馬 斌 中國鐵道科學(xué)研究院研究生部（上海鐵路局建設(shè)管理處）

高聚物注漿抬升技術(shù)在無砟軌道沉降整治中的應(yīng)用

馬 斌 中國鐵道科學(xué)研究院研究生部（上海鐵路局建設(shè)管理處）

高速鐵路無砟軌道開通運營后出現(xiàn)的路基沉降超標(biāo)問題，直接影響線路的平順性。通過對無砟軌道路基沉降整治思路分析，確定了注漿抬升的整治方案。介紹了高聚物注漿的抬升機(jī)理、機(jī)具配備、施工工藝流程、關(guān)鍵施工要點。工程實踐表明，高聚物注漿抬升技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)運營高速鐵路無砟軌道結(jié)構(gòu)的精確抬升，恢復(fù)沉降地段線路平順性。

高速鐵路；高聚物注漿；無砟軌道；沉降整治

我國高速鐵路無砟軌道結(jié)構(gòu)，對于路基工后沉降控制要求非常嚴(yán)格，一般不應(yīng)超過扣件允許的沉降調(diào)高量15 mm，過渡段差異沉降小于5 mm，沉降造成的折角，按不大于1/1000控制。但是，在實際的工程實踐中，由于特殊工程地質(zhì)、施工質(zhì)量控制及外部環(huán)境變化等因素影響，部分路基區(qū)段的高速鐵路無砟軌道，在運營開通后出現(xiàn)局部沉降超出扣件調(diào)整范圍問題，導(dǎo)致線路平順性面臨著不可修復(fù)的難題，對線路正常運營帶來較大困擾。

借鑒公路路基加固和混凝土路面抬升采用的高聚物注漿抬升技術(shù)，鐵科院聯(lián)合上海鐵路局等單位進(jìn)行了高速鐵路無砟軌道路基高聚物注漿抬升技術(shù)攻關(guān)，對注漿材料、施工設(shè)備、施工工藝進(jìn)行了深入系統(tǒng)的研究，并在運營高速鐵路無砟軌道路基沉降超標(biāo)整治應(yīng)用中取得了良好的實踐成果。

1 概述

某高速鐵路站場以路基形式穿越深厚軟土地區(qū)，軟塑～流塑狀淤泥質(zhì)黏土層厚度超過20 m，局部地段硬殼層缺失。地基加固采用PHC管樁＋C30鋼筋混凝土筏板加固，管樁間距2.4 m×2.4 m,樁長36 m～40 m，路基填筑完成后進(jìn)行堆載預(yù)壓，沉降評估達(dá)標(biāo)后進(jìn)行無砟軌道施工。道岔區(qū)的軌道結(jié)構(gòu)形式主要為雙塊式無砟軌道和道岔區(qū)長枕埋入式無砟軌道，線路橫斷面結(jié)構(gòu)自上而下分別為：鋼軌（道岔）、墊板、軌道板、乳化瀝青砂漿、支承層、級配碎石層、路基基床及本體。

線路開通運營后，在交通循環(huán)動荷載作用，一端道岔區(qū)出現(xiàn)以原改移河道為中心、前后各延伸約200 m長度的凹弧曲線形路基沉降。根據(jù)運營36個月后的沉降觀測資料顯示，上下行線最大沉降量分別達(dá)到84.3 mm和109.1 mm。

2 沉降整治方案確定

2.1 沉降整治原則

在不中斷高鐵線路正常運營的條件下，選用有效的軌道抬升方法，在有限的封鎖天窗時間內(nèi)，完成一個或數(shù)個軌道抬升循環(huán)的同時，必須符合當(dāng)天高鐵線路開通運行的條件。經(jīng)過多循環(huán)的反復(fù)抬升，使該段線路基本恢復(fù)原設(shè)計軌面高程，與前后線路順接，滿足線路平順性要求。

2.2 沉降整治思路及方案比選

根據(jù)現(xiàn)有的技術(shù)條件，要達(dá)到高速鐵路無砟軌道路基沉降整治目標(biāo)，首先要分析確定沉降的主要原因，在地基加固基本穩(wěn)定的基礎(chǔ)上，通過填充抬升路基本體或軌道上部結(jié)構(gòu)，達(dá)到軌道標(biāo)高恢復(fù)的目的。實現(xiàn)軌頂標(biāo)高抬升，有兩種處理方案可供比選：一是通過加高軌道結(jié)構(gòu)上部的墊板和扣配件進(jìn)行調(diào)整，二是通過填充軌道下部結(jié)構(gòu)層高度（路基本體、級配碎石、支承層、乳化瀝青）進(jìn)行調(diào)整。兩種方案主要優(yōu)缺點及適用性包括：

方案一：使用軌下墊板與特殊調(diào)高扣件進(jìn)行調(diào)整，并輔以對兩端線路進(jìn)行縱斷面擬合優(yōu)化調(diào)整。采用特殊扣件后，目前最大沉降高量能達(dá)56 mm，但即使配合進(jìn)行線路的縱斷面優(yōu)化調(diào)整，總體可調(diào)整量還是有限?？紤]到道岔區(qū)段墊板的特殊性，該方案在道岔地段適用性較差。另外，在達(dá)到調(diào)高極限后，對后續(xù)運營中可能出現(xiàn)的沉降無法進(jìn)行二次調(diào)整。

方案二：通過填充軌道下部結(jié)構(gòu)層高度進(jìn)行軌道結(jié)構(gòu)抬升。即通過高聚物注漿等方式，在軌道板下結(jié)構(gòu)層間增加一定厚度的填充層，從而達(dá)到軌道板及軌道結(jié)構(gòu)抬升的目的。該方案可調(diào)整量大、適用性強(qiáng)，可應(yīng)用于各種類型的軌道結(jié)構(gòu)，且能實現(xiàn)多次抬升調(diào)整的要求。

綜合考慮調(diào)高量限值、軌道結(jié)構(gòu)類型、后續(xù)沉降調(diào)整條件、單次封鎖天窗時間及經(jīng)濟(jì)性價比等因素，方案二在技術(shù)可行的條件下是比較合理的選擇。

3 高聚物注漿抬升施工技術(shù)

3.1 注漿抬升機(jī)理

高聚物注漿抬升技術(shù)主要是通過預(yù)先埋設(shè)的深入到級配碎石一定深度的注漿管，在一定的注漿壓力作用下，將高聚物注入路基支承層與級配碎石間形成抬升調(diào)整層。高聚物以出漿口為中心，通過擴(kuò)散、填充、固結(jié)、擠密、液壓抬升、發(fā)泡膨脹等一系列過程，實現(xiàn)支承層及其上部的軌道結(jié)構(gòu)不斷抬升，并在精度可控的條件下，達(dá)到軌道標(biāo)高恢復(fù)的目的。

注漿抬升過程主要可分為填充擠密和抬升填充兩個階段。在填充擠密階段，注漿材料在出漿口附近一定范圍的級配碎石空隙中快速擴(kuò)散、快速固結(jié)并產(chǎn)生膨脹，擠密級配碎石的同時，在一定范圍內(nèi)與上部軌道結(jié)構(gòu)形成一個密閉空

間。抬升填充階段，下一循環(huán)的注漿材料在密閉空間形成液囊，在注漿壓力的液壓傳動效應(yīng)下，形成較大的抬升力使軌道結(jié)構(gòu)抬升。如此反復(fù)，軌道結(jié)構(gòu)在每個注漿循環(huán)的注漿階段持續(xù)得到抬升，在每個注漿循環(huán)的停止階段，注入漿體固結(jié)時產(chǎn)生體積膨脹，形成一定的膨脹力，使軌道結(jié)構(gòu)得以抬升。

3.2 主要施工機(jī)具配備

總體施工機(jī)具配備根據(jù)施工組織情況確定，每個抬升小組配備情況如表1所示。

表1 主要施工機(jī)具

3.3 施工流程

根據(jù)線下工藝試驗研究，采用的注漿抬升施工流程如圖1所示。

圖1 高聚物注漿抬升施工流程

3.4 施工關(guān)鍵要點

（1）高聚物注漿材料應(yīng)具有良好的物理性能、工作性能和耐久性能。

施工采用的注漿材料為A、B雙組份高聚物聚氨酯材料，在鐵科院進(jìn)行線下多工況的實尺試驗，形成專題研究成果的基礎(chǔ)上確定，其主要性能如表2所示。

表2 高聚物注漿材料性能

（2）注漿壓力、注漿節(jié)奏、注漿孔距、注漿順序、單次抬升量等關(guān)鍵施工參數(shù)要與注漿材料性能相匹配，以確保施工高效方便的同時，使軌道結(jié)構(gòu)抬升精度滿足要求。

鐵科院的研究成果表明，注漿單次抬升量宜按10 mm控制（不得超過20 mm），注漿壓力控制在7 MPa～9 MPa，注漿節(jié)奏為注5 s停10 s。注漿孔設(shè)置應(yīng)以沉降最大點為起點，在線路股道中心、股道兩側(cè)設(shè)立三排注漿孔，呈梅花形布置，出漿口間距宜控制在1.2 m~1.3 m左右，外側(cè)注漿孔的出漿口離被抬升結(jié)構(gòu)側(cè)邊緣距離宜控制在60 cm左右。注漿順序應(yīng)先從沉降最大位置進(jìn)行注漿抬升，再以其為中心，間距5.2 m～8.4 m，左右對稱進(jìn)行其它抬升孔的注漿，最后按跳孔的方式進(jìn)行填充孔的注漿。

（3）施工天窗點時長應(yīng)滿足要求，施工作業(yè)必須符合營業(yè)線施工安全管理規(guī)定。

綜合考慮施工準(zhǔn)備、注漿抬升、線路高程復(fù)測、軌道線路精調(diào)、材料機(jī)具撤離等全部工序，應(yīng)盡量保證天窗點時間不少于270 min。其中，注漿抬升的凈作業(yè)時間按不少于210 min控制，線路開通前的軌道幾何狀態(tài)必須滿足施工地段的限速開通條件。

（4）施工過程各階段應(yīng)做好量測監(jiān)控工作。

施工測量監(jiān)控包括線路抬升段監(jiān)控以及鄰線監(jiān)控，監(jiān)控內(nèi)容包括線路高程、中線偏移變化，分別采用電子水準(zhǔn)儀和全站儀監(jiān)測。施工前應(yīng)埋設(shè)基準(zhǔn)點并測定高程，在軌道板表面進(jìn)行抬升測量點標(biāo)記。抬升施工過程中，對本線軌道進(jìn)行左右股道高程監(jiān)控，對相鄰線路的鄰近股道進(jìn)行高程及水平位移監(jiān)控，并做為停止注漿抬升控制要素之一。當(dāng)天注漿完成后，應(yīng)做好抬升段測點的高程測量工作，以便分析本次抬升效果。

（5）不同軌道結(jié)構(gòu)類型，應(yīng)進(jìn)行不同的注漿孔布置及注漿順序設(shè)計。

本施工涉及CRTSⅡ型板式、雙塊式、道岔區(qū)長枕埋入式、含路基端刺結(jié)構(gòu)的雙塊式等多種類型的無砟軌道結(jié)構(gòu)，

另外，在其他項目也會遇到曲線地段的軌道結(jié)構(gòu)抬升等情況，需要根據(jù)軌道結(jié)構(gòu)型式，對注漿孔的布置及注漿順序進(jìn)行專項設(shè)計，確保能實現(xiàn)高程抬升精度滿足要求的同時，線路中心偏移符合要求。

4 實施效果

本次軌道結(jié)構(gòu)注漿抬升整治，前后歷時58天順利完成，總體抬升效果符合預(yù)期要求。

（1）抬升過程中，上、下行線路線形控制良好，均滿足當(dāng)日線路開通條件。注漿抬升完成后，上行線最大抬升量82 mm，下行線最大抬升量106 mm。

（2）監(jiān)測結(jié)果表明，本線左右軌因抬升引起的水平變化不超過2 mm。

（3）上、下行線路未發(fā)生因注漿施工出現(xiàn)的明顯中線偏移現(xiàn)象。注漿抬升完成后，上、下行線路中線累計最大偏移測量值分別為2.95 mm、2.5 mm。

（4）動檢車檢測結(jié)果顯示，注漿抬升施工完成后，線路軌道幾何狀態(tài)得到了顯著改善。對比施工以前檢測結(jié)果，線路120 m弦的左、右高低峰值顯著降低，施工后峰值均低于2 mm。同時，該段線路的垂向加速度也明顯降低。

5 結(jié)論與建議

（1）本項目的實踐結(jié)果表明，高聚物注漿抬升施工技術(shù)，可以實現(xiàn)天窗點內(nèi)對多種類型無砟軌道結(jié)構(gòu)進(jìn)行精確抬升、恢復(fù)線路平順性的目標(biāo)要求，是處理運營高速鐵路無砟軌道路基超標(biāo)沉降的一種簡潔高效的手段。

（2）曲線地段的軌道板抬升精確控制，尤其是防止中線偏移的具體施工參數(shù)，還需要經(jīng)過實踐進(jìn)一步檢驗驗證。

（3）高聚物注漿技術(shù)在實現(xiàn)軌道板標(biāo)高抬升的同時，在軌道橫向的線路方向調(diào)整技術(shù)，具有進(jìn)一步研究的價值。

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責(zé)任編輯：宋飛 龔佩毅

來稿時間：2015-4-13