咸陽西貨場專用線路基袖閥管注漿加固與變形監測

張志超 李斯 姚建平 楊軼科 賈斌

1.北京鐵科特種工程技術有限公司，北京 100081；2.中國鐵道科學研究院集團有限公司鐵道建筑研究所，北京 100081

隨著鐵路路網規模的快速提升，鐵路與市政道路、地鐵相互交叉通過的情況逐年增多。既有鐵路路基的變形直接影響列車的運營安全，因此路基的變形監測以及確保路基穩定至關重要［1］。在鐵路路基沉降整治精細化注漿加固和路基沉降變形監測領域已有一些研究。姚建平［2］研究了運營高速鐵路路基基底注漿加固，給出了施工過程中路基沉降、上拱變形等的控制限值，提出了一套適用于運營高速鐵路路基沉降整治的精細化管控技術。陳學喜等［3］通過分析不同鐵路注漿加固技術的適用性，對精細化袖閥管注漿法進行詳細研究，并開展了相關工程實踐。付銘川等［4］分析了鐵路過渡段沉降超限原因，采用袖閥管注漿法進行沉降超限整治，并通過現場監測檢驗了注漿整治效果。章敏［5］針對高速鐵路結構性粉質黏土路基的特點，提出了可達到秒級響應的信息化袖閥管注漿加固技術，并在高速鐵路線路上進行了成功應用。楊興旺［6］提出了一種以北斗自動化變形監測為主，外加靜力水準儀對路基進行實時自動化監測的技術，并在一高速鐵路基礎變形監測項目上進行了應用研究。廖世芳等［7］綜合應用傳感器技術、單片機技術、GPRS技術、計算機技術等設計了一種適合于戈壁地區的高速鐵路路基沉降自動化監測系統。

既有研究對于鐵路路基預加固及其自動化監測的研究尚不夠深入。為保證西安地鐵一號線隧道安全可靠地下穿咸陽西貨場專用線，開展了咸陽西貨場專用線路基段袖閥管注漿加固與變形監測分析，為后期西安地鐵一號線隧道下穿徐蘭高速鐵路路基段提供數據支撐。

1 試驗方案

西安地鐵一號線隧道下穿咸陽西貨場專用線路基段屬渭河二級階地，地形相對平緩。工程地層自上而下依次為第四系全新統填土，上更新統風積新黃土，殘積古土壤層，沖積粉質黏土、砂土等。地下水主要類型為第四系孔隙潛水，賦存于第四系砂土層中，地下水位埋深12.6～16.4 m。

通過開展既有鐵路路基袖閥管注漿加固與變形監測分析，獲取該地層條件下袖閥管鉆孔注漿施工工藝、鉆孔注漿過程中的路基沉降變化特征，為后期開展高速鐵路路基預加固與盾構下穿高速鐵路路基沉降變形控制提供數據支撐。

地鐵隧道拱頂距離鐵路軌面豎向凈距離約為20.8 m，位于地下水位以下。隧道穿越粉質黏土層，其上有一層約5 m厚的細砂層，細砂層富水且具有一定的流動性，易受到地鐵盾構的擾動，須要對該細砂層進行注漿加固處理，路基預加固縱斷面如圖1所示，加固深度為13.5～19.5 m。為實現地鐵盾構下穿過程中的多次注漿，本次試驗采用袖閥管注漿對路基進行預加固處理，同時滿足了盾構穿越后對路基跟蹤注漿的要求。

圖1 路基預加固縱斷面示意

結合現場試驗條件，布置兩排共7個鉆孔注漿位置，編號為S1-1—S1-3，S2-1—S2-4，如圖2所示。

圖2 路基加固試驗鉆孔與監測點位平面布置示意

采用潛孔鉆跟管方式進行鉆孔，孔徑127 mm，空壓機工作壓力為0.7～0.9 MPa。袖閥管為外徑76 mm，壁厚6 mm的鋼管。每節袖閥管長2 m，袖閥管采用承插焊接方式進行連接。最前端焊接成錐形并封閉，距前端0.5 m處預留3個直徑8 mm溢漿孔，其余每間隔0.5 m預留3個直徑8 mm溢漿孔。

雙頭止漿塞注漿器長2 m（注漿連接管長35 cm，前端注漿塞長67 cm，注漿通道50 cm，后端注漿塞長48 cm），注漿塞直徑55 mm，注漿器工作壓力控制在0.4～0.6 MPa。

套殼料水、水泥、膨潤土質量比為1.6∶1∶0.5，采用P·O 42.5R水泥。采用P·O 42.5R水泥拌制水泥漿，水泥漿水灰比0.6∶1～0.8∶1，先用0.5 MPa壓力注漿，然后采用1.0 MPa壓力注漿，最后采用1.5 MPa壓力注漿。當注漿壓力達1.5 MPa且穩定10 min以上或注漿量達到設計注漿量的2倍時停止注漿。

2 變形監測方案

2.1 路面沉降變形監測

現場試驗段路面監測點共四個，間距3 m，測點位置參見圖2。

2.2 路基分層沉降監測

現場試驗段路基分層監測布置四個測點，監測點F1、F2、F3分別布置在路基面下15、10、5 m，監測點F4布置在路基面（參見圖2），路基分層監測測點間距1 m。

2.3 路基面沉降監測

現場試驗段路基面沉降監測布置G1、G2、G3、G4四個測點（參見圖2），路基面沉降監測點間距3 m。與路基分層沉降監測點F4間隔3 m設置監測點G3；與監測點G3間隔3 m設置監測點G4；與路基分層沉降監測點F1間隔3 m設置監測點G2；監測點G2間隔3 m設置監測點G1。

3 路基預加固施工工藝

路基預加固施工工藝流程如圖3所示。

圖3 路基預加固施工工藝流程

3.1 鉆孔施工

鉆孔采用CSJ-40型鉆機，鉆機及腳手架總質量約0.8 t，作業架最大高度為3.0 m，鉆孔孔徑為127 mm。空壓機工作壓力為0.7～0.9 MPa。先用三角鉆頭（孔徑110 cm）鉆進至砂層，拔出鉆桿，將三角鉆頭更換為低壓偏心鉆頭（孔徑127 cm），跟管跟進鉆孔，最終成孔。沿豎直方向鉆進，孔位偏差≤3 cm。經過試驗，采用三角鉆與低壓偏心鉆相結合的施工工藝能縮短鉆孔時間，解決了鐵路天窗點袖閥管注漿施工時間緊張的問題。

3.2 灌注套殼料與拔出跟管

袖閥管安裝完畢后應立即向跟管內注入套殼料，然后通過液壓千斤頂拔出跟管，再多次注入套殼料。

3.3 注漿施工

注漿施工分為帷幕注漿施工與加固注漿施工兩個階段。首先對最外側注漿孔進行帷幕注漿，在整個注漿加固區域外圍形成一道帷幕屏障，再對帷幕內側區域進行加固注漿。

3.3.1 配合比參數

1）帷幕注漿采用水玻璃+水泥漿雙組分漿液，雙液漿凝結時間30～50 min，水玻璃摻量宜為5%，水玻璃摻量根據凝結時間及現場實際情況進行調整，水泥漿液采用P·O 42.5R水泥。

2）加固注漿采用單組分水泥漿液，P·O 42.5R水泥。

3）拌和水應符合混凝土拌和用水要求。

4）漿液水灰比為0.6∶1。

3.3.2 注漿參數

1）漿液制備：水泥須符合質量標準，拌和水應符合混凝土拌和用水要求。水泥漿的攪拌時間，普通攪拌機不得少于3 min，高速攪拌機不得少于30 s。計量標準應符合混凝土拌制標準。

2）注漿壓力：先用0.5 MPa壓力注漿，然后采用1.0 MPa壓力注漿，最后維持1.5 MPa壓力注漿直至注漿結束。

3.3.3 注漿終止條件

為保證施工作業的正常進行，注漿過程中必須注意注漿終止條件和注漿次序。發生如下情況之一，須立即停止注漿。

1）注漿壓力達1.5 MPa穩定10 min。

2）注漿量達到設計量2倍。

3）地面發生隆起或監測數據異常。

4）發現路基邊坡滲漿或地表滲漿。

4 監測結果分析

2021年3月28日至8月2日期間（共127 d）咸陽西貨場專用線不同監測點的沉降見表1。可知：①在監測期間累計沉降為2.85～1.91 mm，沉降速率為0.022 4～0.015 0 mm/d。②累計沉降較明顯區域為分層測點F3、F4，累計沉降依次為2.85、2.74 mm。③監測期間內，最大沉降較明顯區域為測點F3、F4、G1、G2，沉降依次為3.75、3.35、3.37、3.36 mm。④對于不同深度的測點，測點F3的沉降最為明顯，說明鉆孔注漿對土體擾動后，深度5 m附近的土層出現了最為明顯的沉降。⑤測點G2沉降＞測點G3沉降=測點G1沉降＞測點G4沉降，說明鉆孔注漿造成了路基出現沉降，遠離鉆孔注漿的位置擾動逐漸降低。⑥最大沉降點的平均沉降量為2.16 mm，隨著距離的增加沉降不斷減小，最大有效影響范圍為6 m。

表1 2021年3月28日至8月2日不同監測點的沉降

5 結語

通過現場試驗，提出了一整套適用于鐵路路基預加固施工的袖閥管施工工藝及控制措施。鉆孔注漿范圍內發生了沉降，但變形值不大于控制值（5 mm），沉降變形可控。可為后期西安地鐵一號線隧道工程盾構下穿徐蘭高速鐵路路基段提供施工參數。