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      京九線路基注漿施工方法的研究

      2021-11-30 03:16:04汪志國李進李松濤楊揚
      魅力中國 2021年50期
      關(guān)鍵詞:空洞漿液注漿

      汪志國 李進 李松濤 楊揚

      (保定工務(wù)段固安線路車間,河北 保定 071000)

      引言

      路基注漿是京九線路基加固的維修方法之一,因其不影響正常行車秩序、施工場地不受限制,在京九線得到廣泛的應(yīng)用。在檢查、施工過程中,我們不斷總結(jié)經(jīng)驗,改進檢查方法與注漿工藝及施工過程的安全質(zhì)量控制。本文通過對京九線路基注漿施工的總結(jié)提出幾點做法

      一、課題的提出

      我段管轄京九鐵路28km+100m—113km+000m,初期運營速度80km/h,經(jīng)過提速改造目前運營速度160km/h。管轄內(nèi)京九線路基主要以粉砂土和砂粘土為主,施工過程碾壓密實度不足,經(jīng)雨水沖刷路基含水量大,在頂橋、頂管施工中路基內(nèi)有大量水囊,運營初期個別地段降雨沖刷后的狼窩用莊稼桿、枕木填充路基年久腐蝕造成空洞,道砟囊病害嚴重;建設(shè)初期對路肩進行過砌護后期路基卸粘性土進行幫寬處理,造成的新老路基結(jié)合部結(jié)構(gòu)成兩層皮。由于以上因素,造成京九線路基暗坑、道砟陷槽、橋頭路基下沉、邊坡溜坍等病害,是汛期危及安全行車的主要因素。

      二、路基隱患排查

      (一)總結(jié)歷年來反復(fù)有水害處所;線路路基沉降明顯處所;通過大數(shù)據(jù)分析篩查出線路線型變化較大處所,線路維修周期短處所作為京九線路基隱患排查重點。

      (二)對京九全線選取重點沉降處所進行物理力學(xué)性質(zhì)分析,對不同地段路基的含水量、土質(zhì)屬性進行研究指導(dǎo)注漿填料屬性。

      (三)成立專業(yè)技術(shù)檢查小組徒步檢查,對路基采取“看、敲、挖”的方法全面檢查???路基坡腳有無沖刷的土質(zhì)、排水痕跡、明顯塌陷處所,敲:敲砌護的邊坡有無空洞,敲露肩有無空洞,挖:對檢查空洞處所采取挖驗找出路基內(nèi)匯聚水。指導(dǎo)排水方案指定注漿范圍。

      三、路基注漿簡單介紹

      (一)注漿施工解決的主要病害

      1.橋頭路基下沉病害:橋頭部位路基填料為松散的砂性土填料,施工時橋臺后碾壓密實度差,造成石砟下沉,在橋臺后形成排水通道,排水沖刷導(dǎo)致路基結(jié)合部路基懸空,為安全行車埋下極大隱患;

      2.道砟囊路基下沉病害:因路基填料壓實度不足,在荷載的作用下造成石砟擠入道床形成道砟囊,道砟囊導(dǎo)致路基邊坡鉆水,形成路肩下沉、護砌懸空、邊坡空洞等病害;

      (二)注漿流程,計劃慢行施工120km/1h—確定注漿范圍—設(shè)計相應(yīng)注漿填料-準備工具-打管-吹管-注漿—觀察線路狀態(tài)—巡視周邊有無跑漿(京九上下行全部檢查)-回檢設(shè)備狀態(tài)—清點工機具—撤出施工場地。

      (三)注漿工藝過程分析

      控制好注漿壓力和漿液濃度,注漿工藝可達到三個程度:

      一是填充注漿:采用分段灌漿法,由下而上,下套管分段灌漿,灌漿開始先用稀漿,經(jīng)過3—5 分鐘加大粘稠度,分段進行每根管反復(fù)3—5 次,不吃漿后封口。二是滲透注漿:滲透注漿指漿液以滲透滲入方式,滲入土體孔隙的注漿方法。在滲透注漿中漿材必須與土體孔隙大小相適應(yīng)。一般認為,對滲透系數(shù)小于10-5cm/s 數(shù)量級的地基上,即使選用真溶液也難以達到滲透形式。滲透注漿是指在壓力作用下,漿液填充土的孔隙和巖石的裂隙,排擠出孔隙和裂隙中的水和氣體,而基本上不改變土和巖石的結(jié)構(gòu)和體積,所用壓力相對較小。滲透灌漿一般只使用于中砂以上的砂性土和有裂隙的巖石,這種滲透注漿是建筑上最常適用的一種注漿類型。具有代表性的滲透灌漿理論有球形擴散理論和柱形擴散理論。三是劈裂注漿:劈裂注漿是應(yīng)用較廣的一種軟弱土層加固方法,它既可應(yīng)用于滲透性較好的砂層,又可應(yīng)用于滲透性差的粘性土。劈裂注漿采用高壓注漿工藝,將水泥或化學(xué)漿液等注入土層,以改善土層性質(zhì),在注漿過程中,注漿管出口的漿液對四周地層施加了附加壓應(yīng)力,使土體發(fā)生剪切裂縫,而漿液則沿著裂縫從土體強度低的地方向強度高的地方劈裂,劈入土體中的漿體便形成了加固土體的網(wǎng)絡(luò)或骨架。由于漿液在劈入土層過程中并不是與土顆粒均勻混合,而是呈兩相各自存在,所以從土的微觀結(jié)構(gòu)分析,土除受到部分的壓密作用外,其他物理力學(xué)性能的變化并不明顯,故其加固效果應(yīng)從宏觀上來分析,即應(yīng)考慮土體的骨架效應(yīng)。實踐表明,對于軟—流塑粘土地層,由于地層透水性差,有時滲透注漿或壓密注漿都難以達到理想效果,而劈裂注漿可利用其液壓在地層中產(chǎn)生劈裂孔隙,改善地層的可注性,從而達到注漿加固的要求。在京九線路基道砟囊、橋頭涵洞兩側(cè)路基下沉、綁寬路基后薄弱結(jié)合部位空洞等病害中,三種注漿程度都不同程度的出現(xiàn):

      注漿施工對橋頭路基鉆水后的形成的空洞、滲水料之間的縫隙、和道砟囊間的大縫隙進行填充注漿;

      填充注漿的過程基本完成后,為增加密實程度有個滲透的過程,特別是滲水料間的縫隙和存在粉砟的道砟囊,需要一個充分滲透的過程;

      劈裂注漿在改良粉砂土中起到一定的作用,注漿完成后形成不規(guī)則的脈狀,對粉砂土起到擠密改良的作用。

      三種注漿程度在每一次注漿過程中都存在,控制注漿壓力和線路安全防護措施也應(yīng)該有所差別,如果注漿管位置布置準確,通風充分,滲透和填充注漿一般都能夠?qū)崿F(xiàn),對于劈裂注漿需要控制好注漿壓力的前提下,穩(wěn)壓持續(xù)注漿來實現(xiàn)。

      四、注漿施工的幾點改進

      (一)注漿管布置方案的改進

      目前現(xiàn)狀:傳統(tǒng)的路基注漿方案采用了單一式樣的“30 度/5 米長”注漿管打入路基,每單側(cè)路基延米布置1 根,對于軌下淺埋道砟陷槽起到了一定的加固效果,但對于道砟陷槽形成后產(chǎn)生路基鉆水,引起露肩下懸空或道砟陷槽發(fā)展較深的情況加固效果不明顯,對橋頭路基空洞范圍較大,懸空較深的病害加固作用不直接。另外,每延米1 根注漿管注漿過程中,單根注漿管注漿相鄰注漿管發(fā)生冒漿現(xiàn)象,注漿管布置密度偏高;

      改進方式:通過“30 度/5 米長、45 度/4 米長、60 度/3 米長”三種注漿管按照1 米間距交替布置,加大了注漿范圍,形成三個角度的空間加固結(jié)構(gòu),同時也節(jié)約了注漿管材料;另外,對于新老路基結(jié)合部薄弱處所和護砌懸空部位病害采用了“90 度/2 米長”注漿管,在路肩中部垂直路肩打入,采用2 米間距布置;改進后注漿方案在空間結(jié)構(gòu)上進行了優(yōu)化,原有的注漿管布置臨管冒漿的現(xiàn)象得到了緩解,同時節(jié)約了注漿管材;

      (二)注漿壓力的控制

      目前現(xiàn)狀:注漿壓力按照2010 年設(shè)計方案中控制在0.25-0.3mpa,對于不同的運行條件(天窗內(nèi)和天窗外120km/h 以下)采用了統(tǒng)一的壓力標準;

      改進方案:注漿效率、加固效果與作業(yè)安全是相互矛盾的兩方面,為做好兩方面的協(xié)調(diào),注漿壓力采用2 種模式控制:一是注漿過程充分利用天窗進行,封閉天窗內(nèi)壓力控制在0.5mpa 以內(nèi),二是天窗外慢行120km/h 條件下注漿壓力控制在0.3mpa以內(nèi);對于同一處注漿地點,初期注漿壓力較小,屬于填充過程可以在天窗外進行,對于注漿已填滿,加壓擴散的過程利用天窗進行,提高注漿效果;

      (三)漿液配比的優(yōu)化

      目前現(xiàn)狀:在設(shè)計方案中采用了“水泥:水=1:1”的漿液配比;

      改進措施:為形成劈裂注漿的注漿效果,注漿前期易采用水灰比較大的漿液,水灰比一般控制在1:0.8,增強流動性和劈裂的能力;如注漿壓力很?。?.2mpa以下),說明路基內(nèi)部空洞較大,此時需要減小水灰比,使?jié){液變稠(建議控制在1-1.2),利于對空洞的填充;正常注漿水灰比控制在1:1 左右。

      五、重點過程控制

      (一)防止線路隆起

      注漿施工引起線路隆起的主要原因:一是石砟粉化形成的“硬殼”形成局部壓力集中;二是注漿泵誤操作引起的瞬間超壓;三是壓力測量不準確,過多的估算了壓力衰減;現(xiàn)場施工中主要采取了以下措施:

      1.道床板結(jié)層是列車運行中沖擊石砟粉化后沉積,遇水后形成的“硬殼”。在注漿壓力集中在“硬殼”下面,壓力放散不及時的情況下,容易引起線路整體隆起,影響行車安全。注意觀察注漿地點有無板結(jié)層的“硬殼”,主要表現(xiàn)特征一是注漿管打入階段性困難或打入速率明顯不同,說民存在板結(jié)層“硬殼”;二是高壓吹風后,風管不拔出,如壓力下降較快說明該處道床通風,通常沒有板結(jié)層影響;如壓力持續(xù)不降,該處地質(zhì)比較復(fù)雜,初步判斷有板結(jié)層存在;三是注漿管撤除時如果沒有氣體返出,說明該段道床正常;如果有氣體返出,初步判斷該地段板結(jié)層存在;

      為保證注漿安全,要對板結(jié)層采取放散措施后再進行注漿,主要措施:一是破環(huán)板結(jié)層,放散注漿壓力,注漿時在石砟坡腳打入水平溢漿管,溢漿管頭打注漿孔,注漿過程中有漿溢出說明線路是安全的;二是道心布置溢漿檢查坑,采用套筒防止石砟溜塌,破壞“硬殼”板結(jié)層;

      2.注漿管初次注漿壓力突然增加,說明注漿管通風不充分,沒有吹開注漿孔,需再次吹風通孔,在規(guī)定的壓力范圍內(nèi)一般不會引起線路隆起;當注漿時間較長,超過10-20 分鐘后,壓力突然增加要尤其注意,立即停止作業(yè);

      3.控制好注漿壓力,防止壓力瞬間增大;設(shè)置注漿孔口壓力表,壓力突然增加,立即通過無線對講機同注漿泵操作手聯(lián)系,停止注漿泵;

      4.加強線路檢查:充分利用道尺、弦線等線路檢查工具,加強注漿過程中進行線路檢查,發(fā)現(xiàn)線路變化立刻停止施工,整修線路;

      5.控制好作業(yè)軌溫,從防止脹軌的角度出發(fā),夏季作業(yè)時防止超溫作業(yè),注漿時段選擇在上午5:00—10:00 和下午4:00—7:00,并按照防止脹軌的安全措施及應(yīng)急預(yù)案執(zhí)行,遇高溫天氣,及時采取澆水降溫等預(yù)防措施,現(xiàn)場準備氧氣乙炔,急救器夾板等防脹應(yīng)急備品;

      6.建立水準觀測系統(tǒng),及時觀測線路,實行列車到達作業(yè)地點前測量制度,120km/h 以下列車控制在十分鐘前測量,高于120km/h 速度列車采取半小時前測量;

      7.注漿超壓后,要立即檢查線路,確認線路幾何尺寸無變化后,經(jīng)過一列車的碾壓后,再進行注漿;

      (二)及時處理局部冒漿

      注漿過程伴隨著邊坡或護錐冒漿產(chǎn)生,有效及時的封堵冒漿才能使注漿的液面提升到路肩面,起到相應(yīng)的注漿效果。

      1.橋頭護砌、護錐塌陷嚴重地段進行護砌翻修后再進行注漿,護砌翻修時砌體下面鋪設(shè)300g/m2無紡布;

      2.護砌封堵采用水泥砂漿,加入速凝劑,待砂漿初凝后再進行注漿;

      3.路肩冒漿后要充分進行滲透,在路肩石砟邊做上10cm 擋漿的土堰,使?jié){液充分的滲透到基床表層;

      4.注漿冒漿的液面要在鋼軌地面80—90cm 以下,保證道床足夠的彈性和大修清篩的進行,一般控制辦法是在道心挖檢查孔,檢查孔底面冒漿后,說明注漿液面已到達要求位置;

      5.二次補漿的重要性:注漿初次冒漿后,由于壓力的存在,并沒有把基床注滿,壓力恢復(fù)后液面會回復(fù)下降;所以注漿后水泥初凝以前必須進行二次補漿。

      (三)注漿添加劑的重要性

      在運輸繁忙干線,對漿液注入路基后的初凝時間要高度重視,特別是道砟囊和橋臺后空洞形成“漿囊”。在列車的荷載作用下,軟體“漿囊”的存在是個很大的安全隱患。另外,遇大雨天氣,“漿囊”水溶破壞后極易引起線路的突然下沉;控制漿液的凝固速度,太快容易堵塞注漿管,太慢影響運輸安全,凝固一般控制在20-30min;

      六、注漿效果

      經(jīng)過改進后的注漿方案和加強措施,保證了施工質(zhì)量和施工過程的安全。京九線注漿過程中,通過改進后的注漿管布置方案,漿液的注入量明顯增加,加固范圍有所增大,從在路肩面上布置的注漿觀察孔和護錐坡腳冒漿情況來看,注漿工程加固了橋頭15 米范圍內(nèi)的路基,在穩(wěn)壓持續(xù)注漿的條件下,填充了橋頭空洞,改良了橋頭路基填土。整個施工過程,有序可控,能夠保證行車的安全。

      七、結(jié)束語

      (一)注漿施工的優(yōu)點

      一是不影響既有線運營,在普通速度的鐵路上不需中斷行車或天窗內(nèi)施工;二是施工便捷,所需施工機具簡單,便于運輸和施工;三是與換填、樁機加固方案相比,比較經(jīng)濟、便于實施;

      (二)注漿施工的弊端

      一是注漿介質(zhì)和原有路基本體的不均勻造成道床彈性不一致,導(dǎo)致線路運行不平順;二是路基注漿加固的耐久性需要在運營中進一步總結(jié)經(jīng)驗;

      (三)需要進一步解決的問題

      注漿介質(zhì)和路基本體土質(zhì)的結(jié)合問題,尤其是在粉砂土質(zhì)的路基加固中,注漿介質(zhì)和原有土體的結(jié)合性差,在水的滲透作用下的耐久性需要研究,同時需要尋求更接近原有路基本體的注漿介質(zhì)來代替水泥。在我們的注漿加固中,初步考慮:一是采用粘土泥漿添加水泥的漿液進行填充承載,使其更接近原有路基本體土質(zhì),二是試驗劈裂注漿的擴散半徑和劈裂效果,來改良砂性土的力學(xué)性能;

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