高速铁路路基岩溶整治技术研究

杨 健

（中铁上海工程局集团第七工程有限公司，陕西 西安 710000）

如果地质上存在裂缝和溶洞，表面水和地下水会去除渗透过程中的裂缝、溶洞的粘土和其他小粒子等填充剂，进一步增加裂缝和洞窟，引起路基内的沉降。灌浆的目的是在灌浆后用水泥拉力填塞满裂缝和溶洞，使其结合到整个地下，缓和表面水和地下水的渗透，防止裂缝和溶洞的溶解，确保路基的稳定性。

1 工程概况

沪昆客运专线云南段TJ-4 标DK1157+550～DK1157+750 段岩溶路基，设计范围地处浅丘、垅岗地貌，地面高程2078～2150m。路基主要为填土路堤，最大填高为11m。上覆土层为第四系坡洪积红黏土，厚3～32m，具有弱～中膨胀性。下二叠统茅口-栖霞组下伏灰岩为灰色、灰白色、隐晶质，中等厚度，节理裂隙发育。地下水埋深22～30m。地表调查见溶沟、溶槽等岩溶现象发育，岩溶强烈发育。经综合分析评价，设计范围属易塌陷区，需进行岩溶地面塌陷防治处理。

2 总体施工方案

本段均为红黏土覆盖型岩溶路基，红黏土覆盖厚度在9.8～25m。地下灰岩溶蚀性破碎带多而发达，岩溶发育强烈，溶洞多为覆土型充填溶洞，分布在土石界面附近，可采用钻孔注浆充填土石界面附近的溶洞和溶蚀裂隙，以阻隔地表水下渗及地下水渗流通道，防止岩溶地面塌陷发生。

3 注浆施工

1）平整场地：施工前，先采取排水措施，防止地表水渗透，并按设计文件进行处理。此外，通过在路基周围设置污物收集池等，防止浆液溢出污染周边环境，满足环保需要。路堑段应先开挖至路肩高度，路堑边坡稳定，在不影响附近的构筑物的情况下，再修建先导孔。

2）布置孔位：堤防段岩溶注浆加固距路堤边坡5m，路堑段加固至侧沟平台外侧边缘。其中，路堤地段按梅花桩布置，路堑地段按矩形布置，孔间距均为5m。根据孔位平面图，采用全站仪测量放出基桩后，用钢卷尺拉出孔位，确保孔位偏差不大于0.5m。

3）钻孔：旋转钻机用于钻孔，Φ108 合金钻头用于钻孔土壤层。108mm 外壳钻孔到基岩表面，然后用大铊驱动到基岩表面。清洁孔后，108mm 外壳延伸到岩石。顶部外壳应该是1.5m 至2.5m 的短外壳，91mm 位钻在5m 石灰岩上。岩溶洞穴发生在5m 以内，用洞穴底部加固至2m 以下，洞内的剩余残芯不得超过20cm。在钻探过程中，干燥钻孔用于土壤层，饱和水钻孔可在钻孔到岩石层后使用，不允许泥浆钻孔和冲洗水钻孔。泥浆在钻孔过程中直接填补了解决方案差距和裂缝，对灌浆产生了一定不好的影响，影响了工程质量。

4）孔洞清理：孔形成冲洗必须在灌浆前进行。如果在冲洗过程中进行反水钻孔，则钻井冲洗的状态是返回水变清。钻孔冲洗的最终状态是流量小于每分钟50 升，冲洗时间不小于10min。

5）密封孔：该段规定的岩溶路基覆盖层厚度超过4m，因此，孔必须通过孔口管道和水泥浆的动态封堵方法密封。孔口管道的统一孔密封段长度不超过4m，孔保护段位于必须设置为花管的孔密封段下，花管的孔排列为直径5mm，孔间距3.5mm 的梅花型。Φ110 聚氯乙烯给水管道被用作动态阻塞方法密封的孔口管道，公称压力(PN)不低于1.5MPa。孔密封段应压缩成水泥浆。为了避免孔崩等不利条件，终孔和接受之间的时间间隔不应太长。最后孔验收后，孔密封工作应按时进行，灌浆工作应在孔密封水泥浆(或水泥砂浆)最终凝结之后实施。

6）注浆：施工前，应优化水泥和硅酸钠，测试原料。灌浆设备和灌浆压力表应根据实际施工要求合理选择。通常选择的灌浆设备是BW-15 分度泵和2.5kPa 压力计。灌浆前必须选择灌浆浆液的混合物比例。按照岩体的破裂程度，应选择渗透性系数、裂缝发育、灌浆混合物比例为0.8 比1 至1 比1、地质结构和环境条件的水泥浆。对于水泥浆套管和溶洞，水玻璃必须添加到灌浆过程中。水玻璃的浓度为38be 至43be，系数为2.4 至3.0。

(1) 灌浆原材料P.O.42.5 水泥和硅酸钠应在进场前必须实时检测，然后才能使用。(2)水泥浆被搅拌器充分均匀搅拌，然后将准备好的浆液送进灌浆泵的孔中。灌浆浆液遵循从低压力增加到高压力，逐步增加压力的原则。石灰岩的灌浆压力为0.1kPa至0.3kPa，从岩石土壤界面逐渐加压到0.5kPa。灌浆在达到0.5kPa 设计压力并持续30min 后完成。(3)纯水泥单液灌浆一般用于灌浆结构，水与水泥比为1 比1；在双液灌浆中，硅酸盐钠的混合量为水泥浆的1/10。双重液体灌浆是在水泥浆外冒，钻孔中有岩溶洞穴的条件下，为了灌浆而采用的。如果灌浆实量与平均设计灌浆量超过30 倍(15L/洞)，则应采用间歇灌浆或二次灌浆。

4 注浆过程中注意事项及应对措施

岩溶注浆施工中难点控制：钻孔过程中岩芯的采取率、基岩钻进中岩芯的提取、孔口管长度的选择及封实、注浆过程中的孔位串浆、冒浆处理及注浆结束标准的选择。具体应对措施如下：

4.1 岩芯采取率

针对岩溶地区地质条件，在实际操作中经摸索得到：在土层及风化层钻进不超过1 米；岩层钻进不超过1.5 米的前提下可确保如下采取率：黏性土≥90%；碎石类土≥50%，岩溶、构造破碎带≥50%，完整基岩≥80%，确保“探灌结合”设计一般孔资料的真实完整。

4.2 基岩钻孔取芯

在基岩钻孔中，冲击钻孔深度达到岩芯管道长度后，通过抑制水进行旋转钻孔和岩芯钻探可以更好地保证岩芯结构的连续性和完整性。

4.3 孔口管长度的选择和密封

每个灌浆孔必须配备一个直径为108mm 的孔口管。孔口管长度选择：视地层变化情况而调整长度，调整原则如下：土层厚度大于3m 时应保证基岩面以上有不小于3m 受浆长度，土层小于3m 大于1.5m 时应保证基岩面以上有不小于1.5m 的受浆段，土层厚度小于1.5m 时孔口管必须嵌入基岩不小于0.2m(基岩面岩体破碎时适当加大嵌入量)，待注完岩层以后起拨套管0.5m 补注基岩面。孔口管上部必须封实，避免管壁外冒浆，影响工程质量。套管封实采用在孔口处挖深约0.8m，直径为0.5m的坑，待套管下至基岩后，采用水泥拌合半湿粘土（拌合比列1：1）分层填筑坑内，并用重锤依层夯实。

4.4 注浆过程中孔位冒浆及串浆

1)注浆孔外冒浆：孔外冒浆，分点状冒浆和裂缝状冒浆，主要是土层中由于地层早期产生变形遗留下的软弱面或近期施加的外力不均匀沉降留下的结构面。可在裂缝（点）处挖深约（0.1～0.2）m 宽0.1m 的沟（坑），待沟（坑）内充满水泥浆液后停止注浆，若停浆后沟（坑）内浆液不向裂缝内吸入，这种情况可以停止注浆用重锤沿裂缝夯实；若停浆后沟（坑）内浆液向裂缝内吸入，可在停浆的同时将水玻璃以1/3 沟内的浆液量与沟内浆液混合，让沟内水泥浆与水玻璃混合液吸入裂缝内，停止注浆15～20min，即可封堵漏浆。

2)孔位交叉灌浆：泥浆管柱可分为单孔和多孔泥浆管柱，这主要是因为地层孔隙或孔间裂隙通道的连通。浆液通过通道进入另一注浆孔，为了使浆液填充通道，注浆时在被串浆孔内注满水泥浆或封住孔口即可。

3)孔内漏浆：是指注浆时单孔进浆量太大超过设计注浆量的2 倍以上的情况，为了使浆液扩散在加固范围之内，保证工程质量，应以控制进浆量达到设计压力为主要目的，此时应采用以下方法堵漏：加大浆液浓度、浆液中掺入水玻璃的双液注浆或间歇注浆。以上方法在实际工作中应遵循先少量后大量，先小后大的原则，不可一次加入量太大对质量造成负面影响，增加施工投入。

4)灌浆端标准的选择：基岩:在0.5kPa 的设计压力下，浆液注入比例低于每分钟40L/min，浆液封闭30min。土层:在0.5kPa 的设计压力下，可以关闭30min，达到单面灌浆的最终标准。灌浆后，机器和设备管线应及时冲洗，以避免浆料凝固后管线堵塞，这将影响正常分度。每个灌浆孔灌浆后，在完成孔之前，必须用水泥砂浆重新填充表面。

5 检测及分析

岩溶灌浆质量测试方式主要包括三类：即钻孔取芯、物探以及水压检测。如果符合下面当中的一个要求，能够确定是合格，不然的话需要重新补充钻孔和灌浆，直至符合要求：

1）注浆后地层单位长度吸水率小于注浆前的5%。

2）检查孔岩芯可见多处水泥块，基本填满可见空隙。

3）当采用水灰比为2:1 的水泥浆补充注入检查孔时，前10min 的初始进浆量小于10L。

6 结束语

通过沪昆客运专线云南段TJ-4 标DK1157+550～DK1157+750 段岩溶路基岩溶整治施工实例，对注浆工艺，注浆过程中出现的问题及应对措施进行探讨，总结出路基岩溶整治施工的具体技术，为同类工程提供参考实例。