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        運(yùn)營高速鐵路路基基底加固抬升一體化技術(shù)

        2019-03-04 09:59:10宏業(yè)
        鐵道建筑 2019年2期
        關(guān)鍵詞:變形

        ,宏業(yè),, ,

        (1.中國鐵道科學(xué)研究院集團(tuán)有限公司 鐵道建筑研究所,北京 100081;2.中國鐵路總公司 工程管理中心,北京 100844)

        高速鐵路沿線地質(zhì)條件復(fù)雜,且路基受施工質(zhì)量、高頻列車荷載反復(fù)作用以及復(fù)雜多變的自然環(huán)境影響,個(gè)別工點(diǎn)工后沉降超過軌道扣件可調(diào)整的限值,尤其是特殊地質(zhì)段的土質(zhì)路基,沉降更為嚴(yán)重。當(dāng)高速鐵路路基沉降超過扣件的調(diào)整限值時(shí),通常分2步進(jìn)行處理:先進(jìn)行路基結(jié)構(gòu)加固,穩(wěn)定后再進(jìn)行軌道結(jié)構(gòu)抬升。加固一般采用花管、袖閥管注漿、高壓旋噴等方式[1]。抬升方式主要有注漿抬升[2]和機(jī)械抬升[3],均對(duì)軌道結(jié)構(gòu)進(jìn)行抬升。

        本文提出一種通過對(duì)高速鐵路路基基底進(jìn)行注漿,再調(diào)整軌面高程的加固抬升一體化整治技術(shù)。該技術(shù)無須改變施工配置,具有工期短、軌道平順性影響小、不破壞軌道結(jié)構(gòu)的特點(diǎn),能夠顯著提高我國高速鐵路路基沉降的整治技術(shù)水平。

        1 注漿加固抬升一體化機(jī)理

        一般而言,漿液進(jìn)入地層是一種綜合作用的體現(xiàn),包含滲透、填充、擠密等方式[4]。當(dāng)漿液達(dá)到一定量時(shí),土體被漿液填充密實(shí),此時(shí)若繼續(xù)以一定的壓力進(jìn)行注漿,漿液進(jìn)入地層的方式則主要以擠密為主。同時(shí),在土體中產(chǎn)生了抬升作用力,該力作用在既有高速鐵路路基結(jié)構(gòu)上。當(dāng)該作用力增大到一定程度時(shí)既有線路將被抬升。注漿加固抬升一體化機(jī)理見圖1。

        圖1 注漿加固抬升一體化機(jī)理

        1)土體加固

        對(duì)軟弱土體進(jìn)行加固,一方面是工程所需,提高承載力,另一方面是形成抬升所必要的持力層。由于漿液對(duì)土體的壓力是面向各個(gè)方向的,即使徑向受到約束后,在豎直方向上力的作用也是上下等值的。因此,要達(dá)到抬升作用,底部必須形成一定范圍和一定厚度且具有足夠承載力的持力層。

        2)土體壓密

        形成具有足夠承載能力的持力層后,漿液在壓力的作用下擠向土層,形成球狀或圓柱狀的漿體。這一過程是漿液在土體中擴(kuò)張,對(duì)土體產(chǎn)生徑向擠密作用,并使土體發(fā)生徑向彈塑性變形的過程[5]。此時(shí)注漿材料一般為稠度大、流動(dòng)性差的漿液。

        3)土體抬升

        隨著注漿的持續(xù)進(jìn)行,漿泡體積不斷增大,漿泡側(cè)壁和下方受土體反作用力的約束從而形成漿柱。漿柱體積增大到一定程度后,即可對(duì)土體產(chǎn)生抬升作用。

        2 技術(shù)實(shí)施

        2.1 工程概況

        京沈高速鐵路DK534+775—DK534+956段路基位于阜新站站內(nèi),以填方形式通過,最大填方高度8 m。該段地基表面覆蓋結(jié)構(gòu)性粉質(zhì)黏土,厚2.2~3.4 m,遇水可能產(chǎn)生較大附加變形。由于相鄰地段發(fā)生沉降,為消除隱患需進(jìn)行注漿加固處理。

        注漿過程中必然產(chǎn)生一定沉降,本次抬升主要消除此部分影響。注漿處理后累計(jì)最大沉降為11 mm,抬升后最大沉降為3 mm,軌面高程滿足運(yùn)營要求。

        2.2 實(shí)施流程

        在開始抬升前,采用袖閥管注漿對(duì)軟弱土體進(jìn)行加固。加固后收集線路的沉降情況,分析需要抬升的區(qū)段和抬升量以確定注漿參數(shù)。注漿過程中通過信息化監(jiān)測系統(tǒng)實(shí)時(shí)掌握線路的變化情況,如有異常及時(shí)停止作業(yè),待查明原因后調(diào)整參數(shù)方可繼續(xù)施工?;鬃{加固抬升一體化技術(shù)實(shí)施流程如圖2所示。

        圖2 基底注漿加固抬升一體化技術(shù)實(shí)施流程

        2.3 技術(shù)參數(shù)

        1)漿液制備

        項(xiàng)目采用硫鋁酸鹽快硬水泥單液注漿,與普通水泥相比,其具有初凝時(shí)間短、早期強(qiáng)度高的特點(diǎn)。前期注漿以加固土體為主,漿液需要有一定的流動(dòng)性,水灰比為1∶1。抬升階段則需要濃度較大的漿液,考慮施工機(jī)具的適應(yīng)性,現(xiàn)場采用0.7∶1的水灰比。

        2)注漿層位

        根據(jù)實(shí)際路基結(jié)構(gòu)參數(shù),注漿層位宜選在不同土體的上下界面,易于形成水平狀分布的漿泡,有利于均勻抬升。當(dāng)填筑高度較小時(shí)注漿層位選取地基與填料的交界面;當(dāng)填筑高度較大時(shí)注漿層位選取路基填料中的某個(gè)層位。對(duì)于京沈高速鐵路結(jié)構(gòu)性粉質(zhì)黏土注漿處理試驗(yàn),選取地基與填料的交界面層位,其上填筑高度為8 m。

        3)注漿壓力

        注漿壓力是抬升過程的關(guān)鍵控制參數(shù)。為使?jié){液輸送到指定范圍的地層里并產(chǎn)生一定的抬升作用力,必須通過注漿設(shè)備給予漿液適宜的注漿壓力。注漿壓力決定了注漿抬升的速度和難易程度。注漿壓力必須根據(jù)注漿層位、地層條件、漿液情況等因素來確定。對(duì)于京沈高速鐵路注漿壓力控制在1.2~1.5 MPa[6]。

        4)孔位布置

        抬升作業(yè)時(shí),上下行的豎向變形應(yīng)均勻變化,注漿孔應(yīng)沿著線路中心左右對(duì)稱布置,以防止產(chǎn)生橫向偏移量。本次注漿沿縱向每1.5 m為1個(gè)單元,每單元布置20個(gè)注漿孔,最外側(cè)4排孔為止?jié){孔,內(nèi)側(cè)6排孔為抬升孔,其余孔為加固孔,孔位布置如圖3所示。由于注漿工程本身的不確定性,可基于實(shí)時(shí)監(jiān)測結(jié)果動(dòng)態(tài)調(diào)整注漿孔的數(shù)量。

        圖3 加固抬升一體化孔位布置

        5)注漿順序

        為保證本次注漿抬升順利實(shí)施,先進(jìn)行外側(cè)止?jié){孔注漿,形成止?jié){墻,確保漿液無法擴(kuò)散至加固抬升區(qū)以外[7];再進(jìn)行加固孔注漿;最后進(jìn)行注漿抬升。抬升時(shí)必須嚴(yán)格保證對(duì)稱注漿。

        2.4 信息化監(jiān)測系統(tǒng)

        圖4 線路高程狀態(tài)

        加固抬升的順利開展有賴于對(duì)軌道結(jié)構(gòu)空間姿態(tài)的實(shí)時(shí)掌握。監(jiān)測參數(shù)主要為豎向、橫向變形。豎向變形監(jiān)測采用秒級(jí)響應(yīng)的高精度(±0.5 mm)、全覆蓋的物位計(jì)自動(dòng)監(jiān)測系統(tǒng),可實(shí)時(shí)顯示線路的高程狀態(tài),如圖4所示。橫向變形一般采用全站儀進(jìn)行測量,但本項(xiàng)目白天開展作業(yè)較多,受溫度影響,全站儀測量結(jié)果誤差較大。因此,自行研發(fā)了光學(xué)照準(zhǔn)+固定水平尺的技術(shù)方案(見圖5),可達(dá)到±0.6 mm的精度,實(shí)現(xiàn)了對(duì)軌道結(jié)構(gòu)橫向變形的實(shí)時(shí)反饋。

        圖5 橫向變形監(jiān)測系統(tǒng)

        3 結(jié)語

        本文介紹的高速鐵路路基注漿加固抬升一體化技術(shù),無須改變施工配置,具有施工周期短、工藝簡單、不破壞軌道結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)。加固抬升中通過自行研發(fā)的信息化監(jiān)測系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了線路狀態(tài)的實(shí)時(shí)掌握,有力保障了實(shí)施過程的安全高效。該技術(shù)在京沈高速鐵路結(jié)構(gòu)性粉質(zhì)黏土注漿處理試驗(yàn)中成功恢復(fù)了軌面標(biāo)高,滿足運(yùn)營條件,豐富了我國運(yùn)營高速鐵路路基沉降整治體系,具有廣闊的應(yīng)用前景。

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