高速铁路站场路基空洞病害处理措施

曾 翰 侯海方

（中国铁路上海局集团有限公司宁波工务段 宁波 315012）

关键字：注浆 地质雷达 泡沫混凝土

1 引言

经过多年的的努力，已摸索了不少从地基处理入手的对策，但由于软基地质及力学特性的复杂性，各种处理方法并不能单独胜任，且对行车有一定影响。软土路基沉降的治理方法有限，注浆是其中一种合理、可行的方法，并且可以保证列车正常运营。泡沫混凝土具备水泥浆特性，并具有轻质性、高流动性、低渗透性、固化后的自立性等特点。因此利用一种新型材料应用到既有铁路路基加固具有重要意义。

2 概况

杭深线温州南站站台及线路出现比较大范围的地基沉降，导致站台部分区域出现路面开裂、路面扭曲变形，并形成多处路基空洞、陷穴，影响轨面平顺性，危及行车安全，需要处治加固。变形严重区域主要位于7道与5道线路之间；5道与3道站台；Ⅰ、Ⅱ、3道线路上，针对上述病害，采用地质雷达对变形区域进行成因探测，以查明沉降成因及线路路基填筑情况，并采用注浆技术对病害路基进行加固。

3 病害探测及分析

3.1 病害探测方法

铁路既有线路基病害较多，过去都是对显露出的病害进行整治，对于温州南站站场范围大、病害分散的问题，如何保证在安全正常运营的情况下,对病害进行快速探测，精确定位病害位置，对设备维护和大修都有着重要意义。

铁路路基具有明显分层结构特性，沿深度方向各层介质介电常数差异显著。雷达波在各层介质中传播规律差异明显，在各介质分界面会发生较强反射。可根据雷达图像波形沿深度方向变化，提取各介质分界面信息[1]。

本项目采用美国GSSI公司生产的SIR-3000型彩显地质雷达，天线频率为400 MHz、900 MHz，通过连续及点测方式进行，与钢轨平行方向布置测线，对杭深线Ⅰ、Ⅱ、3、5、7道及2、3站台进行缺陷检测，确定空洞、裂隙等信息。

3.2 探测剖面分析

地质雷达工作的原理（图1）：主机通过激发天线在路基表面向内部发射电磁波，当电磁波遇到不同的媒质界面时便会发生反射和透射，反射波返回路基表面，又被接收天线所接收，主机计算出的反射面的深度即病害体厚度。

图1 探地雷达工作原理图

经过地质雷达法探测，病害雷达剖面显示见图2

图2 一般病害及严重病害雷达剖面对比图

对比病害雷达剖面图可以看出：①由于病害体与正常路基的相对介电常数差异，其反射系数存在差异，病害越严重，形成的雷达剖面图差异就越大②K588+709～+720段，长度范围为11 m，深度范围为1.2～2.7 m，路基不密实。③K588+918～+940段，长度范围为22 m，深度范围为1.0～3.5 m，路基不密实，存在小型及中型洞穴。通过对所有病害雷达剖面图分析，推测病害分布如表1：

表1 路基病害明细表

4 加固措施

4.1 方案比选

温州南站位于杭深线，多线有砟轨道，P60无缝线路，其中Ⅰ、Ⅱ道为正线，3、5、7道为到发线。治理措施必须既能保证路基的有效加固，又能保证施工结束后列车的正常运行。路基本体全断面注浆[2]技术是一种合理、可行的方法，既能满足电气化铁路站场地形限制，又能在有限的天窗时间内完成施工，保证列车的正常运营。

4.2 材料比选及配合比

（1）水泥浆液配比一般为0.75:1，要求采用P042.5普通硅酸盐水泥浆，水玻璃速凝剂，其模数为3.0～3.3。

（2）泡沫混凝土是一种轻质水泥类环保型新型材料，具有轻质性、高流动性、低渗透性、固化后的自立性、低弹减震性、强度可调节性、隔热性、耐久性等物理力学特性，施工便捷[3]。轻质泡沫注浆材料指导性参数，发泡剂：稳泡剂为5:3，水灰比为1:1，发泡剂和稳泡剂掺入量为20～25 kg/m3，现场施工时应根据工艺性试验确定。

（3）由于病害程度及分布深度不同，在节省投资、保证质量的条件下，区别用料。对一般病害地段，采用水泥浆，起劈裂、渗透及压密注浆作用；对严重病害地段，则采用轻质泡沫混凝土，达到填充注浆作用。加固内容包括：

①Ⅰ、Ⅱ道采用花管垂直注浆处理，注浆孔纵向间距2.0 m，注浆深度至管桩的碎石垫层底部或管桩桩帽的顶部。

②3、5、7道采用垂直+斜孔（30°）注浆处理，注浆孔纵向间距2.0 m，注浆深度至管桩的碎石垫层底部或管桩桩帽的顶部。

4.3 机械配置

（1）钻孔机械。根据注浆孔成孔大小、方向、深度及地质情况，采用潜孔钻进行机械引孔，钻穿路基本体及碎石垫层，然后将φ50mm的花管按规定角度击入设计深度。

（2）制浆设备。①水泥浆拌制采用立式双层叶浆式制浆机，上层为制浆系统，拌制新浆液；下层为储浆搅拌桶，使搅好的存储浆液不发生沉淀。②泡沫混凝土采用筒仓搅拌机，由集中控制箱控制颗粒混合搅拌器、定量输送机、泡沫发泡机制浆，并通过输送泵将成型浆料泵送至指定位置。

（3）水泥浆注浆泵。采用往复活塞式单作用泵，流量在一定范围内可任意调节、拆卸、清洗、组装使用。该泵体积小、能耗小、重量轻、搬运方便。

（4）注浆管。选用φ50 mm碳铁管，在管前端 60 cm的一段管壁上打上直径为2～5 mm小孔，孔呈梅花形排列，孔数为8～10个。

4.4 注浆参数

（1）注浆量每米0.45～0.6 m3，当注浆量较大时，可采用停停注注的方式，适当加入水玻璃，达到规定的注浆压力即可终孔。

（2）注浆压力：0.2～0.3 MPa。

（3）注浆孔距：沿线路方向间距2 m。

（4）钻孔深度：4 m。

5 结论

从工程实施情况反映，地质雷达法推断的严重病害地段吃浆量远大于一般病害地段，可见其检测结果直观、准确、可靠，能为进行相应加固处理措施提供科学依据。

通过按病害程度选择不同材料注浆，进一步降低了成本。在注浆压力作用下，土体中的部分裂隙和一些大孔隙被充填和胶结，使土体的强度得以提高。采用物理发泡法制成的泡沫混凝土，料浆体积基本不再变化，用于填筑路基空洞，整个体系处于稳定的状态，工后抬升回落较小，能有效控制对路基、线路的影响，同时防止或减少了水分的纵横向迁移，降低了水对路基的不利影响，从根本上提高了路基的稳定性和线路的质量。