運營鐵路路基沉降整治精細化注漿加固技術(shù)

陳學(xué)喜 樓梁偉 閆宏業(yè) 李竹慶 陳鋒

（1.中國鐵路蘭州局集團有限公司定西工務(wù)段，甘肅定西 743000；2.北京鐵科特種工程技術(shù)有限公司，北京 100081；3.中國鐵道科學(xué)研究院集團有限公司鐵道建筑研究所，北京 100081）

蘭州局集團公司管轄的寶中線、隴海線、蘭新線等線路均長距離通過黃土地段，當路基長期受到地表水浸泡或地下水作用時，就會出現(xiàn)路基沉降，影響列車的安全運營［1-2］。目前，常見的路基沉降處理方法有擠密樁加固、土工合成材料加固、管樁加固、局部置換加固、注漿加固等［3-4］。為不影響列車運營，既有線路基沉降處理必須在天窗時間內(nèi)進行，并保證線路正常運行，其中局部置換加固法和土工合成材料加固法需要拆除軌道上部結(jié)構(gòu)，施工成本高昂；擠密樁加固法和管樁加固法施工所需時間長，時效性差；注漿加固法可顯著提高沉降區(qū)段路基本體及基底的強度和抗變形能力，具有施工時間短、成本低、污染少、對線路行車干擾小、靈活程度高、工后效果好等特點［5-7］。目前常見的注漿加固技術(shù)有雙管注漿、三管注漿和袖閥管注漿等。

本文依托蘭州局集團公司運營線路路基沉降整治工程，分析不同鐵路注漿加固技術(shù)的適用性，對精細化袖閥管注漿法進行詳細分析，并在隴海線、蘭渝線等線路開展工程實踐，為運營條件下鐵路路基沉降病害整治提供參考。

1 鐵路路基沉降病害情況

蘭州局管轄的部分線路沉降及偏移較大地段，扣件調(diào)整量已達到或超出標準調(diào)整量［8］。為保證線路穩(wěn)定和列車運營安全，對沉降地段進行注漿加固整治。表1為蘭州局集團公司所管轄的部分線路近兩年病害情況，由于需要進行沉降整治的區(qū)段分布廣、里程長，工程量巨大，故尋求經(jīng)濟有效的整治措施很有必要。

表1 部分線路路基沉降病害統(tǒng)計

2 注漿加固技術(shù)適用性對比分析

常用的路基注漿方法有花管注漿和袖閥管注漿。

圖1 花管注漿法示意

花管注漿法是指用帶孔的鋼質(zhì)花管以鉆孔或打入的方式插入土中，再用壓力將漿液注入花管中，漿液從孔中射入地層，實現(xiàn)全孔高壓力注漿，如圖1所示。花管注漿法施工工序簡單、快捷，往往為一次性全孔注漿，但注漿時極易發(fā)生竄漿、冒漿、路面上拱現(xiàn)象，尤其埋深較淺的部分，無法進行“封頂”注漿，造成注漿質(zhì)量無法滿足設(shè)計要求。

袖閥管注漿法采用無縫鋼管或PVC管，每隔33～50 cm設(shè)置一組射漿孔，射漿孔外包裹的橡膠圈可有效地使套殼料或泥漿進入管內(nèi)。注漿時，把裝有密封橡膠活塞的注漿管插入袖閥管內(nèi)，在到達相應(yīng)層位時停止。漿液在壓力作用下進入袖閥管，并在壓力作用下張開橡膠圈，劈開套殼料后進入附近地層。停止灌漿后，橡膠圈會回彈收縮，封閉射漿孔，以防止返漿，如圖2所示。相對于花管注漿法，袖閥管注漿法工序較為繁瑣，分為鉆孔、下管、注套殼料、封閉、分段注漿、洗孔、封孔等工序，但袖閥管注漿法可分段、定量、局部施壓、一孔多次注漿，實現(xiàn)精細化注漿，能夠確保滿足注漿質(zhì)量要求，且由于局部施壓從而能夠控制路基面上拱，這是花管注漿法無法做到的。

圖2 袖閥管注漿法示意

3 袖閥管注漿法

3.1 工藝特點

袖閥管注漿法具有以下主要特點：

1）適用于埋深在50 m以內(nèi)的軟弱地層加固，袖閥管可以按一定角度傾斜，實現(xiàn)垂直和水平注漿。

2）由于注漿芯管上下2個橡膠封閉圈能將漿液限定在任何區(qū)段，因此可根據(jù)施工需要，連續(xù)注漿或間歇注漿，使不同孔隙率的地層均達到良好的注漿加固效果。

3）通過橡膠活塞在袖閥管內(nèi)的自由移動，可實現(xiàn)指定注漿區(qū)域內(nèi)反復(fù)注漿。

4）在同一袖閥管內(nèi)可根據(jù)地層特點，采用不同的注漿材料參數(shù)進行針對性加固。

5）通過調(diào)小漿液壓力，可實現(xiàn)漿液沿注漿孔水平分布多于垂直分布，有效地加固指定層位土體。

6）通過調(diào)大漿液壓力，可在巖土體中產(chǎn)生劈裂效應(yīng)，漿液垂直分布多于水平分布，擴張地層中原有的孔隙或裂隙，從而提升低孔隙率地層的可灌性，增大加固范圍。

3.2 施工流程

袖閥管注漿施工流程如圖3所示。

圖3 袖閥管注漿施工流程

3.2.1 加固方案與布設(shè)參數(shù)

注漿孔布置在路肩上，呈梅花形布置，沿線路縱向、橫向間距應(yīng)根據(jù)不同整治需求進行設(shè)計，注漿孔直徑不小于90 mm，采用無水干鉆法鉆孔。

3.2.2 注漿管材與漿液要求

1）PVC管直徑為50 mm，每根長4～10 m。袖閥管每0.3 m設(shè)置4個?1 mm溢漿孔，兩兩對稱，在溢漿孔處設(shè)置橡皮套，只允許漿液單向溢出。

2）漿液水泥采用42.5級普通硅酸鹽水泥，水灰比為1∶1～0.8∶1，摻入5%速凝劑以保證快速凝結(jié)。袖閥管套殼料水灰土比例建議為1.6∶1∶1，用42.5級普通硅酸鹽水泥與膨潤土，固化強度不超過0.3 MPa。注漿壓力控制在0.80～1.50 MPa，攪拌時間不低于3 min，且不宜大于90 min，出漿孔應(yīng)設(shè)置100目濾網(wǎng)，如圖4所示。

圖4 注漿孔位示意（單位：mm）

3.2.3 注漿方式與順序

1）注漿方式。注漿用雙頭封閉囊袋式注漿器，封閉壓力不超過2.5 MPa。注漿時用后退式分段注漿，步距不超過0.60 m，注漿速度宜控制在10～50 L/min。根據(jù)路基可注性進行1～4次注漿，達到設(shè)計注漿量或壓力超過設(shè)計值停止注漿。每次注漿后進行洗孔，確保注漿管通暢。

2）注漿順序。采取隔孔注漿，按照“先外后內(nèi)”的注漿順序，確保加固區(qū)內(nèi)漿液均勻擴散。

3）控制要求。采用注漿壓力與注漿量雙指標控制注漿過程。在施工時每步距注漿量能夠滿足設(shè)計要求，而注漿壓力太低時，為保證注漿效果。可采用間歇注漿或縮短漿液膠凝時間，同時注漿量增加為設(shè)計量的2倍。

3.3 注意事項

1）鉆孔過程中如發(fā)現(xiàn)地質(zhì)條件或填料異常情況，應(yīng)及時上報相關(guān)單位研究解決，確保整治質(zhì)量和效果。

2）注漿應(yīng)先稀后稠，注滿即可；泵量及壓力控制逐漸提高，先小后大。施工中若出現(xiàn)跑漿、竄漿等情況，可換孔后作業(yè)，待漿液初步凝固后再進行注漿作業(yè)。

3）注漿過程中不能影響線路運營安全，對注漿部位地面的變化情況應(yīng)密切監(jiān)控，若發(fā)現(xiàn)異常應(yīng)立即暫停作業(yè)，分析原因后采取應(yīng)對措施。

4）線路上各種管線、設(shè)備及構(gòu)筑物較多，施工前必須準確掌握各種管線設(shè)備及構(gòu)筑物的位置、埋深等情況。鉆孔前須經(jīng)管理人員現(xiàn)場確認，采用先探后鉆的方法施工。

5）由于施工工期緊張，要盡可能兼顧其他工程及設(shè)施的安全，并采取相應(yīng)措施保證施工安全進行。加強施工過程中環(huán)境保護意識，合理處置廢物廢液，防止破壞環(huán)境。

6）注漿施工原材料應(yīng)符合相關(guān)要求，嚴格控制各工序施工質(zhì)量。施工材料整齊放置，廢料按照環(huán)保要求進行處置。施工現(xiàn)場設(shè)置專人進行打掃，切勿破壞環(huán)境。

7）嚴禁工人帶病、飲酒后操作。施工設(shè)備實行檢驗制度，機械操作人員必須持有操作許可證，并遵守操作規(guī)則，非操作人員不得亂動機械工具，以免造成傷害。施工隊伍必須配備專職安全員及電工，以保證工作安全、有序開展。

8）施工區(qū)段應(yīng)限速運行，限行速度以運營單位的審批為準。

4 加固效果分析

針對蘭州局管轄的隴海線、蘭渝線等線路沉降病害，采用袖閥管注漿法加固技術(shù)進行了大量工程實踐。經(jīng)后期線路平順性定期檢測，注漿加固后路基沉降趨緩，呈現(xiàn)收斂趨勢（表2），路基沉降得到控制，為列車安全提供了保障。

表2 部分線路路基沉降整治效果統(tǒng)計

5 結(jié)語

1）袖閥管注漿加固技術(shù)可實現(xiàn)對土體局部施壓，具有可分段、能定量、注漿孔可重復(fù)利用等特點，能夠最大限度滿足注漿質(zhì)量要求與線路平順性控制要求。

2）精細化袖閥管注漿加固技術(shù)適用于運營鐵路路基沉降整治，工程整治效果良好。