巖溶地區(qū)路基施工技術分析
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)地貌的復雜性和巖溶水的存在。而巖溶水影響占據著主要方面，當土體中的含水程度不同時，路基的承載能力、固結壓實程度不同；巖溶水流動時的沖刷作用也會對路基造成機械破壞，最終導致巖溶地區(qū)的路基工程施工風險較大，這些不足需要依靠扎實的技術手段進行彌補。
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)育速率也呈現相應的不均勻特征，導致承載路基土體性質和承載能力的不均勻。當路基所在土體的承受能力無法達到路基本身強度要求時，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致路基局部強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害，巖石巖性、裂隙等決定巖溶溶蝕程度的因素均對路面坍塌有一定影響；同時季節(jié)性地下水位變化也會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)路基施工主要是進行巖溶注漿工藝，即通過機械設備依靠壓力差或化學作用將配好的固化抗?jié)B漿液注入鉆孔內的巖石裂隙或溶洞之中，漿液在其中經過一定時間的流動和物理化學反應后，形成具有一定體積和支撐性能的固體混合物，以此來增強巖溶地區(qū)土體的力學特性，減輕巖溶地區(qū)路基施工風險。
進行巖溶地區(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造成巖溶地區(qū)壓力虧空，使得路基所處地層強度降低，路基本身的承載能力不足以提供鐵路正常運營，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，上部地層會承受較大的壓力，可能導致裂隙、溶洞結構遭到破壞，發(fā)生坍塌事故。因此，路基施工時應依據勘察結果，對鐵路線路區(qū)域內的裂隙溶洞進行巖溶注漿處理，維持巖溶地區(qū)地質穩(wěn)定，提高其對鐵路網線的承載能力，保障施工正常進行和鐵路運營安全。
2.2、巖溶地區(qū)路基施工技術原理
巖溶地區(qū)路基巖溶注漿技術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)定性的危險因素。通過注入的漿液與原位土體泥石膠結，最終形成一個受力整體，同時封閉阻隔地下水，消除其對路基強度的削弱作用，延緩地下水位變化速率，維持路基所在土體長時間處于一個相對穩(wěn)定的地質環(huán)境中，確保該地區(qū)路基施工、軌道鋪設和鐵路運營順利實施。
三、 巖溶地區(qū)路基施工工藝流程及技術要點
巖溶地區(qū)路基施工技術根據施工地區(qū)巖溶地貌特征的不同，其相應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段路基巖溶注漿施工為例，對路基施工工藝流程及應注意的技術要點進行分析。
巖溶地區(qū)路基施工工藝流程如下：1、施工前的準備：施工前首先要保證施工場地的平整，提前挖溝槽和集水溝至鉆孔處；然后檢查、調試注漿施工過程中所用到的鉆機、注漿泵、拌漿機等機械設備，并對查明的故障進行排除，維護正常設備，使全套設備在施工前狀態(tài)良好；同時做好施工時設備臨時故障的搶修、補救方案。2、選擇孔位：根據施工前對巖溶地區(qū)的勘察，收集施工區(qū)域內地質情況，根據相關設計要求及效益最大化理論，準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、注漿設備和鉆機就位：在鉆孔位置確定后，應將注漿所需設備運至孔位處，同時對鉆機進行角度調節(jié)，并定位牢固，方便鉆孔及后續(xù)工藝的進行。4、鉆進：將鉆機鉆桿對準選定鉆孔孔位，設計開孔直徑不小于工程技術要求。5、注漿：第一步對注漿泵進行測試，維持其良好工作狀態(tài)；第二步安裝注漿管線及止?jié){塞，安裝管線時要先對鉆孔進行清理檢查，確認孔眼穩(wěn)定且無尖銳物質后，再下入注漿管線；第三步進行壓水試驗，用1.5至2倍的注漿壓力對整個系統(tǒng)進行壓水試驗，檢驗管線的耐壓能力和管線本身的質量問題；檢查注漿設備的工作狀況，并使其預熱；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、注漿結束：當注入漿液達到施工制定標準時，即停止?jié){液的注入。7、提管、回填：注漿操作結束后應立即將注漿管拔出，防止因漿液凝固固結注漿管，導致拔出困難；對于注漿管留下的孔洞，需及時用水泥漿進行封堵。
四、 巖溶地區(qū)路基現場施工問題及處理
在巖溶地區(qū)路基現場施工時，由于巖溶地貌發(fā)育特點不同，造成施工過程中會遇到許多問題，這里，便以石武鐵路客運專線路基施工為例，探討路基施工現場問題及相應的處理措施。
石武鐵路客運專線鄭州至信陽段主要通過黃淮沖積平原地區(qū)，部分段落地質條件為巖溶地貌，上覆角礫土層，下伏風化灰?guī)r，裂隙和溶洞發(fā)育良好，在路基施工時對于溶洞的處理需進行重點分析把握。溶洞按照其發(fā)育特點分為輕微溶蝕、一般溶洞和復雜溶洞三種。這要求在溶洞注漿施工時，注意遵守先易后難的原則，逐步地整理溶洞的發(fā)育情況，在施工同時制定和調整施工方案。
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，主要采用單液注漿工藝措施進行處理。具體施工時，溶洞內填充物較少時，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構，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，應注意及時補充因溶洞特性而泄露的冷卻水和漿液。對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，需采用雙液注漿工藝。而復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重漏失，實際處理時，應在鉆至溶洞底部的基礎上，再向下鉆進110m，對溶洞先進行充填加固，再采用雙液注漿工藝進行處理。
結束語
巖溶地區(qū)地質條件復雜多樣，對鐵路路基工程施工的影響十分嚴重。而巖溶地區(qū)路基巖溶注漿技術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，減弱了地層水等對路基施工的影響，保障了路基質量。而且，路基施工技術具有操作簡單、工期短、見效快等優(yōu)點。本文從路基病害成因入手，分析路基施工技術目的原理，聯系實際探討路基施工流程和施工問題處理，希望對巖溶地區(qū)的路基施工具有一定的參考價值。
參考文獻
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