京九线路基注浆施工方法的研究

汪志国 李进 李松涛 杨扬

（保定工务段固安线路车间，河北 保定 071000）

引言

路基注浆是京九线路基加固的维修方法之一，因其不影响正常行车秩序、施工场地不受限制，在京九线得到广泛的应用。在检查、施工过程中，我们不断总结经验，改进检查方法与注浆工艺及施工过程的安全质量控制。本文通过对京九线路基注浆施工的总结提出几点做法

一、课题的提出

我段管辖京九铁路28km+100m—113km+000m，初期运营速度80km/h，经过提速改造目前运营速度160km/h。管辖内京九线路基主要以粉砂土和砂粘土为主，施工过程碾压密实度不足，经雨水冲刷路基含水量大，在顶桥、顶管施工中路基内有大量水囊，运营初期个别地段降雨冲刷后的狼窝用庄稼杆、枕木填充路基年久腐蚀造成空洞，道砟囊病害严重；建设初期对路肩进行过砌护后期路基卸粘性土进行帮宽处理，造成的新老路基结合部结构成两层皮。由于以上因素，造成京九线路基暗坑、道砟陷槽、桥头路基下沉、边坡溜坍等病害，是汛期危及安全行车的主要因素。

二、路基隐患排查

（一）总结历年来反复有水害处所；线路路基沉降明显处所；通过大数据分析筛查出线路线型变化较大处所，线路维修周期短处所作为京九线路基隐患排查重点。

（二）对京九全线选取重点沉降处所进行物理力学性质分析，对不同地段路基的含水量、土质属性进行研究指导注浆填料属性。

（三）成立专业技术检查小组徒步检查，对路基采取“看、敲、挖”的方法全面检查。看:路基坡脚有无冲刷的土质、排水痕迹、明显塌陷处所，敲:敲砌护的边坡有无空洞，敲露肩有无空洞，挖：对检查空洞处所采取挖验找出路基内汇聚水。指导排水方案指定注浆范围。

三、路基注浆简单介绍

（一）注浆施工解决的主要病害

1.桥头路基下沉病害：桥头部位路基填料为松散的砂性土填料，施工时桥台后碾压密实度差，造成石砟下沉，在桥台后形成排水通道，排水冲刷导致路基结合部路基悬空，为安全行车埋下极大隐患；

2.道砟囊路基下沉病害：因路基填料压实度不足，在荷载的作用下造成石砟挤入道床形成道砟囊，道砟囊导致路基边坡钻水，形成路肩下沉、护砌悬空、边坡空洞等病害；

（二）注浆流程，计划慢行施工120km/1h—确定注浆范围—设计相应注浆填料-准备工具-打管-吹管-注浆—观察线路状态—巡视周边有无跑浆（京九上下行全部检查）-回检设备状态—清点工机具—撤出施工场地。

（三）注浆工艺过程分析

控制好注浆压力和浆液浓度，注浆工艺可达到三个程度：

一是填充注浆：采用分段灌浆法，由下而上，下套管分段灌浆，灌浆开始先用稀浆，经过3—5 分钟加大粘稠度，分段进行每根管反复3—5 次，不吃浆后封口。二是渗透注浆：渗透注浆指浆液以渗透渗入方式，渗入土体孔隙的注浆方法。在渗透注浆中浆材必须与土体孔隙大小相适应。一般认为，对渗透系数小于10-5cm/s 数量级的地基上，即使选用真溶液也难以达到渗透形式。渗透注浆是指在压力作用下，浆液填充土的孔隙和岩石的裂隙，排挤出孔隙和裂隙中的水和气体，而基本上不改变土和岩石的结构和体积，所用压力相对较小。渗透灌浆一般只使用于中砂以上的砂性土和有裂隙的岩石，这种渗透注浆是建筑上最常适用的一种注浆类型。具有代表性的渗透灌浆理论有球形扩散理论和柱形扩散理论。三是劈裂注浆：劈裂注浆是应用较广的一种软弱土层加固方法，它既可应用于渗透性较好的砂层，又可应用于渗透性差的粘性土。劈裂注浆采用高压注浆工艺，将水泥或化学浆液等注入土层，以改善土层性质，在注浆过程中，注浆管出口的浆液对四周地层施加了附加压应力，使土体发生剪切裂缝，而浆液则沿着裂缝从土体强度低的地方向强度高的地方劈裂，劈入土体中的浆体便形成了加固土体的网络或骨架。由于浆液在劈入土层过程中并不是与土颗粒均匀混合，而是呈两相各自存在，所以从土的微观结构分析，土除受到部分的压密作用外，其他物理力学性能的变化并不明显，故其加固效果应从宏观上来分析，即应考虑土体的骨架效应。实践表明，对于软—流塑粘土地层，由于地层透水性差，有时渗透注浆或压密注浆都难以达到理想效果，而劈裂注浆可利用其液压在地层中产生劈裂孔隙，改善地层的可注性，从而达到注浆加固的要求。在京九线路基道砟囊、桥头涵洞两侧路基下沉、绑宽路基后薄弱结合部位空洞等病害中，三种注浆程度都不同程度的出现：

注浆施工对桥头路基钻水后的形成的空洞、渗水料之间的缝隙、和道砟囊间的大缝隙进行填充注浆；

填充注浆的过程基本完成后，为增加密实程度有个渗透的过程，特别是渗水料间的缝隙和存在粉砟的道砟囊，需要一个充分渗透的过程；

劈裂注浆在改良粉砂土中起到一定的作用，注浆完成后形成不规则的脉状，对粉砂土起到挤密改良的作用。

三种注浆程度在每一次注浆过程中都存在，控制注浆压力和线路安全防护措施也应该有所差别，如果注浆管位置布置准确，通风充分，渗透和填充注浆一般都能够实现，对于劈裂注浆需要控制好注浆压力的前提下，稳压持续注浆来实现。

四、注浆施工的几点改进

（一）注浆管布置方案的改进

目前现状：传统的路基注浆方案采用了单一式样的“30 度/5 米长”注浆管打入路基，每单侧路基延米布置1 根，对于轨下浅埋道砟陷槽起到了一定的加固效果，但对于道砟陷槽形成后产生路基钻水，引起露肩下悬空或道砟陷槽发展较深的情况加固效果不明显，对桥头路基空洞范围较大，悬空较深的病害加固作用不直接。另外，每延米1 根注浆管注浆过程中，单根注浆管注浆相邻注浆管发生冒浆现象，注浆管布置密度偏高；

改进方式：通过“30 度/5 米长、45 度/4 米长、60 度/3 米长”三种注浆管按照1 米间距交替布置，加大了注浆范围，形成三个角度的空间加固结构，同时也节约了注浆管材料；另外，对于新老路基结合部薄弱处所和护砌悬空部位病害采用了“90 度/2 米长”注浆管，在路肩中部垂直路肩打入，采用2 米间距布置；改进后注浆方案在空间结构上进行了优化，原有的注浆管布置临管冒浆的现象得到了缓解，同时节约了注浆管材；

（二）注浆压力的控制

目前现状：注浆压力按照2010 年设计方案中控制在0.25-0.3mpa，对于不同的运行条件（天窗内和天窗外120km/h 以下）采用了统一的压力标准；

改进方案：注浆效率、加固效果与作业安全是相互矛盾的两方面，为做好两方面的协调，注浆压力采用2 种模式控制：一是注浆过程充分利用天窗进行，封闭天窗内压力控制在0.5mpa 以内，二是天窗外慢行120km/h 条件下注浆压力控制在0.3mpa以内；对于同一处注浆地点，初期注浆压力较小，属于填充过程可以在天窗外进行，对于注浆已填满，加压扩散的过程利用天窗进行，提高注浆效果；

（三）浆液配比的优化

目前现状：在设计方案中采用了“水泥：水=1：1”的浆液配比；

改进措施：为形成劈裂注浆的注浆效果，注浆前期易采用水灰比较大的浆液，水灰比一般控制在1：0.8，增强流动性和劈裂的能力；如注浆压力很小（0.2mpa以下），说明路基内部空洞较大，此时需要减小水灰比，使浆液变稠（建议控制在1-1.2），利于对空洞的填充；正常注浆水灰比控制在1：1 左右。

五、重点过程控制

（一）防止线路隆起

注浆施工引起线路隆起的主要原因：一是石砟粉化形成的“硬壳”形成局部压力集中；二是注浆泵误操作引起的瞬间超压；三是压力测量不准确，过多的估算了压力衰减；现场施工中主要采取了以下措施：

1.道床板结层是列车运行中冲击石砟粉化后沉积，遇水后形成的“硬壳”。在注浆压力集中在“硬壳”下面，压力放散不及时的情况下，容易引起线路整体隆起，影响行车安全。注意观察注浆地点有无板结层的“硬壳”，主要表现特征一是注浆管打入阶段性困难或打入速率明显不同，说民存在板结层“硬壳”；二是高压吹风后，风管不拔出，如压力下降较快说明该处道床通风，通常没有板结层影响；如压力持续不降，该处地质比较复杂，初步判断有板结层存在；三是注浆管撤除时如果没有气体返出，说明该段道床正常；如果有气体返出，初步判断该地段板结层存在；

为保证注浆安全，要对板结层采取放散措施后再进行注浆，主要措施：一是破环板结层，放散注浆压力，注浆时在石砟坡脚打入水平溢浆管，溢浆管头打注浆孔，注浆过程中有浆溢出说明线路是安全的；二是道心布置溢浆检查坑，采用套筒防止石砟溜塌，破坏“硬壳”板结层；

2.注浆管初次注浆压力突然增加，说明注浆管通风不充分，没有吹开注浆孔，需再次吹风通孔，在规定的压力范围内一般不会引起线路隆起；当注浆时间较长，超过10-20 分钟后，压力突然增加要尤其注意，立即停止作业；

3.控制好注浆压力，防止压力瞬间增大；设置注浆孔口压力表，压力突然增加，立即通过无线对讲机同注浆泵操作手联系，停止注浆泵；

4.加强线路检查：充分利用道尺、弦线等线路检查工具，加强注浆过程中进行线路检查，发现线路变化立刻停止施工，整修线路；

5.控制好作业轨温，从防止胀轨的角度出发，夏季作业时防止超温作业，注浆时段选择在上午5：00—10：00 和下午4：00—7：00，并按照防止胀轨的安全措施及应急预案执行，遇高温天气，及时采取浇水降温等预防措施，现场准备氧气乙炔，急救器夹板等防胀应急备品；

6.建立水准观测系统，及时观测线路，实行列车到达作业地点前测量制度，120km/h 以下列车控制在十分钟前测量，高于120km/h 速度列车采取半小时前测量；

7.注浆超压后，要立即检查线路，确认线路几何尺寸无变化后，经过一列车的碾压后，再进行注浆；

（二）及时处理局部冒浆

注浆过程伴随着边坡或护锥冒浆产生，有效及时的封堵冒浆才能使注浆的液面提升到路肩面，起到相应的注浆效果。

1.桥头护砌、护锥塌陷严重地段进行护砌翻修后再进行注浆，护砌翻修时砌体下面铺设300g/m2无纺布；

2.护砌封堵采用水泥砂浆，加入速凝剂，待砂浆初凝后再进行注浆；

3.路肩冒浆后要充分进行渗透，在路肩石砟边做上10cm 挡浆的土堰，使浆液充分的渗透到基床表层；

4.注浆冒浆的液面要在钢轨地面80—90cm 以下，保证道床足够的弹性和大修清筛的进行，一般控制办法是在道心挖检查孔，检查孔底面冒浆后，说明注浆液面已到达要求位置；

5.二次补浆的重要性：注浆初次冒浆后，由于压力的存在，并没有把基床注满，压力恢复后液面会回复下降；所以注浆后水泥初凝以前必须进行二次补浆。

（三）注浆添加剂的重要性

在运输繁忙干线，对浆液注入路基后的初凝时间要高度重视，特别是道砟囊和桥台后空洞形成“浆囊”。在列车的荷载作用下，软体“浆囊”的存在是个很大的安全隐患。另外，遇大雨天气，“浆囊”水溶破坏后极易引起线路的突然下沉；控制浆液的凝固速度，太快容易堵塞注浆管，太慢影响运输安全，凝固一般控制在20-30min；

六、注浆效果

经过改进后的注浆方案和加强措施，保证了施工质量和施工过程的安全。京九线注浆过程中，通过改进后的注浆管布置方案，浆液的注入量明显增加，加固范围有所增大，从在路肩面上布置的注浆观察孔和护锥坡脚冒浆情况来看，注浆工程加固了桥头15 米范围内的路基，在稳压持续注浆的条件下，填充了桥头空洞，改良了桥头路基填土。整个施工过程，有序可控，能够保证行车的安全。

七、结束语

（一）注浆施工的优点

一是不影响既有线运营，在普通速度的铁路上不需中断行车或天窗内施工；二是施工便捷，所需施工机具简单，便于运输和施工；三是与换填、桩机加固方案相比，比较经济、便于实施；

（二）注浆施工的弊端

一是注浆介质和原有路基本体的不均匀造成道床弹性不一致，导致线路运行不平顺；二是路基注浆加固的耐久性需要在运营中进一步总结经验；

（三）需要进一步解决的问题

注浆介质和路基本体土质的结合问题，尤其是在粉砂土质的路基加固中，注浆介质和原有土体的结合性差，在水的渗透作用下的耐久性需要研究，同时需要寻求更接近原有路基本体的注浆介质来代替水泥。在我们的注浆加固中，初步考虑：一是采用粘土泥浆添加水泥的浆液进行填充承载，使其更接近原有路基本体土质，二是试验劈裂注浆的扩散半径和劈裂效果，来改良砂性土的力学性能；