高聚物注浆抬升技术在无砟轨道沉降整治中的应用

2015-03-08中国铁道科学研究院研究生部上海铁路局建设管理处

上海铁道增刊 2015年2期

马斌中国铁道科学研究院研究生部（上海铁路局建设管理处）

马斌中国铁道科学研究院研究生部（上海铁路局建设管理处）

高速铁路无砟轨道开通运营后出现的路基沉降超标问题，直接影响线路的平顺性。通过对无砟轨道路基沉降整治思路分析，确定了注浆抬升的整治方案。介绍了高聚物注浆的抬升机理、机具配备、施工工艺流程、关键施工要点。工程实践表明，高聚物注浆抬升技术能够实现运营高速铁路无砟轨道结构的精确抬升，恢复沉降地段线路平顺性。

高速铁路；高聚物注浆；无砟轨道；沉降整治

我国高速铁路无砟轨道结构，对于路基工后沉降控制要求非常严格，一般不应超过扣件允许的沉降调高量15 mm，过渡段差异沉降小于5 mm，沉降造成的折角，按不大于1/1000控制。但是，在实际的工程实践中，由于特殊工程地质、施工质量控制及外部环境变化等因素影响，部分路基区段的高速铁路无砟轨道，在运营开通后出现局部沉降超出扣件调整范围问题，导致线路平顺性面临着不可修复的难题，对线路正常运营带来较大困扰。

借鉴公路路基加固和混凝土路面抬升采用的高聚物注浆抬升技术，铁科院联合上海铁路局等单位进行了高速铁路无砟轨道路基高聚物注浆抬升技术攻关，对注浆材料、施工设备、施工工艺进行了深入系统的研究，并在运营高速铁路无砟轨道路基沉降超标整治应用中取得了良好的实践成果。

1 概述

某高速铁路站场以路基形式穿越深厚软土地区，软塑～流塑状淤泥质黏土层厚度超过20 m，局部地段硬壳层缺失。地基加固采用PHC管桩＋C30钢筋混凝土筏板加固，管桩间距2.4 m×2.4 m,桩长36 m～40 m，路基填筑完成后进行堆载预压，沉降评估达标后进行无砟轨道施工。道岔区的轨道结构形式主要为双块式无砟轨道和道岔区长枕埋入式无砟轨道，线路横断面结构自上而下分别为：钢轨（道岔）、垫板、轨道板、乳化沥青砂浆、支承层、级配碎石层、路基基床及本体。

线路开通运营后，在交通循环动荷载作用，一端道岔区出现以原改移河道为中心、前后各延伸约200 m长度的凹弧曲线形路基沉降。根据运营36个月后的沉降观测资料显示，上下行线最大沉降量分别达到84.3 mm和109.1 mm。

2 沉降整治方案确定

2.1 沉降整治原则

在不中断高铁线路正常运营的条件下，选用有效的轨道抬升方法，在有限的封锁天窗时间内，完成一个或数个轨道抬升循环的同时，必须符合当天高铁线路开通运行的条件。经过多循环的反复抬升，使该段线路基本恢复原设计轨面高程，与前后线路顺接，满足线路平顺性要求。

2.2 沉降整治思路及方案比选

根据现有的技术条件，要达到高速铁路无砟轨道路基沉降整治目标，首先要分析确定沉降的主要原因，在地基加固基本稳定的基础上，通过填充抬升路基本体或轨道上部结构，达到轨道标高恢复的目的。实现轨顶标高抬升，有两种处理方案可供比选：一是通过加高轨道结构上部的垫板和扣配件进行调整，二是通过填充轨道下部结构层高度（路基本体、级配碎石、支承层、乳化沥青）进行调整。两种方案主要优缺点及适用性包括：

方案一：使用轨下垫板与特殊调高扣件进行调整，并辅以对两端线路进行纵断面拟合优化调整。采用特殊扣件后，目前最大沉降高量能达56 mm，但即使配合进行线路的纵断面优化调整，总体可调整量还是有限。考虑到道岔区段垫板的特殊性，该方案在道岔地段适用性较差。另外，在达到调高极限后，对后续运营中可能出现的沉降无法进行二次调整。

方案二：通过填充轨道下部结构层高度进行轨道结构抬升。即通过高聚物注浆等方式，在轨道板下结构层间增加一定厚度的填充层，从而达到轨道板及轨道结构抬升的目的。该方案可调整量大、适用性强，可应用于各种类型的轨道结构，且能实现多次抬升调整的要求。

综合考虑调高量限值、轨道结构类型、后续沉降调整条件、单次封锁天窗时间及经济性价比等因素，方案二在技术可行的条件下是比较合理的选择。

3 高聚物注浆抬升施工技术

3.1 注浆抬升机理

高聚物注浆抬升技术主要是通过预先埋设的深入到级配碎石一定深度的注浆管，在一定的注浆压力作用下，将高聚物注入路基支承层与级配碎石间形成抬升调整层。高聚物以出浆口为中心，通过扩散、填充、固结、挤密、液压抬升、发泡膨胀等一系列过程，实现支承层及其上部的轨道结构不断抬升，并在精度可控的条件下，达到轨道标高恢复的目的。

注浆抬升过程主要可分为填充挤密和抬升填充两个阶段。在填充挤密阶段，注浆材料在出浆口附近一定范围的级配碎石空隙中快速扩散、快速固结并产生膨胀，挤密级配碎石的同时，在一定范围内与上部轨道结构形成一个密闭空

间。抬升填充阶段，下一循环的注浆材料在密闭空间形成液囊，在注浆压力的液压传动效应下，形成较大的抬升力使轨道结构抬升。如此反复，轨道结构在每个注浆循环的注浆阶段持续得到抬升，在每个注浆循环的停止阶段，注入浆体固结时产生体积膨胀，形成一定的膨胀力，使轨道结构得以抬升。

3.2 主要施工机具配备

总体施工机具配备根据施工组织情况确定，每个抬升小组配备情况如表1所示。

表1 主要施工机具

3.3 施工流程

根据线下工艺试验研究，采用的注浆抬升施工流程如图1所示。

图1 高聚物注浆抬升施工流程

3.4 施工关键要点

（1）高聚物注浆材料应具有良好的物理性能、工作性能和耐久性能。

施工采用的注浆材料为A、B双组份高聚物聚氨酯材料，在铁科院进行线下多工况的实尺试验，形成专题研究成果的基础上确定，其主要性能如表2所示。

表2 高聚物注浆材料性能

（2）注浆压力、注浆节奏、注浆孔距、注浆顺序、单次抬升量等关键施工参数要与注浆材料性能相匹配，以确保施工高效方便的同时，使轨道结构抬升精度满足要求。

铁科院的研究成果表明，注浆单次抬升量宜按10 mm控制（不得超过20 mm），注浆压力控制在7 MPa～9 MPa，注浆节奏为注5 s停10 s。注浆孔设置应以沉降最大点为起点，在线路股道中心、股道两侧设立三排注浆孔，呈梅花形布置，出浆口间距宜控制在1.2 m~1.3 m左右，外侧注浆孔的出浆口离被抬升结构侧边缘距离宜控制在60 cm左右。注浆顺序应先从沉降最大位置进行注浆抬升，再以其为中心，间距5.2 m～8.4 m，左右对称进行其它抬升孔的注浆，最后按跳孔的方式进行填充孔的注浆。

（3）施工天窗点时长应满足要求，施工作业必须符合营业线施工安全管理规定。

综合考虑施工准备、注浆抬升、线路高程复测、轨道线路精调、材料机具撤离等全部工序，应尽量保证天窗点时间不少于270 min。其中，注浆抬升的净作业时间按不少于210 min控制，线路开通前的轨道几何状态必须满足施工地段的限速开通条件。

（4）施工过程各阶段应做好量测监控工作。

施工测量监控包括线路抬升段监控以及邻线监控，监控内容包括线路高程、中线偏移变化，分别采用电子水准仪和全站仪监测。施工前应埋设基准点并测定高程，在轨道板表面进行抬升测量点标记。抬升施工过程中，对本线轨道进行左右股道高程监控，对相邻线路的邻近股道进行高程及水平位移监控，并做为停止注浆抬升控制要素之一。当天注浆完成后，应做好抬升段测点的高程测量工作，以便分析本次抬升效果。

（5）不同轨道结构类型，应进行不同的注浆孔布置及注浆顺序设计。

本施工涉及CRTSⅡ型板式、双块式、道岔区长枕埋入式、含路基端刺结构的双块式等多种类型的无砟轨道结构，

另外，在其他项目也会遇到曲线地段的轨道结构抬升等情况，需要根据轨道结构型式，对注浆孔的布置及注浆顺序进行专项设计，确保能实现高程抬升精度满足要求的同时，线路中心偏移符合要求。