郭明亮

摘要：本文闡述了重載鐵路無砟道床隧道基底注漿加固的施工工藝、設(shè)備選型、效果檢測及配套措施，可為類似工程提供借鑒。

Abstract： This paper expounds the construction technology， equipment selection， effect verification and countermeasures of grouting reinforcement of heavy haul railway tunnel basement， which can provide reference for similar projects.

關(guān)鍵詞：重載鐵路;隧底注漿加固;效果檢測

Key words：heavy-haul railway;grouting reinforcement;effect detection

中圖分類號：U455 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1006-4311（2019）08-0118-04

0 ?引言

山西中南部鐵道通道（瓦日線）是我國第一條重載鐵路、萬噸運(yùn)煤通道，全線1260km，其中隧道196座、377.8km。為便于后期運(yùn)營管理及維護(hù)，500m以上隧道由原設(shè)計(jì)有砟軌道變更為無砟軌道，并對隧道基底進(jìn)行注漿加固，以填充圍巖裂隙、改善土體結(jié)構(gòu)、封堵隧底滲漏水，從而達(dá)到提高基底承載力、減少運(yùn)營后期病害目的。

1 ?隧道基底加固段落確定

根據(jù)山西中南部鐵路通道工程沿線地質(zhì)條件，隧底加固段落主要為承載力小于220kPa的地層、富水粉質(zhì)黏土和軟弱不均地層。

2 ?隧底加固方案

2.1 總體方案

隧底加固方案主要采用小導(dǎo)管注漿，注漿孔孔徑50mm，孔口管采用Φ42mm、壁厚3.5mm的焊接鋼管。根據(jù)隧道地下水、隧底基巖不同情況，注漿孔采用梅花型布置，縱橫向間距分別為2m×2m、1.5m×1.5m、1.2m×1.2m，鋼管分別長3.5m和5m。隧道正洞基底注漿橫斷面布置如圖1所示。

注漿壓力：1～1.5MPa;

水泥漿液水灰比：0.7：1～1：1，水泥選用42.5級普通硅酸鹽水泥。

終注條件：注漿壓力達(dá)終注壓力1.5MPa，持荷時(shí)間不低于10min。

2.2 總體要求

2.2.1 樣板引路，試驗(yàn)先行

首先完成先行段、試驗(yàn)段隧底注漿加固施工，而后進(jìn)行工藝總結(jié)，確定施工工藝、設(shè)備選型及注漿參數(shù)，然后推廣應(yīng)用。

2.2.2 儀器監(jiān)測，專人盯控

配備三參數(shù)灌漿記錄儀，現(xiàn)場專人盯控，收集有關(guān)記錄，進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，并動態(tài)調(diào)整。

2.2.3 措施有效，全面加固

注漿前，須采取有效封堵措施，靠近兩側(cè)二襯邊墻位置的注漿孔需斜向施做。

2.2.4 綜合驗(yàn)證，確保有效

施工結(jié)束后要采取相應(yīng)措施對注漿加固效果進(jìn)行驗(yàn)證，主要是指漿液擴(kuò)散半徑、仰拱底部軟弱夾層固結(jié)、空隙填充、基底承載力變化及基底滲漏水封堵情況。

2.3 質(zhì)量保證措施

①制定隧底加固管理辦法，明確技術(shù)參數(shù)、工藝控制標(biāo)準(zhǔn)，對技術(shù)和管理人員進(jìn)行培訓(xùn)，做到標(biāo)準(zhǔn)熟悉、參數(shù)牢記。②對小導(dǎo)管注漿采用水泥、鋼管等物資進(jìn)行專管，進(jìn)場材料實(shí)行登記驗(yàn)收并建立臺賬，對使用數(shù)量及時(shí)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、簽認(rèn)。③注漿前實(shí)行報(bào)檢制，鉆孔間距、孔深、數(shù)量須符合設(shè)計(jì)要求;電纜槽外側(cè)注漿孔要有一定傾斜度，以確保邊墻底部注漿效果。④充分發(fā)揮三參數(shù)灌漿記錄儀作用，對注漿過程中的流量、壓力、密度及累計(jì)注漿量等參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，并及時(shí)優(yōu)化。

3 ?隧底注漿加固試驗(yàn)段施工

3.1 試驗(yàn)段選擇

結(jié)合承建隧道的圍巖級別、巖性、含水量及無砟軌道施工安排，試驗(yàn)段選擇在石樓隧道、前王莊2#隧道、高家坡1#隧道進(jìn)行。

3.1.1 石樓隧道

DK221+700～DK221+800：洞身為粉質(zhì)粘土，含少量孔隙潛水;

DK222+940～DK223+040：洞身為粉質(zhì)粘土，含少量孔隙潛水，日出水量約為0.8～1m3/m·d;

DK230+200～DK230+300：洞身為泥質(zhì)砂巖及泥巖，軟硬不均，裂隙發(fā)育，含水;基底為泥巖夾泥質(zhì)砂巖、以泥巖為主，含裂隙水，日出水量約為1.5～2.3m3/m·d。

3.1.2 前王莊2#隧道

DK211+600～DK211+700，邊墻及基底為新黃土。

3.1.3 高家坡1#隧道

DK205+000～DK205+100，洞頂為新黃土，邊墻及基底為新、老黃土，含少量孔隙潛水。

3.2 水泥漿配比

水灰比分別采用0.7：1、0.8：1及1：1，各配比性能指數(shù)如表1所示。

3.3 施工工藝

3.3.1 施工準(zhǔn)備

根據(jù)樁位布置圖進(jìn)行測量放樣，確定孔位。

3.3.2 鉆孔

采用選定設(shè)備，按照設(shè)計(jì)要求間距、孔深、角度進(jìn)行鉆孔，仰拱兩側(cè)范圍內(nèi)鉆孔時(shí)可斜向施做，角度控制在60°左右。

3.3.3 小導(dǎo)管安裝

鋼管前端10cm做成尖錐形，尾部長度120cm作為止?jié){段不鉆孔。管壁四周鉆四排？準(zhǔn)8mm孔，孔間距15㎝，成梅花形布置。成孔后，將小導(dǎo)管按設(shè)計(jì)要求插入孔中，然后采用速凝水泥砂漿或止?jié){塞封堵管口。

3.3.4 注漿

小導(dǎo)管打入后，注漿泵的高壓膠管與管口聯(lián)通，并塞緊管口處縫隙，以保證注漿時(shí)不至于滲漏漿液。

管路接通后先要壓水檢查密封性，達(dá)到要求后方可注漿。

施工工藝流程圖詳見圖2。

3.4 施工過程注意事項(xiàng)

①嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)方案施工;②鉆孔注漿過程中及時(shí)收集、整理、完善檢驗(yàn)批、記錄表、參數(shù)灌漿記錄儀機(jī)打小票等各種資料;③為防止鄰孔串漿和減少漿液無效漏失，注漿順序應(yīng)縱向分段、按跳孔間隔注漿方式進(jìn)行，并宜采用先外后內(nèi)的注漿施工方法;④針對富水隧道注漿加固時(shí)，宜從水頭高的一側(cè)開始注漿;⑤注漿過程中出現(xiàn)以下異常現(xiàn)象的處理方法：1）串漿，即漿液從其它孔流出的現(xiàn)象。發(fā)生串漿時(shí)，應(yīng)待孔口正常出漿后將串漿孔閥門及時(shí)關(guān)閉或堵塞，輪到該管注漿時(shí)，再打開閥門或拔下堵塞物，視管內(nèi)漿液情況采取相應(yīng)措施（封口或補(bǔ)漿）。2）注漿時(shí)壓力突然升高，則可能發(fā)生堵管，應(yīng)停機(jī)檢查。重點(diǎn)檢查管道變徑處、連接閥門處，找到堵塞部位，及時(shí)疏通，確保注漿質(zhì)量。3）注漿過程中出現(xiàn)進(jìn)漿量很大，壓力長時(shí)間不升高的現(xiàn)象，則應(yīng)查找原因，調(diào)整漿液濃度及配合比，縮短凝膠時(shí)間，進(jìn)行小泵量低壓力注漿或間歇式注漿，使?jié){液在裂隙中有相對停留時(shí)間，以便凝膠。4）塌孔：軟質(zhì)富水地層成孔后容易塌孔，注漿導(dǎo)管無法安裝到位，采取成孔后鉆桿在孔內(nèi)來回抽插多次，以便形成護(hù)壁，減少塌孔，鉆桿取出、驗(yàn)孔合格立即安裝注漿管，如安裝不到位則將導(dǎo)管拔出，插入鉆桿進(jìn)行清孔。5）施工縫漏漿：施工縫處出現(xiàn)漏漿現(xiàn)像，漏漿量較小則繼續(xù)注漿，漏漿量較大則采用間歇注漿，待漏漿位置水泥漿初凝后再進(jìn)行二次注漿。

4 ?工藝總結(jié)

4.1 注漿壓力

依據(jù)現(xiàn)場注漿過程實(shí)際數(shù)據(jù)，注漿達(dá)到終注壓力1.5MPa、且持續(xù)時(shí)間達(dá)到10 min后，注漿壓力變化不大，同時(shí)注漿量也未出現(xiàn)較大變化。所以確定終注壓力1.5MPa和持續(xù)時(shí)間10min可作為控制參數(shù)。

4.2 水泥漿配比

水灰比采用1：1、0.8：1、0.7：1。

在對土體加固時(shí)，初始采用0.7：1和0.8：1兩種配比進(jìn)行對比試驗(yàn)。采用0.7：1漿液注漿時(shí)，出現(xiàn)注漿量未達(dá)設(shè)計(jì)要求而壓力就已大于1.5MPa現(xiàn)象，且漿液較稠，易出現(xiàn)堵管;采用0.8：1的漿液注漿時(shí)，由于初凝時(shí)間延長、流動性提高，漿液擴(kuò)散范圍變大，終注壓力達(dá)到1.5MPa時(shí)注漿量基本與設(shè)計(jì)相符，且持續(xù)加壓10min后注漿量也未出現(xiàn)較大變化，故認(rèn)定0.8：1的漿液配比較為適合土體。

在對軟弱不均地層進(jìn)行注漿加固時(shí)主要采用0.8：1和1：1兩種配比，經(jīng)試驗(yàn)確認(rèn)采用1：1的漿液，在終注壓力達(dá)到1.5MPa時(shí)，注漿量基本與設(shè)計(jì)相符，且持續(xù)加壓10min后未出現(xiàn)較大變化，故1：1漿液配比較為適合。

4.3 設(shè)備選型

4.3.1 鉆孔設(shè)備

采用YT28風(fēng)鉆+煤電鉆成孔，穿透仰拱約需15分鐘，仰拱以下地層15分鐘，單根5m長樁成孔時(shí)間為30～35分鐘，每臺鉆機(jī)日成孔約13～14個孔;不產(chǎn)生灰塵，但產(chǎn)生泥漿，對隧道空氣污染較小。

在有水泥巖及無水新黃土段落采用QZJ-100B自行式或ZGYX-410B-2履帶式潛孔鉆進(jìn)行作業(yè)，穿透仰拱需時(shí)10～15分鐘，仰拱以下20～25分鐘，單根5m長樁需時(shí)30～40分鐘，日成孔10～12個;干鉆成孔，不產(chǎn)生污水、泥漿，鉆碴易清理。

經(jīng)過試驗(yàn)驗(yàn)證，以上設(shè)備均可滿足施工要求，可根據(jù)不同段落地質(zhì)、環(huán)境及工期要求選用，并制定配套安全及防護(hù)措施。

4.3.2 鉆頭類型

現(xiàn)場共采用4種鉆頭進(jìn)行試驗(yàn)：合金轉(zhuǎn)頭、一字鉆頭、梅花型鉆頭和帶肋錐形鉆頭。經(jīng)試鉆后發(fā)現(xiàn)，合金鉆頭混凝土層成孔速度快，可達(dá)到0.4m/min，軟質(zhì)土層較差、難以成孔;梅花型鉆頭土質(zhì)地層鉆進(jìn)較快，且不易損壞。因此后續(xù)施工優(yōu)先選用合金鉆頭和梅花鉆頭，且采用編組作業(yè)，一臺鉆機(jī)配合金鉆頭鉆混凝土，一臺配梅花型鉆頭鉆土層，減少更換鉆頭時(shí)間，加快施工進(jìn)度。

4.3.3 注漿泵

現(xiàn)場共選用3種注漿設(shè)備，分別為HB-3型單缸單液注漿泵、BW-250型三缸單液注漿泵和ZYB70/80D型單缸雙液注漿泵。經(jīng)試用后，選用前兩種，搭配使用：單缸單液第一遍及易注漿段使用;三缸單液首先使用低速擋，連接三通管可多根管同時(shí)注漿，補(bǔ)漿及不易注漿時(shí)使用。

5 ?效果檢測

5.1 驗(yàn)證目的

水泥漿配比、注漿壓力、施工工藝及設(shè)備儀器選型是否滿足施工要求，注漿對提高地基承載力、封堵滲漏水是否有效果，并為后續(xù)施工提供依據(jù)。

5.2 驗(yàn)證方法

對注漿加固效果，主要通過現(xiàn)場記錄、鉆孔取芯、輕型動力觸探、雷達(dá)檢測及注漿前后滲漏水對比情況等綜合方法進(jìn)行驗(yàn)證。

5.2.1 施工質(zhì)量檢查及技術(shù)資料分析法

通過注漿過程的質(zhì)量檢查以及有關(guān)施工記錄、技術(shù)資料加以整理、分析，從而初步判斷注漿質(zhì)量。主要依據(jù)為三參數(shù)灌漿記錄儀機(jī)打小票中所反映的流量、壓力、密度及累計(jì)注漿量等參數(shù)。

5.2.2 取樣檢查法

通過鉆孔取芯，對芯樣漿液充填或膠結(jié)情況進(jìn)行觀察。

5.2.3 輕型動力觸探

對土質(zhì)地段，除鉆孔取芯外，另采用輕型動力觸探法檢測注漿后基底地基承載力（需另加工探桿）。

5.2.4 雷達(dá)監(jiān)測

采用多道瞬態(tài)瑞雷波法檢測隧底加固區(qū)域是否存在異常。

5.2.5 注漿前后滲水量比較

采用注漿前后隧道基底滲水量比較法印證注漿質(zhì)量和效果。

5.3 驗(yàn)證結(jié)論

5.3.1 鉆孔取芯

鉆孔取芯采用北京探礦廠生產(chǎn)的XY-1A型油壓鉆機(jī)、91mm單管金剛石鉆具。試驗(yàn)段共鉆孔取芯總進(jìn)尺171m。

芯樣上部為混凝土，平均厚度約1.6m，最厚為2.2m，最薄為1.2m，膠結(jié)良好，節(jié)長10～50cm，芯樣表面除見少許氣孔零星不均分布外均較光滑、致密、連續(xù)、完整，混凝土底有水泥漿附著痕跡，與持力層接觸良好;

芯樣下部：砂泥巖芯樣頂部有水泥漿膠結(jié)，裂隙中水泥漿填充良好;黃土芯樣頂部部分土體和水泥呈膠結(jié)狀態(tài)，厚度不均，約2～13cm，接觸較好;局部有水泥漿滲透充填和壓密。

5.3.2 動力觸探

根據(jù)輕型動力觸探試驗(yàn)結(jié)果，注漿后隧底土質(zhì)地基承載力介于232.5～254.7kPa間，滿足地基承載力大于220kPa要求。

5.3.3 雷達(dá)監(jiān)測

根據(jù)測試結(jié)果，基注漿加固地層未發(fā)現(xiàn)明顯低速異常區(qū)域，局部波速較低區(qū)域不影響正常使用。如圖3為DK222+880-DK223+040多道瞬態(tài)瑞雷波法檢測曲線圖。

5.3.4 試驗(yàn)前后滲漏水情況對照

針對石樓隧道富水段，注漿后仰拱填充表面逐漸干燥，通過和注漿前滲水情況對比，效果顯著。

6 ?結(jié)語

通過技術(shù)資料分析、現(xiàn)場取芯、輕型動力觸探、多道瞬態(tài)瑞雷波法測試及注漿前后水量比較等方法的綜合應(yīng)用，可得出如下結(jié)論：隧底注漿加固可有效填充隧底結(jié)構(gòu)與圍巖間空隙，膠結(jié)擾動層，基底下臥層一定范圍內(nèi)土質(zhì)承載力有所提高，線路運(yùn)營四年來軌道結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，達(dá)到預(yù)期目的。

施工過程中應(yīng)注意以下問題：施工前應(yīng)結(jié)合無砟道床建設(shè)工期編制詳細(xì)施工方案，確保過程有序，以避免對后續(xù)無砟道床施工產(chǎn)生影響;過程中受地下水影響，洞內(nèi)鉆孔及注漿置換會產(chǎn)生大量泥漿，需及時(shí)清理、疏通排水，泥渣應(yīng)棄至棄土場，做好環(huán)水保相關(guān)工作。

參考文獻(xiàn)：

[1]肖凱剛.山西中南部鐵道通道重載鐵路隧底加固方案研究[J].鐵道建筑，2014年12月.

[2]李力.重載無砟軌道鐵路隧道基底加固技術(shù)研究[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，2014（5）.

[3]侯軍紅.山西中南部重載鐵路隧道基底加固技術(shù)探討[J].石家莊鐵道大學(xué)學(xué)報(bào)，2013年9月.