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铁路工程中注浆技术研究现状与发展趋势

发表时间：2021/5/27 来源：《基层建设》2021年第2期作者：牛治国

[导读] 摘要：进入二十一世纪以来，我国铁路工程建设的快速发展，很多已建及在建的铁路面临着软土地基、富藏地下水地层、含泥软弱破碎带等不良地质问题，由此造成的隧道渗漏与突水突泥、路基变形沉降过大等工程病害严重影响我国铁路工程基础设施的安全服役性能。注浆技术以其设备轻巧灵活、施工技术成熟、环境影响程度小等优势广泛用于铁路各类工程病害的治理。

        天津新洲工程设计有限公司天津市 300000
        摘要：进入二十一世纪以来，我国铁路工程建设的快速发展，很多已建及在建的铁路面临着软土地基、富藏地下水地层、含泥软弱破碎带等不良地质问题，由此造成的隧道渗漏与突水突泥、路基变形沉降过大等工程病害严重影响我国铁路工程基础设施的安全服役性能。注浆技术以其设备轻巧灵活、施工技术成熟、环境影响程度小等优势广泛用于铁路各类工程病害的治理。
        关键词：铁道工程；注浆材料；注浆理论；注浆工艺；研究现状；发展趋势
        引言
        岩溶又称为噶斯特，是可溶性岩石在水溶蚀作用下产生的不同形态、现象以及作用的总称。在岩溶注浆处理中，即通过气压、液压等方式的应用实现浆液材料向岩土裂隙的注入，能够在一定范围内固化、扩散的情况下改善地基物理力学特征。在高速铁路建设中，经常会面临岩溶地质类型，通过岩溶注浆技术的应用，则能够有效实现施工目标，需要在实际应用中做好技术的把握。本文将结合工程案例，从工艺流程、技术控制、质量控制的角度对高速铁路路基岩溶注浆技术进行深度解析，进一步明确注浆质量验收标准，为同类工程提供实践参考资料。
        1有控注浆技术基本概念与原则
        有控注浆技术由注浆方案、施工控制标准、注浆施工以及注浆施工监测几个方面组成，是一项多方面与包含多种控制措施的注浆加固技术．注浆方案应针对路基沉降量与沉降区段的实际情况确定，注浆施工应根据确定的方案进行．施工监测作为有控注浆技术重要的组成部分，现场施工控制可根据监测数据实时调整注浆方案和参数．有控注浆方案需达到两个目的：

        图1岩溶注浆工艺流程图
        1.1注浆过程中，注浆施工引起的轨面变形满足轨道线路列车运行安全要求；注浆施工引起的土体变形不会导致路基上部结构（轨道板等）及下部地基结构（桩、筏等）的破坏；（2）利用浆液的加固作用，加固导致路基沉降的软弱地层，增大地基结构的承载力，最终控制路基沉降，使路基达到稳定状态．有控注浆技术依据以下原则：（1）通过监测掌握土体和路基结构受注浆影响后的变化，评价注浆效果和注浆方案的合理性，实现注浆信息化施工；
        1.2以不影响列车运营安全和不破坏路基结构为目标确定隆起量、隆起速率与线路差异沉降，并以此确定注浆施工控制标准和控制措施；（3）依据路基结构形式、土层条件和加固方式充分论证注浆目标层位，结合监测数据实时调整；（4）在充分了解单孔注浆的影响范围、隆沉速率后，确定注浆孔的布置形式和注浆施工步序、间隔时间等施工参数；（5）选择注浆方式需兼顾可注性和土体扰动大小，尽可能通过较小的注浆压力、较慢的注浆速度等低扰动注浆方式使浆液扩散到更大的范围内，充分发挥浆液挤压、渗透的加固作用，对土体进行压密填充．
        2高速铁路路基注浆技术
        2.1工艺流程
        根据图1所示工艺流程逐步开展注浆施工。在注浆处理过程中，需要先做好岩层的打孔处理。具体方式方面，可以联系实际选择一次性或者分段方式打孔处理。之后，则需要进行注浆处理，具体注浆方式的选择方面，可以联系岩洞打孔方式选择一次性或者分段方式注浆，且可以选择随钻方式进行注浆处理。具体方式即在打孔工作当中，保证注浆管线同打孔钻头进入到其中，在完成前方打孔处理后直接将水泥浆材料注入到孔洞当中，对于该种方式，也能够依据注浆管线的不同形式分为较多类型。
        2.2岩溶注浆
        在注浆环节，采取后退式分段注浆方式，使帷幕孔和内侧岩溶注浆孔等都得到有效的加固处理。在各种孔浇筑施工中，最先进行注浆的是帷幕孔，然后是内侧岩溶注浆孔，最后进行岩溶注浆的是跳孔。施工人员务必按照顺序施工。在岩溶注浆过程中，还要做好编号，记录注浆情况。岩溶注浆时，除了要按顺序浇筑外，还要遵循相关操作原则，压力小的孔径最先浇筑，在浇筑中，浆液浓度会逐渐增大，机械设备岩溶注浆速度也会加快。最初阶段和最终阶段的压力不同，所以采用的岩溶注浆方式也有差异。最初选择自流式，待浆液浓度变大或浆液面达到孔口时，这种方式便不能使浆体自由落下，这时需要施加一定的压力，使其被迫注入。压力会逐渐增大，但也会有所限制，应小于最终岩溶注浆压力标准参数值的两倍。在应用后退式分段岩溶注浆技术过程中，岩溶注浆深度较大时，可能会遇到地下水，而地下水位较高的地方会出现钻孔裂隙，这些裂隙的岩溶注浆效果不理想，其岩溶注浆过程会受到地下水流速的影响。为了避免发生大面积漏浆和污染，应停止施工，根据裂隙情况，采取修复措施。同时还要对浆液的浓度等参数进行调整，在合适的时间段施工，及时添加速凝剂，使浆体不易渗漏。为了提前完工，还应改进注浆方式，由单浆液注浆转化为双浆液岩溶注浆。岩溶注浆过程属于增压过程，岩溶区域的地质环境可能会因此发生改变，需要时刻关注现场勘测结果，如果地表发生大幅沉降，要及时采取补救措施，控制现场浇筑压力，通过岩溶注浆逐渐提升地质环境的耐压能力。在岩溶注浆过程中，还要注意使浆体远离周边的农田等，避免污染环境。岩溶注浆结束后，相关人员要做好岩溶注浆效果检查工作，查看每个孔的岩溶注浆情况，检查其是否均匀、密实，是否存在空隙。检查完毕，还要及时用水泥砂浆封孔，孔口以下都要处于封闭状态。在注浆技术实施过程中，如果实际浇筑效果不满足设计要求，就需要调整技术方案和措施，优化浇筑参数或其他措施以满足实际要求。
        3铁路注浆技术发展趋势
        3.1新型注浆材料
        结构体、岩土体注浆加固技术在铁路路基中应用广泛。实际工程中，往往忽略二者性能需求的差异性而采用同种材料进行注浆，导致注浆效果不理想，甚至危害工程安全稳定。对于结构物注浆而言，防水及裂隙填补是首要目的。因此，针对工程服役作用的异同，研发渗透性与韧性兼顾的柔性注浆材料是铁路工程结构物注浆材料研究的发展趋势。研发聚氨酯与水玻璃复合而成的有机-无机混合注浆材料有望综合水玻璃、聚氨酯2种材料的优点，避免各自的缺点，得到兼具低渗透性与韧性的柔性注浆材料，改善单聚氨酯注浆材料的易燃特性。此外，生化领域的发展推动了注浆新材料创新研发，新材料一经应用就会给注浆技术带来巨大突破，非水反应聚合物、CW环氧树脂、MICP、无机有机复合材料等均有待改良创新。
        3.2注浆工艺智能化技术
        铁路工程病害的注浆整治施工中，常因缺乏先进的注浆信息化实时监控技术，使得实际注浆施工时尽量多注，常会引起加固岩土体过大沉降、偏移或瞬时上拱，造成更为严重的二次变形病害。为了确保运营高铁轨道的高平顺性状态，须严格控制注浆量。因此，可能使得施工变形的影响需要更多时间才能凸显，常会引起工期拖延，或在保证工期前提下质量达不到要求，起不到消除病害的作用。
        结语
        注浆是现今铁路地基施工中经常应用到的一类技术，能够加固地基、提升地基承载力的同时避免溶洞下沉、顶板坍塌问题的发生，且具有施工工期短、施工便利的特征，具有较好的应用价值。在上文中，我们对高速铁路路基注浆技术进行了一定的研究，需要在工程建设中充分把握实际，以科学技术的搭配运用做好岩溶地基处理。
        参考文献：
        [1]陈强.论注浆技术在建筑土木工程中的应用［J］.居舍，2019（13）：42-43.
        [2]王鹄，沈宇鹏.化学注浆技术在佛岭隧道突水治理中的应用［J］.铁道建筑，2014，54（7）：70-72.
        [3]张金祥.路基岩溶注浆的施工工艺及应用研究[J].科技视界，2015（14）：96，248.
        [4]陈卫华.京沪高速铁路岩溶路基地基注浆施工工法[J].河南建材，2010（2）：152-154.