張志遠

(中國鐵路上海局集團有限公司,上海 200071)

CRTSⅠ型板式無砟軌道是我國高速鐵路建設前期采用的軌道結構形式之一，目前整體運營狀況良好。然而，隨著運營年限增加，局部地段軌道防水措施逐漸失效，在雨水充沛地區(qū)，特別是當路基級配碎石層細土顆粒較多出現(xiàn)排水不暢時，被水侵蝕的路基在列車沖擊載荷作用下，易發(fā)生振動液化，造成路基翻漿病害。部分發(fā)生翻漿病害的路基在后期逐漸演變?yōu)椴痪鶆虺两?，且沉降量超出扣件允許可調(diào)范圍，影響軌道平順性及行車安全[1]。為了恢復線路運行的穩(wěn)定性和舒適性，亟需采取必要的路基深層排水加固與抬升整治措施。

1 傳統(tǒng)淺層注漿加固抬升技術的不足

聚氨酯注漿抬升技術由于施工快速、穩(wěn)定且無需后期養(yǎng)護，已廣泛用于無砟軌道路基不均勻沉降治理等領域[2-3]，并在路基表層加固抬升技術工藝[4-6]，注漿材料性能[7]，室內(nèi)仿真分析試驗[8-9]，運營線上對比整治試驗[10]方面取得了相關研究成果。該技術可以在不影響軌道結構受力狀態(tài)及行車安全的前提下對軌道結構進行抬升，恢復線路的平順性[10-12]，改善沉降區(qū)段線路的動力特性[13-14]。然而，對于因翻漿造成的路基不均勻沉降，由于沉降路基中級配碎石層會有積水存在，此技術在施工過程中存在一定的局限性，主要表現(xiàn)在：(1)聚氨酯淺層抬升注漿技術的重點在于如何對發(fā)生沉降的上部軌道結構進行快速、穩(wěn)定的抬升，因此，一般情況下會通過加快注漿材料反應及固化速度的方式來提高抬升效率；然而，加快注漿材料反應速度會嚴重限制注漿液的流動范圍，進而無法實現(xiàn)對翻漿病害地段富水路基的排水與加固；(2)在注漿施工過程中，聚氨酯注漿材料遇到路基中的積水后會無規(guī)則膨脹，且膨脹倍率不可控，影響施工精度及材料自身使用的耐久性；(3)注漿抬升施工時，傳統(tǒng)注漿技術通常由沉降嚴重區(qū)域開始，采用2臺設備進行單點對稱注漿抬升，難以保證施工過程中軌道結構的整體同步抬升，進而造成軌道結構部分區(qū)域的應力集中現(xiàn)象。結合以上分析，針對翻漿引起的路基不均勻沉降治理，傳統(tǒng)聚氨酯淺層注漿抬升技術無法實現(xiàn)路基深層排水加固，且抬升質(zhì)量和精度受路基水環(huán)境的影響較大。

為解決上述問題，對聚氨酯材料及其施工工藝開展系統(tǒng)研究，基于目前較為成熟的聚氨酯淺層注漿抬升技術，研究采用“水不敏感改性聚氨酯注漿材料”配合“多點聯(lián)動注漿抬升工藝”，對富水環(huán)境下的路基軟弱土進行排水與加固，實現(xiàn)對沉降軌道結構的高質(zhì)量、穩(wěn)定抬升，降低施工風險。

2 聚氨酯深層注漿加固抬升關鍵技術

2.1 聚氨酯注漿材料的性能要求

針對翻漿引起的路基不均勻沉降，聚氨酯深層注漿加固抬升技術不僅需要能有效恢復設計軌面高程，而且還需對富水環(huán)境下的路基空隙實現(xiàn)擠密與壓實。因此，所用聚氨酯注漿材料，需滿足以下基本條件。(1)注漿材料遇路基內(nèi)積水后，反應性能可控，保持較高的閉孔率；其在水中發(fā)泡的密度需為正常條件下發(fā)泡密度的85%以上，從而有效規(guī)避過抬風險；同時，保證材料的最終強度，為路基提供骨架支撐，確保治理后富水路基地段整體結構的長期穩(wěn)定。如圖1所示，經(jīng)水不敏感改性后，可有效避免傳統(tǒng)注漿材料在遇水發(fā)泡后膨脹不可控、無規(guī)則炸裂等缺陷。(2)注漿材料表干時間可控，且半小時內(nèi)可達到最終強度的90%，不影響次日列車常速運行。改性聚氨酯注漿材料的詳細性能指標要求如表1所示，通過對注漿材料流動性、反應性、力學性能以及耐久性的綜合設計，使其能充分實現(xiàn)富水沉降路基的填充與加固，并保證沉降軌道結構抬升的穩(wěn)定性與良好的耐久性。

圖1 聚氨酯注漿材料入水發(fā)泡后的形貌對比

表1 改性聚氨酯注漿材料的性能要求

2.2 施工工藝流程

在不影響列車運行的情況下，采用改性聚氨酯深層注漿加固抬升技術，對翻漿引起的路基沉降進行綜合整治，整治流程如圖2所示。

圖2 聚氨酯深層注漿加固抬升技術施工流程

(1)確定抬升量

施工前，預先檢查現(xiàn)場翻漿及沉降工況，利用電子水準儀和全站儀測量沉降區(qū)段內(nèi)線路的初始沉降值。拆除調(diào)高墊片更換為標準扣件，然后第二次進行沉降值測量，最終確定各軌枕所需抬升量。本步工序?qū)僬阶{前的抬升量確認復核工作，當抬升區(qū)段長、工點多時可在正式注漿前的天窗內(nèi)提前完成，不占用注漿主體工程天窗時間。抬升區(qū)段短或單個工點時可在注漿前用30 min左右完成。

(2)鉆注漿孔、安裝注漿管

在軌道板外側底座頂面標識注漿孔的位置，根據(jù)圖3設計標識鉆孔并埋設注漿管。鉆孔時，鉆頭與豎直方向成45°角。其中，注漿孔直徑16 mm，孔深1.1～1.2 m，距底座板邊緣15 cm，相鄰注漿孔間距63 cm。第一輪注漿孔為主注漿孔，第二輪注漿孔兼做觀察孔。注漿孔清理干凈后，將注漿管插入孔內(nèi)擰緊止?jié){閥。本步工序宜根據(jù)整治區(qū)段長度及工點數(shù)量靈活選擇單點作業(yè)和流水作業(yè)模式。多工點流水作業(yè)時，不占用注漿主體工程天窗時間。單點作業(yè)時，本步工序宜控制在40 min內(nèi)完成。

注：1.紅色注漿孔為主注漿孔，進行第一輪注漿；2.白色注漿孔為備用注漿孔，用于第一輪注漿不足時進行補注，兼做觀察孔。

(3)注漿加固與抬升

在注漿施工前，應提前對注漿設備進行調(diào)試并對注漿材料預打樣，確認注漿材料的反應速度及其他各方面性能均正常后方可注漿施工。

注漿抬升原則上由沉降量最大的位置(通常為伸縮縫附近)開始，按照“先嚴重后一般”的原則進行抬升作業(yè)。如圖4所示，為了避免單點抬升造成軌道結構部分區(qū)域應力集中，保證抬升過程的均一、穩(wěn)定，提高抬升效率，宜采用“多點聯(lián)動注漿抬升工藝”，使用多臺注漿機在線路兩側進行同步加固抬升。

圖4 多點聯(lián)動注漿順序

注漿過程中，單次抬升量按照“寧小勿大”的原則，單次最大抬升高度不得大于10 mm。如在抬升過程中發(fā)現(xiàn)相鄰或?qū)γ娴淖{嘴有漿液或串漿現(xiàn)象應立即停止注漿，更換注漿機位至下一注漿孔注漿，直至軌面達到設定高程后結束注漿并封堵注漿孔。

為保證整治質(zhì)量，注漿過程中需重點落實：①對注漿區(qū)域采用電子水準儀進行初始數(shù)據(jù)測量，單個軌道板上測點不少于6個，且均勻分布于軌道兩側，尤其注意伸縮縫兩側的數(shù)據(jù)監(jiān)控。②將注漿槍與注漿管連接好后進行注漿。注漿過程中在注漿點附近對鋼軌軌面和軌道板進行實時監(jiān)測，控制注漿壓力和注漿量，避免軌面超出抬升允許值。注漿點完成注漿2 min后可撤銷對該點的監(jiān)測。注漿從病害最嚴重處開始，逐步向兩側進行，直到全部注漿管注滿注完。注漿過程中隨時觀察相鄰或?qū)γ娴淖{嘴有無漿液冒出，如果出現(xiàn)串漿現(xiàn)象即停止注漿并封閉此注漿嘴，換孔注漿，直至徹底飽滿后結束注漿。③采用專用注漿設備進行施工，注漿過程中壓力需保持恒定連續(xù)。注漿壓力應能保證改性雙組份聚氨酯材料充分反應，出漿點壓力控制在0.5～1.0 MPa。

注漿是加固抬升核心工序，采取多輪灌注，抬升精度動態(tài)控制模式。以一塊板為一個工作單元，每塊板總灌注時間宜控制在90 min內(nèi)完成，注漿完成2 min后停止觀測，確認抬升滿足要求后轉(zhuǎn)移孔位。

(4)次生病害修復及線路精調(diào)

針對CA砂漿層離縫、軌道防水封閉層破損以及軌道板裂縫等路基沉降引起的次生病害，為保證施工后軌道結構的長期穩(wěn)定，應及時進行修補填充與防排水施工。施工結束后，使用精調(diào)小車對軌道進行測量，通過更換標準墊板的方式確保軌道結構的平順性。本步工序為注漿抬升的收尾工作，宜控制在40 min內(nèi)完成，所有工作在天窗關閉前30 min完成，未完工作在下一天窗繼續(xù)。

3 工程應用

滬寧城際上行K111+875處為路橋結合部區(qū)域，經(jīng)現(xiàn)場勘查發(fā)現(xiàn)，線路兩側(前后共13.6延米)有較為嚴重的翻漿病害，且由于路基中泥漿不斷翻出，軌道結構發(fā)生不均勻沉降。為了臨時維持軌道結構的平順性，內(nèi)外股軌下均有較大墊高量，其中，外股最大扣件墊高量為33 mm，內(nèi)股最大墊高量為32.5 mm。

采用改性聚氨酯深層注漿加固抬升技術對該路橋結合部區(qū)域進行翻漿整治和抬升加固，以盡快恢復軌道結構的設計高程，從根本上對富水路基進行排水、擠密與加固，維持軌道結構的長期穩(wěn)定。此次施工共使用6臺注漿機，分3小組進行多點聯(lián)動注漿，按照先嚴重后一般的原則進行抬升作業(yè)施工，注漿抬升施工如圖5所示。

圖5 注漿及多點聯(lián)動抬升施工

此次施工里程共計13.6 m，其中抬升量最大點為sk189-1，抬升量達到28 mm。如圖6所示，抬升施工后軌道板錯臺現(xiàn)象消失，且恢復標準扣件。經(jīng)改性聚氨酯深層注漿加固抬升施工，成功對路橋結合部特殊區(qū)域富水環(huán)境下路基軟弱土的深層排水與加固，并實現(xiàn)對沉降軌道結構的高質(zhì)量、穩(wěn)定抬升，抬升精度可達0.1 mm。

圖6 施工前后軌道墊高量對比

除以上整治工點外，滬寧城際上行K112+495、K113+380、K163+650、K200+650等里程位置，下行K163+650、K230+180、K232+927、K249+155等里程位置共計20處，均存在路基沉降導致扣件墊高量較大的問題，采用改性聚氨酯深層注漿加固抬升技術整治過后線路狀態(tài)恢復正常，效果良好。

4 結論

針對高速鐵路運營過程中路基加固抬升整治工程，通過對改性聚氨酯深層注漿加固抬升技術的研究與實踐，得到以下結論。

(1)提出了水不敏感型聚氨酯深層注漿加固抬升技術，確定了聚氨酯材料遇水反應密度保持率不低于85%、閉孔率不低于85%等關鍵技術性能，為有效規(guī)避過抬風險，保證材料的最終強度，確保治理后富水路基地段軌道結構的長期穩(wěn)定奠定了材料基礎。

(2)通過對聚氨酯注漿加固材料表干時間的優(yōu)化，可實現(xiàn)半小時內(nèi)達到最終強度的90%，不影響次日列車常速運行，可將養(yǎng)護施工對運營造成的不利影響降到最低。

(3)通過對現(xiàn)場注漿孔位的優(yōu)化布設及多輪灌注工法，可實現(xiàn)多點聯(lián)動沉降抬升及抬升過程的精確動態(tài)控制，可有效避免單點抬升造成軌道結構部分區(qū)域應力集中的現(xiàn)象，確保抬升過程協(xié)調(diào)同步、穩(wěn)定高效。

(4)通過在滬寧城際路基不均勻沉降治理中的成功應用，驗證了高速鐵路路基沉降地段基于改性聚氨酯固化抬升技術的有效性，整治抬升后軌道結構動態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)穩(wěn)定，軌道平順性得以恢復，線形控制良好。