岩溶注浆施工技术在铁路岩溶路基工程中的应用

徐 升，马 静

(1.中铁二十四局集团江苏工程有限公司，南京210000;2.上海三维工程建设咨询有限公司，上海200060)

1 工程概况

新建南京枢纽大胜关长江大桥南京南站及相关工程系西联络线工程，为连接京沪高铁南京南站至沪宁高铁仙西站之间的联络线。设计车速标准为双线160 km/h，Ⅰ级铁路标准。其中L1XDK18+950～L1XDK19+350段为岩溶路基，位于既有宁芜线紫金山站，设计处理方式为:路基底部先进行岩溶注浆加固，而后在岩溶注浆加固区上端8～15 m范围内进行搅拌桩加固处理。岩溶注浆加固区全长400 m。其中L1XDK18+950～L1XDK19+050段为路堑，采用正方形布置，加固边线至路堑侧沟平台外边缘;L1XDK19+050～+350段为路堤，采用梅花形布置，加固范围为路堤坡脚外5 m。注浆孔间距5 m，底端伸入基岩以下5 m，当5 m范围内遇见溶洞时，加固至溶洞底以下1 m。

图1 路堑地段注浆孔布置图

依据勘察资料显示，工程地质情况由上向下依次为:

0)人工填土;

图2 路堤地段注浆孔布置图

(1)粉质黏土，褐黄色，硬塑，σ0=180 kPa;

(1)2 粉质黏土，褐黄色，软塑，σ0=120 kPa;

(2)粉质黏土，褐黄色，硬塑，σ0=200 kPa;

(6)3 K灰岩，灰白色，弱风化，σ0=800 kPa，该层为注浆施工主要加固层。

2 注浆主要目的

岩溶路基对铁路路基的危害是显而易见的，地下洞穴的顶板受到荷载作用坍塌引起洞上的铁路建筑物下沉或破坏;岩溶地区地下水周期性变化会造成该处的地层强度的下降，从而造成路基承载力的下降，危害到路基的安全，严重的还会影响到铁路行车安全。

因此注浆目的主要有两个:

1)根据施工过程中先导勘探孔揭示的路基地层中岩溶的发育情况，由探灌结合孔确定注浆加固的深度范围，一般为碳酸盐基岩中第一层溶洞标高，或为岩土界面以下5 m，如5 m内遇见溶洞时，应至溶洞底以下1 m。浆液填充岩溶空隙，从而加强岩溶整体承载力。

2)原则上以封闭土、石界面为目的，形成隔水帷幕，阻隔上层滞水与岩溶水的联系，保持地下水的稳定，从而达到让路基稳定的目的。

3 施工过程

3.1 施工准备

3.1.1 施工用水电、便道及场地准备

施工用水采用路基边水塘水源，经检测符合注浆用水要求;施工用电为发电机自发电;便道沿路基外侧顺线路方向，满足机械设备及原材料运输条件。施工前将场地内整平并沿钻孔位置开挖沟槽和集水坑。

3.1.2 原材料

3.1.2.1 水泥

注浆用水泥采用复合硅酸盐水泥，水泥强度等级为P.C 32.5，水泥保持新鲜，不超过出厂日期3个月，受潮结块时不得使用。水泥的各项指标符合国家标准，并附有水泥出厂报告。

3.1.2.2 水玻璃

采用符合国家质量要求的水玻璃，施工用水玻璃波美度为38°～43°Be，模数2.4 ～3.0。

3.1.3 施工机械及机具

3.1.3.1 主要施工机具

注浆设备主要包括钻机、注浆泵、搅拌机、混合器、止浆塞、筛网、注浆管、孔口盖及配套仪表等。

以上设备进场报验合格，符合使用要求。

3.1.3.2 辅助设备与机具

机动小翻斗车、手推车、铁锹等生产用小型工具;水准仪、经纬仪、倾斜尺、水平尺、测绳等检测工具。

3.1.4 人员配备

表1 注浆人员配备表

3.2 工艺流程

具体工艺流程见图3。

图3 岩溶注浆流程图

3.2.1 钻孔

根据设计给出的桩位用全站仪放出准确的桩位，并经监理复测确认。

首先施钻先导孔，待先导孔完成后，整理资料，上报监理和设计单位，确定相关注浆深度与范围。采用φ110 mm钻头钻进，保证开孔直径≮110 mm，每一回次钻完后，取出土芯和岩芯，摆放整齐，并用标签记录不同土层的深度，岩性和溶洞的深度。全孔采用φ110 mm套管，护壁套管露出地面0.2～0.5 m。钻孔完成后，由地质编录员及时对岩芯进行编录，分层记录不同土层和岩层的深度，岩溶发育的情况以及地下水位的深度。采用水泥砂浆对注浆套管进行固定。

3.2.2 注浆施工

3.2.2.1 安装注浆管和止浆塞

钻孔完毕，进行清孔检查，在确认没有坍孔和探头石的情况下，方可下管。在确定注浆管内无阻塞物后，即可进行注浆管安装。为减少拔管时的阻力，在注浆管上可上防水板。注浆管安放好后，在注浆管管口加上孔口盖，以防止杂物进入。

3.2.2.2 注水试验

注浆前需进行注水试验，压水压力由小逐渐增大到预定注浆压力，并持续15 min，确定注浆前单位长度吸水量。为后期试验效果对比留下参照。

3.2.2.3 浆液配置

水泥浆液水灰比为0.8∶1～1∶1。若遇空的岩溶通道、较大溶洞和裂隙处，视具体情况先灌入中粗砂或稀的水泥砂浆对溶蚀腔体进行充填，再采用煤灰水泥浆液或双液注浆，全填充溶洞一般采用单液注浆。按照设计要求的水灰比用高速拌浆机拌合水泥浆液。在浓水玻璃中加水稀释，边加水边搅拌，并用玻美计测试其浓度。施工中采用的水玻璃波美度为38°～43°Be。将配制好的化学浆液和水泥浆液各送入搅拌式储浆桶内备用。

3.2.2.4 注浆

注浆顺序:自路基坡脚向线路中心的顺序进行，先两侧后中间，以保证注浆质量。

注浆压力控制:黏土层控制在0.1～0.3 MPa，卵石土层控制在0.1～0.2 MPa，灰岩控制在0.2～0.5 MPa。注浆压力在注浆过程中视注浆深度和地下水位等情况随时调整。

3.2.2.5 结束注浆

当注浆过程中达到以下标准之一时即可结束注浆:

1)在0.1～0.5 MPa压力下进浆量＜4 L/min，延长30 min。

2)分段注浆时，对基岩采用0.2～0.5 MPa压力闭浆20 min，土层及卵石土层采用0.1～0.3 MPa压力闭浆30 min可达到分段注浆结束标准。

3)冒浆点已出注浆范围3～5 m时。

3.2.2.6 拔管、封孔

注浆结束后，经质检工程师检查，通知监理工程师检查确认终孔条件。卸下法兰盘、立即拔管，若拔管不及时，浆液会把注浆管凝固住而造成拔管困难。拔管时使用拔管机。每次上拔高度为500 mm。拔出管后，及时刷洗注浆管，以便保持清洁、通畅。拔出管后留下的孔洞，及时用水泥砂浆封孔。

4 注浆效果检测

路基注浆施工结束后，在监理单位的见证下，对该段注浆加固区进行了检测:

4.1 注水试验

在注水试验前，量测孔内稳定水位后，进行孔内定量注水，观测单位长度吸水量变化幅度，注浆后试验的单位长度吸水量＜注浆前吸水量的3%～5%，可判定达到注浆效果。

4.2 综合物探检测

对注浆前后的物探资料对比，发现效果较好。

由于该段路基目前已经填筑施工结束，后期沉降观测资料表明:该段路基沉降量较小并且稳定，可以认为注浆效果理想。

5 施工建议

1)由于施工地点临近既有线，在施工过程中加强防护，必须坚持一机一人防护。注浆过程中加强地表变形观测，实测地表变形量，做好观测记录，根据观测数据控制注浆压力，以免对附近构筑物产生不良影响。

2)一般根据设计要求，在主要注浆区上部土层可进行适当注浆，如果发现此时注浆压力较低但进浆速度较快时，应与下部注浆区一样注浆。

3)岩溶注浆施工中，由于水泥浆固结，体积收缩会造成注浆充填的上部残存孔洞的现象。可以采取分序注浆和重复注浆的方法，在确认无残存的孔洞后再结束注浆。

4)注浆量大时，可以适当掺加速凝剂，但掺量应在规范允许范围内(或设计要求范围内)，以免影响水泥结晶体强度。

6 结束语

在施工中我们发现，通过试验段研究岩溶的发育情况、填充情况以及裂隙的大小，选择不同的注浆压力及不同配合比的浆液，可以在保证注浆效果的同时更经济合理地进行岩溶注浆施工。通过检测及后期沉降观测结果表明，岩溶路基注浆施工工艺满足设计及施工要求。岩溶注浆施工工艺会在岩溶地段基础加固工程中得到广泛运用。

［1］中铁第四勘察设计院.新建南京枢纽大胜关长江大桥南京南站及相关工程施工图:NJ-4标［R］.武汉:中铁第四勘察设计院，2009.

［2］中铁第四勘察设计院.新建南京枢纽大胜关长江大桥南京南站及相关工程设计与施工参考图集:NJ-4标［R］.武汉:中铁第四勘察设计院，2009.

［3］孙如幂.注浆技术在客运专线岩溶地区路基处理中的应用［M］.长沙:中铁四局集团第六工程有限公司，2007.