高铁某站场路堤轨面沉降修复技术

高 超

（中国铁建大桥工程局集团有限公司 天津 300300）

1 工程实况

本车站工点位于车站出站端，工点范围内地下水位埋深大于50 m。项目区的最大冻土深度为108 cm，地震基本烈度七度。地表主要为Ⅲ级自重湿陷性砂质黄土（层厚15～30 m）。本段线路通过方式主要为路堤形式，平均填土高度8 m。基床底层填筑A组填料，基床底层以下部位填筑A或B组填料，基床表层填筑过筛的二级配碎石填料。桥涵过渡段采用水泥拌制的级配碎石填筑。地基处理采用1 m厚水泥改良土垫层（单层高强双向经编土工格栅）＋长短桩（CFG桩＋水泥土挤密桩）处理。2014年开通运营至2016年3月，本段累计沉降量7.56～34.73 mm，整治范围长度90 m。现场调查：排水系统设计完善，现场使用良好，坡脚无积水，道床板伸缩缝有变宽拉裂现象。

2 问题分析及对策

（1）病害问题分析：本段地基基础和地下水等地质条件稳定，设计满足规范，全段工程措施一致，沉降量与填土高度等因素无规律性。研究分析认为：路堤本体填压密实度不均和地基施工局部存在缺陷是轨面高程不均匀沉降的主要原因，在周边公路排水和灌溉水下渗等因素使地基含水率升高，场站、综合工区绿化浇灌，路堤面部分嵌缝胶开裂致使降水下渗等因素使路堤本体含水率升高是轨面高程异常的重要诱因。

本工程轨面沉降量超过轨道扣件可调整范围。常规的无砟轨道扣件调差范围一般为15～20 mm，减掉施工误差后可调区间降至20 mm以内。规范将容许沉降的这20 mm分成两部分：即规范明确规定的路基工后沉降量不得大于15 mm，以及5 mm的运营后动荷载引起的附加沉降量。如果线路沉降超过设计值，将由轨道板和支撑层来承受线路不均匀沉降引起的附加弯矩和弯曲应力，继而造成上部结构损坏，影响线路的平顺和安全稳定。

（2）处治对策：为永久消除因路基软弱造成的轨道板后续渐变沉降，采用地基表层和路基本体注浆技术进行加固［1］，部分段落采用上部道床板结构注浆抬升调整沉降，进行快速修复。

3 工艺方法及注意事项

3.1 基底和基床本体注浆

3.1.1 注浆范围

根据病害段落对路基基床以下及路堤本体采用钻孔注浆加固技术，路堤主体钻孔位置沿线路方向均匀布置，钻孔间距为2.0 m，孔径110 mm，地基注浆孔底进入地基以下2.0 m，注浆孔位置和钻孔角度如图1、图2所示。

图1 注浆横断面图

图2 注浆半平面图

3.1.2 注浆材料及管材

孔内注浆材料采用硫铝酸盐水泥单液浆。选用硫铝酸盐水泥（有良好充盈性、早强高强、防渗抗冻特性）参配的单液水泥浆水灰配比确定为0.8∶1，套壳水灰土比1.6∶1.1，注浆孔孔深见图1。注浆管管顶下2.0 m深处开始开孔。每孔灌浆结束后，用水泥含量为15%水泥砂砾石拌和物封孔，拌和物应缓慢灌入孔内。注意防止堵塞，以免孔内出现空洞段［2］。

地质钻机钻孔用的钻杆套装直径φ110 mm的高硬合金钻头进行钻孔，套管护壁。当钻杆端部钻至设计深度后拔出，插入钢制注浆管至孔底进行注浆，见图3。注浆管（袖阀管）使用单根长度2 m的φ76 mm无缝钢管，壁厚6 mm（根据钻孔尺寸选配袖阀管型号）进行加工制作。地面以下注浆部位设置每100 cm钻4个φ1 cm的溢浆孔，孔口位置两两对称布置。将溢浆孔空口开槽，开槽口位置安装特制橡皮套（耐压值4 MPa以上，以保证单向注浆），外套密封圈，开槽宽度为30 mm，槽深为2.5 mm；单根钢管的接长连接采用套接并焊接，即每根中间段注浆管两端套丝出5 cm长公母槽扣用以保证有效插入套接，将公槽扣一端两两对称开钻4个直径1 cm的圆孔，使用时将公母槽扣有效套接在一起，在接缝预留孔处进行最后的电焊拼接［3］。

图3 钻孔示意

3.1.3 注浆参数

路堤基床内的注浆压力值宜控制在0.2～0.3 MPa左右，扩散半径约0.8～1 m，路堤基床以下部位的注浆压力值宜控制在0.5～0.8 MPa范围内。注浆管路控制在50 m以内，以防压力散失。施工前综合考虑各种不确定因素的影响，进行注浆工艺试验总结，根据现场监控量测的数据及注浆试验的效果选定注浆施工工艺及调整参数，必要时调整注浆孔间距以保证浆液完全充盈加固范围，同时防止引起路基轨道上拱［4］。

3.1.4 浆液制作

浆液拌制全过程使用转速不小于200 r／min的制浆搅拌机，搅拌时间不少于120 s，也不宜多于360 s。机子出浆口套装100目的高韧性过滤网进行杂质过滤。

3.1.5 注浆作业

注浆作业前，必须先通过注浆工艺试验将注浆压力和工艺参数进行修正确定后，方可进行注浆作业［5］。倘若在注浆过程中出现堵塞、渗漏浆、窜浆等状况时，可以采取跳孔或者换孔间隔注浆，待上一孔压注的浆液初凝后再进行问题孔补注浆。在整个注浆过程中应对注浆部位上部地面的高程变化动态进行适时密切监控，一旦发现异常情况时应立即停止施工，综合分析原因并采取妥善可靠措施后方可继续作业［6］。

本工程选用较常用的KBY-90／21-37型号单液注浆机（坡脚处可采用ZBY-10／16-25型）作为注浆设备，见图4。为保证注浆量，施工一般宜进行注浆管逐步渐退式分段注浆，防止地质不均匀对注浆效果造成影响。注浆分段间隔距离为100 cm，注浆速率 10～90 L／min为宜。在每一个钻孔注浆完毕后应及时用清水对注浆管内壁进行冲洗，确保下次注浆时管壁润滑通畅。

针对注浆时存在跑浆、漏浆、窜浆的情况，注浆量未达到工艺标准时要进行二次补充注浆，适当提高注浆压力（0.1 MPa）以使浆液能在路基主体中均匀扩散填充。注浆时采用高压全孔法，注浆应保证浆液浓度先稀后稠，直至注满结束。注浆时要控制注浆方量及压力，按照由小到大的过程，逐步提高［7］。

图4 路基注浆

3.1.6 注浆顺序及注浆控制

为了确保注浆的效果，现场整个作业区域采用分多部位、多次注浆的操作方法，实际作业时的注浆由结构外向内进行，即采取先注浆路基主体外围结构部分，后注浆路堤及基底内部结构，分段间隔注浆的施工方式，以确保注浆浆液能够扩散均匀并防止因局部扰动剧烈而引起路堤主体沉降［8］。

为保证对注浆质量的监控，作业时采用注浆压力（压力表）和注浆量（流量计）双指标控制，并对注浆区域和轨道高程进行高频率实时监测。在注浆过程中需要注意，如果存在每步距进尺单管注浆方量能符合指标要求，但注浆压力远低于设计值的情况，此时需要调整注浆工艺，一般进行间歇不连续注浆并缩短浆液的胶凝时间，同时调整注浆量至设计注浆量的两倍，以确保注浆质量。

3.1.7 注浆效果检测

在路肩设2个检查验证孔，钻孔取芯采用地质钻，深度穿透注浆范围0.5 m。取芯样本浆液充盈率10%～15%。

3.1.8 施工注意事项

（1）施工前必须进行钻孔试钻和注浆工艺试验。选择具有代表性的施工地段或部位进行钻孔试钻和注浆工艺试验，以选择和确定单浆液水灰配比及搅拌时间、外加剂种类及掺量、注浆压力值范围、注浆速率及方量等注浆参数。

（2）整治工程施工工期紧，交叉施工多，尽可能做好对其他工程及设施的保护，并采取有效措施保证施工安全，加强施工工程中废渣废液处理，防止对环境造成破坏。采取有效措施防止施工水和养生水进入路基本体、护道及坡脚附近。

3.2 轨道板注浆抬升

3.2.1 工艺原理

本车站轨道设计为CRTS-I型双块式无砟轨道结构型式。将无砟轨道轨面高程抬升至标准垫板状态下的设计高程＋3 mm（误差控制±3 mm）。抬升区段两端与未抬升区段自然顺接。施工方法是：一般首先压注高聚物注浆材料（无侧限抗压强度符合设计要求）对钻孔后的轨道结构进行抬升，即在与轨道板分离后的支承层上压注浆液，轨道标高到位后再压注轻质聚合物砂浆对底座板空腔部位实现密实填充［9］，见图 5。

图5 无砟轨道结构注浆抬升原理示意

在实际操作中，轨道板抬升量小于10 mm时，可采用直接压注高聚物注浆材料的方法对结构空隙进行填充；当轨道板抬升量大于10 mm时，压注轻质聚合物砂浆对结构空隙进行填充。与此同时也可以对轨道板脱空、错台、积水、偏移情况进行有效修复［10］。

3.2.2 施工方法

（1）轨道板抬升量的计算和确认。作业前布控精密测量控制网，现场逐点核对CPⅢ标高数据，采用电子水准仪和全站仪分别对线路的标高及平面数据进行观测和记录，计算并确定抬升区段各承轨台板的初始标高及轨道平面位置，并根据设计高程计算抬升高度。

（2）注浆孔的布设。根据设计图纸布设和标注注浆孔。施工中布设注浆孔孔位时，应结合现场实际情况，尽量将既有轨道板等轨道结构处的钢筋位置避开，防止在钻孔作业时对轨道结构内部的钢筋造成破坏；同理进行钻孔作业时，对于轨道上的预埋线缆、钢轨弹条扣件、梭头、锚固钢筋、电气设备等位置也要妥善避开或采取有效的保护措施。

（3）钻孔及封孔。按标记好的孔位进行钻孔，见图6。钻孔作业完成后，及时收集并清理开钻的尘土，防止造成现场环境的污染。同时对钻孔口进行临时封闭保护，以防杂物及雨水混入。

图6 轨道板钻孔

（4）安装注浆管及注浆。先将上步临时封闭的注浆孔口杂物清理干净，再将注浆管放入注浆孔中，安设牢固调紧。在注浆作业前，首先将注浆设备调试到良好工作状态，确保设备正常运行，并对注浆料的质量进行试验检测，确定浆液质量满足注浆指标要求；现场再次检验复核各注浆孔点的抬升尺寸。

在注浆作业前，应根据沉降观测的结果，预先确定待注浆板块编号和注浆次序。轨道板抬升注浆时，宜从沉降量最大的点开始并向两侧开展。填充孔注浆时，宜先从线路中线两侧高程较低的一侧微量注浆，待两侧高程持平后再正常作业。在轨道板进行注浆抬升的整个作业期间，必须使用两台电子数字水准仪（DS05型，测量等级二级以上）配合使用轨检尺对轨道板左右两侧轨道标高变化情况进行全时量测，当到达预定抬升标高后立即暂停注浆。同时，采用全站仪对轨道板中线位置偏移情况进行量测。在道床板中心线附近预埋或利用既有中线偏移监测点（用CPⅢ测量预埋件），见图7。在对轨道板进行注浆填充过程中，指定专人对轨道板中线两端轨道标高进行跟踪量测，发现轨道标高有异常变动时立即停止注浆［11］。此外，指派专人加强对注浆点附近的轨道结构进行监控。如发现轨道结构出现开裂、凸起或漏浆等情况，应立即停止注浆。某个注浆点注浆完成后，及时拆除该点的注浆管。

图7 轨道板抬升监控测量

（5）封堵注浆孔。经复测抬升区段内的轨道高程满足设计要求后，采用M40标号以上的快凝（微膨胀）砂浆对注浆孔进行封闭抹平，见图8。

图8 线路抬升前后线路线形比较

3.2.3 注意事项

（1）一般应从整治段沉降量最大的区段开始，依次向两边抬升，以逐步释放轨道内应力，避免在抬升过程中产生新的应力造成轨道结构损坏。

（2）每次最大抬升高度不宜超过10 mm。

4 其他措施

全面排查站场路堤面排水设施，确保水沟标高低于周边，纵坡平顺没有积水，沟底无开裂。重点检查右侧与综合工区相连等汇水区域较大地段的排水设施情况，以消除隐患。与地方有关部门积极沟通协商，妥善解决公路排水、灌溉系统退水，涵洞上下游疏通等问题。

5 效果检测

施工结束后，采用瑞雷波法对路基主体内部进行无损探测。瑞雷波法检测具有快捷高效、无损、整体连续的优点，避免了因检测点间断、独立而得到的不良检测结果进行评价［12］。现场采用SWS-5型面波仪，路基断面按照10 m间距均匀布点检测，综合评测路堤压实度及承载力。

图9为轨面沉降修复后采用瑞雷波法探测的结果，图中可见沉降修复后路堤主体内的波速有明显的提高，整体性情况良好。经过12个月的轨道沉降观测，路基主体和基床已稳定，轨道板结构尺寸和轨面高程满足设计要求，病害彻底消除。

图9 路基主体检测波形

6 结束语

运营高铁无砟轨道沉降修复整治的技术难度及质量控制要求较高，施工时隐患排除和质量控制是关键。本技术对路基扰动较小，基本不增加附加荷载，规避了附加荷载导致路堤进一步沉降变形的风险，同时实现了天窗时间内对无砟轨道结构的快速修复。本工程修复2年以来能够正常运营，沉降修复后的轨面高程符合原设计要求，路堤基底和基床本体、轨道板结构的力学指标能够满足运营轨道的平顺要求，整体稳定，效果良好。