陇海铁路K1575+450～540段路堤沉降整治技术研究
时间：2020-11-05 10:12:42 来源：达达文档网 本文已影响 人 
李早阳
摘要：本文以陇海铁路K1575+450～540段为例，对袖阀管注浆处理铁路路堤的应用效果进行了研究，得到了以下结论：①对袖阀管注浆加固路堤而言，列车所产生的振动波是从坡脚向坡顶传播的。②对未加固路堤而言，坡顶到坡底各测点的加速度峰值存在放大效应。③袖阀管加固区域处加速度响应情况更加明显，表明袖阀管注浆方式对铁路路堤的加固起到了良好的作用。其研究成果可为袖阀管注浆技术加固既有线铁路路堤提供一定的理论支撑。
Abstract：
Taking the K1575+450～540 section of Longhai railway as an example， this paper studies the application effect of sleeve valve tube grouting treatment on railway embankment， and obtains the following conclusions ：
①for sleeve valve tube grouting reinforcement of embankment， the vibration wave generated by the train propagates from the foot of slope to the top of slope. ②for the unreinforced embankment， the peak acceleration of each measuring point from the top to the bottom of the slope has an amplification effect. ③the acceleration response at the sleeve valve tube reinforcement area is more obvious， indicating that the sleeve valve tube grouting method plays a good role in the reinforcement of railway embankment. The research results can provide theoretical support for the sleeve valve tube grouting technology to strengthen the embankment of existing railway.
关键词：陇海铁路;路堤沉降;袖阀管;加速度
0 引言
袖阀管注浆工法是由法国 Soletanche 基础工程公司于上个世纪50年代首创的一种注浆工法，又称Soletanche工法[1]。袖阀管注浆工法由于能较好地控制注浆范围和注浆压力，可进行重复注浆， 且发生冒浆与串浆的可能性很小等特点，在工程中得到了较广泛的应用[2-4]。
袖阀管注浆技术由于其可重复、分段注浆的优点被大量的应用于基坑工程中。窦玉东等人在深圳罗湖区水贝村更新单元基坑工程中采用袖阀管双液注浆技术结合咬合桩形成整体止水帷幕，改良桩后土体，起到了使周边土体密实、稳定的作用[5];胡海英[6]等人、周予启[7]等人均对袖阀管注浆技术在深圳平安国际金融中心深基坑工程的加固治理工程中的应用进行了研究;针对天津周大福金融中心超深基坑存在的地下连续墙渗水及坑底突涌问题，于海审[8]等人采用了袖阀管施工技术对该问题进行了有效地治理;王昌威[9]使用袖阀管注浆法加固构成基坑封底的方法，对山西省农业技术综合服务大楼基坑地下水位的控制起到了良好地作用。
袖阀管注浆技术在高速公路路基沉降及路基溶洞治理工程中的应用也较多[10-12]，如王安辉[13]等人针对江苏省沿海已通车高速公路试验段（K865+220～280）存在的沉降病害，提出了既有高速公路运用侧向辐射注浆法进行沉降病害处治的设计方法和施工工艺;韩静兵[14]等人首先对袖阀管注浆工艺进行了简单概述，然后具体分析了袖阀管注浆的施工工艺，为袖阀管注浆在路基溶洞处理中的应用提供了一定的参考。
通過上述研究发现，关于袖阀管注浆技术的应用研究大多集中在基坑工程、高速公路路基沉降及路基溶洞治理工程等领域，而对于袖阀管加固既有线路路堤的应用研究还很滞后，这就为本文的研究提供了契机。因此，本文以陇海铁路K1575+450～540段为例，通过现场加速度采集试验，对袖阀管注浆技术加固铁路路堤的应用效果进行了研究，旨在为袖阀管注浆技术加固既有线铁路路堤提供一定的理论支撑。
1 工程概况及路堤沉降治理方案
1.1 工程概况
陇海铁路西起兰州站、东至连云港站，正线全长1759km，设计速度140～200km/h，列车最高运营速度160km/h。陇海线K1575+450～540段位于定西市通安驿东侧，该段线路位于路堤填方体上，路堤填方高度约为4.69m，填方土体为黄土。在路堤边坡上设置拱形骨架，骨架内部植草以减轻雨水对坡面土体的冲刷现象，且为了保护生态，在设置骨架的时候保留了坡面上原有的树木，路堤边坡如图1所示。
在持续的列车荷载下，该段路堤出现了沉降，致使轨枕外侧的挡墙出现了断裂现象，如图2所示。该挡墙高为50cm，宽40cm，其作用是固定道砟位置，防止其在行车荷载的作用下产生位移而对列车的安全运营带来威胁。
1.2 路基沉降治理方案
由于陇海线列车通行量较大，在综合考虑不影响列车通行、切实有效地加固路堤、经济节约等多因素的情况下，本文利用袖阀管劈裂注浆定量定尺、可控注浆及可重复注浆的优点对陇海线K1575+450～540段路堤沉降进行了加固处理。其中，袖阀管为内径50cm，壁厚3mm的PVC管，每节袖阀管的长度为2.0m，袖阀管之间可通过螺纹扣连接。注浆孔布置在线路外侧路肩上，呈单排布置，注浆孔之间间距为2.0m，直径不小于90mm，角度为23°，每个注浆孔中袖阀管的总长为9.5m。其设计图如图3所示。
2 袖阀管注浆工艺原理及施工技术指标
2.1 袖阀管注浆工艺原理
袖阀管注浆加固机理首先是通过钻机开挖成孔，然后插入袖阀管，插入袖阀管的过程中要尽量使得袖阀管位于钻孔中心，再在袖阀管外壁与孔壁之间浇注能起到保护孔壁且固定袖阀管位置作用的套壳料。注浆时将浆液用注浆泵加压进入注浆管，聚集到袖阀管注浆管段，注浆管段上每侧有4个直径为10mm的溢浆孔，溢浆孔外侧包裹有橡胶圈，在注浆压力的作用下，橡胶圈被顶开，浆液通过溢浆孔从橡胶圈的上部和下部射出冲破套壳料。袖阀管的构造如图4所示。
当压力逐渐增大到一定程度，被加压的浆液就会沿着地层结构产生充填、渗透、压密、劈裂流动，续后的浆液在压力作用下，使得劈裂裂缝不断向外延伸，浆液在土体中形成固结体，从而达到增加地层强度，降低地层渗透性的目的。当一次注浆完毕时，橡胶圈会自动封闭溢浆孔，防止地下水、土体和浆液进入孔口内，逐次提升或降低注浆内管即可实现分段注浆[2]。袖阀管注浆后的效果如图5所示。
2.2 袖阀管注浆施工技术指标
袖阀管注浆过程中应严格把控注浆压力、浆液配合比、套壳料配合比等关键技术指标。在本次路堤加固过程中，注浆压力为0.2～0.8MPa之间，最上面一排注浆孔注浆压力不超过0.30MPa。注浆采用双头封闭囊式注浆器，封闭压力不超过2.5MPa。注浆时采用后退式分段注浆，步距不超过0.60m，注浆速度宜控制在10～50L/min之间。每次注浆后进行洗孔，确保注浆管畅通。
袖阀管套壳料的水∶灰∶土比为1.6∶1∶1，采用42.5级普通硅酸盐水泥与膨润土，固化强度不超过0.3MPa。
浆液水泥选用强度等级为42.5的普通硅酸盐水泥，水灰比1：1～0.8：1。浆液掺入5%的速凝剂，以保证快速凝结，浆液的制备过程如图6所示。
3 现场試验设计
3.1 测试原件介绍
本次试验中所用的传感器为TST1000压电加速度传感器，其测量范围为0～5g，最大横向灵敏度≤5%，频率响应为0.2～1000Hz，工作电压为+18～+28V，工作电流为+2～+10Ma，加速度传感器如图7所示。
3.2 测试断面设计
为了明确加固区路堤与未加固区路堤在行车荷载下的加速度响应区别，本次试验选择在K1575+522及K1575+600里程处分别布设两个测试断面。其中，加速度传感器的布置方式均为沿坡面纵向布置一排加速度传感器，传感器距离坡面的垂直距离为30cm，其编号自坡底至坡顶依次为A1～A5，每两个加速度传感器之间的距离为2m，A1、A5至坡脚及坡顶的距离均为0.5m。上述两个断面加速度传感器的布置方式均如图8所示。
4 袖阀管注浆在路堤治理过程中的应用效果分析
4.1 加固区域加速度响应分析
选择袖阀管注浆法处理路段K1575+522里程处布置的加速度传感器，采集下行线（兰州方向）客车经过时加速度的响应情况。此处，以客车经过时加速度响应最强烈的典型时间段为研究对象，分别做出A1～A5测点的加速度时域曲线，如图9所示。
由图9可得，A1测点处加速度峰值为0.0001cm/s2，加速度峰值所对应的时间为22.8s;A2测点处加速度峰值为0.009cm/s2，加速度峰值所对应的时间为24.0s;A3测点处加速度峰值为0.00004cm/s2，加速度峰值所对应的时间为24.1s;A4测点处加速度峰值为0.00003cm/s2，加速度峰值所对应的时间为24.2s;A5测点处加速度峰值为0.0008cm/s2，加速度峰值所对应的时间为24.6s。
对比上述各测点加速度峰值可发现，A1、A2测点处加速度峰值最大，分析其原因是由于这两个测点靠近坡脚位置，土体压实度较好，行车荷载下所产生的波形在该处得到了较好的传播所造成的。同时，对比各测点加速度峰值所出现的时刻可发现，从A1～A5测点加速度存在滞后现象，表明列车所产生的振动波是从坡脚向坡顶传播的。
4.2 未加固区域加速度响应分析
选择未处理路段K1575+600里程处布置的加速度传感器，同样采集下行线（兰州方向）客车经过时加速度的响应情况。此处，以客车经过时加速度响应最强烈的典型时间段为研究对象，分别做出A1～A5测点的加速度时域曲线，如图10所示。
由图10可得，A1测点处加速度峰值为0.00016cm/s2，加速度峰值所对应的时间为137.8s; A2～A5测点处加速度峰值分别为0.000018cm/s2、0.000016cm/s2、0.000015cm/s2、0.000008cm/s2，其加速度峰值所出现的时间均在139.2～139.3s之间。
对比上述各测点加速度峰值可发现，从测点A5～A1加速度峰值逐渐增大，即从坡顶到坡底加速度峰值存在放大效应，分析其原因是列车所产生的振动源在路堤表面，这与地震波作用下加速度沿高程放大现象具有相似性。且对于测点A1而言，其加速度峰值为其他各测点加速度峰值的9～20倍，说明靠近坡底位置处土体的压实度更好，土体对于振动波的吸收较小。
提取出K1575+522及K1575+600里程处各对应测点的加速度峰值，绘制出图11。
通过图11可知，袖阀管加固区域处加速度响应情况明显要大于未加固区域各测点的加速度响应情况，分析其原因是浆液与土体凝结，增加了土体的密实度，从而导致加固区域的土体对振动波吸收较少的现象而造成的，也间接表明袖阀管注浆方式对铁路路堤的加固起到了良好地作用。
5 结论
本文以陇海铁路K1575+450～540段路堤处理为工程背景，现场采集并对比分析了袖阀管注浆加固路堤与未加固路堤在行车荷载下的加速度响应情况，得到了如下结论：
①对袖阀管注浆加固路堤而言，从坡脚到坡顶的各测点加速度存在滞后现象，即列车所产生的振动波是从坡脚向坡顶传播的。
②对未加固路堤而言，坡顶到坡底各测点的加速度峰值存在放大效应，这与地震波作用下加速度沿高程放大现象具有相似性。
③袖阀管加固区域处加速度响应情况明显要大于未加固区域各测点的加速度响应情况，表明袖阀管注浆方式对铁路路堤的加固起到了良好的作用。
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