巖溶地區(qū)路基施工技術(shù)分析
2016-11-07
一、 巖溶地區(qū)路基病害成因
巖溶地區(qū)的路基病害主要表現(xiàn)在路基本身不均勻沉降、變形破壞和路面坍塌等。造成這些路基病害的根本原因在于巖溶地區(qū)地貌的復(fù)雜性和巖溶水的存在。而巖溶水影響占據(jù)著主要方面，當(dāng)土體中的含水程度不同時(shí)，路基的承載能力、固結(jié)壓實(shí)程度不同；巖溶水流動(dòng)時(shí)的沖刷作用也會(huì)對(duì)路基造成機(jī)械破壞，最終導(dǎo)致巖溶地區(qū)的路基工程施工風(fēng)險(xiǎn)較大，這些不足需要依靠扎實(shí)的技術(shù)手段進(jìn)行彌補(bǔ)。
造成路基本身的不均勻沉降病害的原因在于可溶性巖石巖性、斷層節(jié)理、巖溶水化學(xué)成分及巖石次生裂隙等。由于巖溶地區(qū)本身的巖石巖性和巖溶水分布的不均勻性、斷層節(jié)理及次生裂隙雜亂分布，巖溶地貌形成和發(fā)育速率也呈現(xiàn)相應(yīng)的不均勻特征，導(dǎo)致承載路基土體性質(zhì)和承載能力的不均勻。當(dāng)路基所在土體的承受能力無法達(dá)到路基本身強(qiáng)度要求時(shí)，路基則發(fā)生不均勻沉降，影響鐵路工程施工。路基的變形破壞則是由于巖溶水的侵蝕作用導(dǎo)致路基局部強(qiáng)度的大幅度下降而引起的。而路面坍塌是巖溶地區(qū)鐵路路基工程的典型災(zāi)害，巖石巖性、裂隙等決定巖溶溶蝕程度的因素均對(duì)路面坍塌有一定影響；同時(shí)季節(jié)性地下水位變化也會(huì)大幅度增加路面坍塌的幾率。
二、 巖溶地區(qū)路基施工目的及技術(shù)原理
2.1、巖溶地區(qū)路基施工目的
巖溶地區(qū)路基施工主要是進(jìn)行巖溶注漿工藝，即通過機(jī)械設(shè)備依靠壓力差或化學(xué)作用將配好的固化抗?jié)B漿液注入鉆孔內(nèi)的巖石裂隙或溶洞之中，漿液在其中經(jīng)過一定時(shí)間的流動(dòng)和物理化學(xué)反應(yīng)后，形成具有一定體積和支撐性能的固體混合物，以此來增強(qiáng)巖溶地區(qū)土體的力學(xué)特性，減輕巖溶地區(qū)路基施工風(fēng)險(xiǎn)。
進(jìn)行巖溶地區(qū)路基施工的目的首先在于巖溶注漿后，可阻斷上層天然水體與巖溶水之間的流通，保持地下水位的平穩(wěn)，防止由于地下水位的改變?cè)斐蓭r溶地區(qū)壓力虧空，使得路基所處地層強(qiáng)度降低，路基本身的承載能力不足以提供鐵路正常運(yùn)營(yíng)，造成路基損壞，引起鐵路安全事故。其次，由于巖溶地區(qū)巖石大部分為碳酸鹽巖，其中存在許多發(fā)育良好的裂隙、溶洞等，在路基施工時(shí)，上部地層會(huì)承受較大的壓力，可能導(dǎo)致裂隙、溶洞結(jié)構(gòu)遭到破壞，發(fā)生坍塌事故。因此，路基施工時(shí)應(yīng)依據(jù)勘察結(jié)果，對(duì)鐵路線路區(qū)域內(nèi)的裂隙溶洞進(jìn)行巖溶注漿處理，維持巖溶地區(qū)地質(zhì)穩(wěn)定，提高其對(duì)鐵路網(wǎng)線的承載能力，保障施工正常進(jìn)行和鐵路運(yùn)營(yíng)安全。
2.2、巖溶地區(qū)路基施工技術(shù)原理
巖溶地區(qū)路基巖溶注漿技術(shù)主要通過鉆孔注漿來加固地基，主要采用水泥―水玻璃漿液或者水泥漿液等水硬性材料進(jìn)行封堵、固化巖溶地區(qū)巖石裂隙、溶洞等影響鐵路路基穩(wěn)定性的危險(xiǎn)因素。通過注入的漿液與原位土體泥石膠結(jié)，最終形成一個(gè)受力整體，同時(shí)封閉阻隔地下水，消除其對(duì)路基強(qiáng)度的削弱作用，延緩地下水位變化速率，維持路基所在土體長(zhǎng)時(shí)間處于一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的地質(zhì)環(huán)境中，確保該地區(qū)路基施工、軌道鋪設(shè)和鐵路運(yùn)營(yíng)順利實(shí)施。
三、 巖溶地區(qū)路基施工工藝流程及技術(shù)要點(diǎn)
巖溶地區(qū)路基施工技術(shù)根據(jù)施工地區(qū)巖溶地貌特征的不同，其相應(yīng)的工藝措施具有一定的差異。此處便以山西中南部鐵路通道某標(biāo)段路基巖溶注漿施工為例，對(duì)路基施工工藝流程及應(yīng)注意的技術(shù)要點(diǎn)進(jìn)行分析。
巖溶地區(qū)路基施工工藝流程如下：1、施工前的準(zhǔn)備：施工前首先要保證施工場(chǎng)地的平整，提前挖溝槽和集水溝至鉆孔處；然后檢查、調(diào)試注漿施工過程中所用到的鉆機(jī)、注漿泵、拌漿機(jī)等機(jī)械設(shè)備，并對(duì)查明的故障進(jìn)行排除，維護(hù)正常設(shè)備，使全套設(shè)備在施工前狀態(tài)良好；同時(shí)做好施工時(shí)設(shè)備臨時(shí)故障的搶修、補(bǔ)救方案。2、選擇孔位：根據(jù)施工前對(duì)巖溶地區(qū)的勘察，收集施工區(qū)域內(nèi)地質(zhì)情況，根據(jù)相關(guān)設(shè)計(jì)要求及效益最大化理論，準(zhǔn)確選擇合理鉆孔方位。路堤段布置梅花形孔位，路塹段布置正方形孔位。3、注漿設(shè)備和鉆機(jī)就位：在鉆孔位置確定后，應(yīng)將注漿所需設(shè)備運(yùn)至孔位處，同時(shí)對(duì)鉆機(jī)進(jìn)行角度調(diào)節(jié)，并定位牢固，方便鉆孔及后續(xù)工藝的進(jìn)行。4、鉆進(jìn)：將鉆機(jī)鉆桿對(duì)準(zhǔn)選定鉆孔孔位，設(shè)計(jì)開孔直徑不小于工程技術(shù)要求。5、注漿：第一步對(duì)注漿泵進(jìn)行測(cè)試，維持其良好工作狀態(tài)；第二步安裝注漿管線及止?jié){塞，安裝管線時(shí)要先對(duì)鉆孔進(jìn)行清理檢查，確認(rèn)孔眼穩(wěn)定且無尖銳物質(zhì)后，再下入注漿管線；第三步進(jìn)行壓水試驗(yàn)，用1.5至2倍的注漿壓力對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行壓水試驗(yàn)，檢驗(yàn)管線的耐壓能力和管線本身的質(zhì)量問題；檢查注漿設(shè)備的工作狀況，并使其預(yù)熱；第四步配置漿液，要求選用合格注漿材料，配漿用水礦化度盡量低些，使用普通硅酸鹽水泥配漿；最后選擇合理的注漿壓力，向指定鉆孔注入漿液。6、注漿結(jié)束：當(dāng)注入漿液達(dá)到施工制定標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，即停止?jié){液的注入。7、提管、回填：注漿操作結(jié)束后應(yīng)立即將注漿管拔出，防止因漿液凝固固結(jié)注漿管，導(dǎo)致拔出困難；對(duì)于注漿管留下的孔洞，需及時(shí)用水泥漿進(jìn)行封堵。
四、 巖溶地區(qū)路基現(xiàn)場(chǎng)施工問題及處理
在巖溶地區(qū)路基現(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)，由于巖溶地貌發(fā)育特點(diǎn)不同，造成施工過程中會(huì)遇到許多問題，這里，便以石武鐵路客運(yùn)專線路基施工為例，探討路基施工現(xiàn)場(chǎng)問題及相應(yīng)的處理措施。
石武鐵路客運(yùn)專線鄭州至信陽段主要通過黃淮沖積平原地區(qū)，部分段落地質(zhì)條件為巖溶地貌，上覆角礫土層，下伏風(fēng)化灰?guī)r，裂隙和溶洞發(fā)育良好，在路基施工時(shí)對(duì)于溶洞的處理需進(jìn)行重點(diǎn)分析把握。溶洞按照其發(fā)育特點(diǎn)分為輕微溶蝕、一般溶洞和復(fù)雜溶洞三種。這要求在溶洞注漿施工時(shí)，注意遵守先易后難的原則，逐步地整理溶洞的發(fā)育情況，在施工同時(shí)制定和調(diào)整施工方案。
輕微溶蝕是指巖溶發(fā)育輕微，巖溶特征不明顯的較小溶洞。在路基施工時(shí)，主要采用單液注漿工藝措施進(jìn)行處理。具體施工時(shí)，溶洞內(nèi)填充物較少時(shí)，選擇前期加大注漿量并添加中粗砂加密溶洞；若充填物松散或存在一定結(jié)構(gòu)，則可直接注漿加固。一般溶洞指的是巖溶特征明顯且無大裂隙穿過的溶洞。鉆孔施工時(shí)，應(yīng)注意及時(shí)補(bǔ)充因溶洞特性而泄露的冷卻水和漿液。對(duì)于施工工藝選擇方面，首推單液注漿工藝，但注漿流失量過大時(shí)，需采用雙液注漿工藝。而復(fù)雜溶洞則是巖溶特征明顯，且具有發(fā)育良好的裂隙的溶洞。在路基施工中該段極易發(fā)生冷卻水和漿液的嚴(yán)重漏失，實(shí)際處理時(shí)，應(yīng)在鉆至溶洞底部的基礎(chǔ)上，再向下鉆進(jìn)110m，對(duì)溶洞先進(jìn)行充填加固，再采用雙液注漿工藝進(jìn)行處理。
結(jié)束語
巖溶地區(qū)地質(zhì)條件復(fù)雜多樣，對(duì)鐵路路基工程施工的影響十分嚴(yán)重。而巖溶地區(qū)路基巖溶注漿技術(shù)則能有效改善巖溶地區(qū)地層地貌特征，加固路基所在土體，提高其承載能力，防止溶洞坍塌、下沉，減弱了地層水等對(duì)路基施工的影響，保障了路基質(zhì)量。而且，路基施工技術(shù)具有操作簡(jiǎn)單、工期短、見效快等優(yōu)點(diǎn)。本文從路基病害成因入手，分析路基施工技術(shù)目的原理，聯(lián)系實(shí)際探討路基施工流程和施工問題處理，希望對(duì)巖溶地區(qū)的路基施工具有一定的參考價(jià)值。
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