理措施提供科學依據。

通過按病害程度選擇不同材料注漿，進一步降低了成本。在注漿壓力作用下，土體中的部分裂隙和一些大孔隙被充填和膠結，使土體的強度得以提高。采用物理發泡法制成的泡沫混凝土，料漿體積基本不再變化，用于填筑路基空洞，整個體系處于穩定的狀態，工后抬升回落較小，能有效控制對路基、線路的影響，同時防止或減少了水分的縱橫向遷移，降低了水對路基的不利影響，從根本上提高了路基的穩定性和線路的質量。