高速铁路软土路基补强中的花管注浆施工工艺探讨

中铁二十四局集团上海铁建工程有限公司 上海 200070

1 工程概况

某高速铁路正线K1+127～K1+192，长65 m一段正线路基至2011年2月路基轨面最大下沉降量达到46 mm，不能满足正线无砟轨道路堤工后沉降不应超过15 mm、路桥交界处的差异沉降不应大于5 mm的要求，铁路局要求该段地基采用花管注浆法进行软土路基加固补强。

补强区域土层从上到下依次为：

①1人工填土，杂色，松散；②1黏土，褐黄色，硬（可）塑；②2黏土，灰黄色，软塑；②3粉土、粉砂，灰色，松散-稍密；③1淤泥质黏土，灰色，流塑；②2粉土夹粉质黏土，灰色，稍密；④淤泥质黏土，灰色，流塑；⑤1黏土，灰色，软塑；⑤2粉土，灰色，稍密-中密；⑤2-1粉砂，灰色，稍密-中密；⑤3粉质黏土，灰色，软（可）塑；⑤4黏土，灰-灰绿色，可塑；⑥1粉质黏土，暗绿-草黄色，硬（可）塑；⑦1粉土，草黄色-灰色，中密-密实。⑦2粉细砂，灰色，密实。

2 施工准备

2.1 施工流程[1-5]

由于在已经开通的高速铁路下进行花管注浆加固路堤以往没有施工先例，因此在正式施工前在场外空地上进行了试桩并进行了总结，正式大面积施工前由设计单位选择了K1+147～K1+157左侧10 m进行注浆加固试验施工，然后进行了这段路堤共65 m的花管注浆软土路堤加固补强施工。施工流程为场外试桩施工→加固试验施工→正式花管注浆加固施工。

2.2 施工主要技术参数

花管注浆每段压浆量按设计要求（软塑黏土、粉土、粉砂层为0.7 m3/m；淤泥质地层为1.1 m3/m）控制，管桩中下部适当提高注浆量，严格控制注浆速度和注浆量；注浆压力按设计要求10 m以下注浆压力达到0.5 MPa，10 m以上注浆压力达到0.2 MPa，注浆过程中以注浆量控制为主，注浆压力控制为辅。施工主要工艺见图1。

图1 花管注浆施工工艺

2.3 花管注浆场外试桩施工

根据设计施工图纸选择2 根花管注浆点进行试桩，分别模拟花管最长的K1+191.6处L2，花管注浆试桩横向间距约4.8 m，纵向在一个断面上，试桩的技术参数见表1。

2011年4月24日～25日进行了场外试桩施工，施工采用1 台小型履带钻机施工，采用定制优质地质合金钻头，Φ60 mm。通过花管最长和倾斜角度最大2 根试桩的施工，验证了工艺参数的正确性。

3 花管注浆试验段施工

试验段范围内44 根压浆管的施工，刚开始时是按照审定的施工组织设计的要求，每天利用天窗点在0：30～3：30进行施工，投入2 台设备1 d只能施工3 h，根据施工4 d后的对线路沉降的观测情况（4 d来的线路沉降量不大），决定白天也可以施工。考虑到白天施工时万一路基发生较大的沉降量时不能及时发现，我们在钢轨腰部贴上了沉降观测标志，白天做到在注浆点附近1 h观测1 次，并要求在白天注浆时，工务段上线进行对轨面的高低、水平和方向的检查，如果观测到有较大的上浮或下沉，立即报告。发现路基或轨道变化较大时，立即要停止施工并分析研究，确定好下一步施工工艺才能继续进行，由于类似的施工没有先例，试验段施工时要控制进度，为下一步施工提供参考数据，施工期间天窗点还是按原来的安排上线用电子水准仪进行沉降量的观测，在试桩期间由于1 个区域只有2 台机械施工，所以对路基下的土体的扰动不是很大，总的上浮量也不大。

表1 场外试桩技术参数表

4 正式花管注浆施工

在正式注浆时，必须贯彻八字方针：“少量多次，多点均匀”的原则。按照这一原则，在施工阶段的测量监测和数据分析，是一项很重要的任务，通过对数据的分析可以及时调整注浆量和注浆速度，决定正在注浆的这根桩下一步的控制要求，减少后续轨面整治达标的工作量。

在注浆点处轨道都会隆起，在远离注浆点的地方，轨道会产生加速下沉的现象，在施工中要有预防措施，减少或延缓这种现象的发生[6]；当现场累计的隆起量将要达到它在这个点的累计下沉量时，立即停止注浆，尤其是在接近没有明显下沉量的桥涵时，以免在后期的轨面调整时无法进行作业。

5 花管注浆施工监测数据分析

5.1 花管注浆速度对线路隆起的影响

图2是5月28日上、下行线在K1+150位置同时注浆后，5月29日凌晨对支撑层的测量结果显示的支撑层面的隆起线性图，2 台钻机在上、下行线两侧同时注浆，注浆量是按3～5 m3/h进行的，显然，线路的上浮速度过快，引起的最大坡率为（7.5－2.5）/10 000=0.5‰，影响的范围是前后各30 m左右，由于坡率不大， 最大为0.5‰，故对慢行条件下的行车安全不会构成危险，但要控制注浆速度，在5月29日我们调整了注浆速度，按1 m3/h左右进行。

5.2 花管注浆对相邻未注浆地段的影响

图2 沉降情况

本次注浆中发现的一个典型现象，就是在远离注浆点的位置，如果附近没有涵洞一类的结构物支撑，这个位置的轨道会产生比原来未注浆时还要快的急速下沉，上、下行线都如此，经分析这是由于在上、下行线两边同时注浆时，多出来的水泥浆的体积所产生的孔隙水压力无法及时释放，挤动了远方的土体（注浆对土体的扰动在同济大学现场埋设的测斜管的测量中也同样得到了验证），使得在这个位置的桩的摩擦力有所减弱，整个轨道结构在列车动荷载的作用下会产生下沉，这种情况在以后的注浆时要采取相应的措施，减少这种不利情况的产生。措施可以是采用在接近临界点时，分级减少注浆量和再进一步地降低注浆速度的办法来减少对注浆地段以外的土体的扰动。

5.3 花管注浆在未下沉地段的控制措施

无砟轨道地段在花管注浆时，要严密控制未下沉地段的隆起现象的发生，因为该地段一旦上浮后，对后期轨面的整治达标非常困难，会影响到该地段恢复到设计速度（在图3中K1+120实际高程已经比设计高程高了2.8 mm）。

图3 实际与设计轨面线对照

在我们每天与现场施工技术人员的交班会上，我们采取了先停机，转至下一个注浆点注浆，再每天对该地段进行跟踪测量，决定是否还要继续补注浆，并严格控制在附近的注浆量和注浆速度，发现过大的隆起后及时调整，现场的注浆速度由最初的3～5 m3/h先降到了1 m3/h左右，到最后几根桩时降到了严格控制在1 m3/h之内。在对上行线一侧K1+180处进行监测发现 ，轨面已经高了8 mm左右，因此我们决定WS22-1 和WS16-1这2 根桩不注浆。

5.4 本次注浆与整治前下沉情况的对比

图4是12月31日根据前后6 次对轨面的测量结果画的6 条曲线，图中最下部1 根线是我们在2月15日测得的轨面下沉曲线，上部的5 根线是在停止注浆后轨面的最高值以及4 条下降后的轨面线，从图中可以明显看出隆起最高的地段基本对应的是下沉量最大的地段；线路上浮的趋势与它下沉曲线基本对称吻合；线路的最大上浮量还没有达到它在这个位置先前的最大下沉量，还在可调范围之内。

图4 上行线沉降趋势

5.5 停止注浆后的轨道变化情况

在6月16日第一排注浆结束后，我们停止了注浆，进行测量观测，通过测量我们发现隆起最大的地段也是下沉速率最大的地段；注浆的地段都在下沉，邻近的未注浆地段都在缓缓回升，经分析这与地下空隙水压力的释放和传递及注浆地段的土体沉降固结有关。这个现象与在注浆时的变化趋势正好相反，但原因却不同。

5.6 上、下行线沉降量比较

从图4、图5我们发现上、下行的隆起趋势和隆起的量基本是相同的，这是由于我们在注浆前的方案论证时反复强调的，为了考虑到要控制线路不均匀沉降，防止出现过超高和欠超高的出现，特别提出，如果不注意对称注浆，线路会产生上、下行线不均匀的沉降量，导致轨道出现前后高低甚至出现三角坑，从而影响线路的行车安全。为此要求上、下行线的注浆速度和注浆量要做到基本对称注浆，防止轨道产生不均匀的隆起或者下沉。

图5 下行线沉降趋势

5.7 停止注浆后的沉降趋势情况

停止注浆后，在注浆时隆起最大的点回落的相对快一些，见图4、图5，相邻段回落的速率要慢一些。回落总体趋势还是比较均匀的，并且，上下行轨道的回落速率基本相近，因此，注浆后的回落不会影响在慢行条件下列车的安全运行。

从图6中可以看出，停止注浆一年多的沉降趋势还没有完全收敛，这就证明了地下孔隙水的释放是一个较长时间的、缓慢的过程。因此，注浆后的对注浆收敛的观测期是一个漫长的过程，需要做好打持久战的准备。

图6 路基沉降速率

6 结语

CRTS-Ⅱ型无砟轨道下沉的处理在国内外都没有先例，稍有不慎会带来无法弥补的损失。注浆前必须按铁路行车要求，做好各项安全防护工作[7,8]。

本次注浆是按照铁路慢行60 km/h进行防护的。注浆过程中必须做好轨道的沉降观测工作，并及时分析观测成果，作出相应的调整。正式注浆前必须要做好试桩工作，确定施工工艺，花管注浆要按照“少量多次，多点均匀”的原则，防止局部隆起过大，影响行车安全。在轨道两侧注浆时，要接近于对称注浆，防止一侧轨道隆起过大，尤其是在曲线下股，会产生反超高，严重影响行车安全。对于原先没有下沉的地段，要做到尽量不要去注浆扰动它，以免桩侧摩擦力下降后使得轨道加大下沉。注浆使得轨道快速隆起，停止注浆后轨道会在较长的时期内持续下沉，停止注浆后的对沉降收敛的观测期是一个漫长的过程，需要做好打持久战的准备。