复杂岩溶地区的新型可控注浆方法

甘传奇

（中铁第一勘察设计院集团有限公司陕西铁道工程勘察有限公司，陕西 西安 710043）

0 引言

在我国西南等地区，岩溶现象发育广泛，在地下水的长期作用下，使得铁路路基的强度大幅降低，地基稳定性较差同时极易造成地基的不均匀沉降或者塌陷，对于铁路上部结构的施工与运营安全有着重要影响。目前，在处理岩溶地区的地基工程问题中，注浆方式由于既可以封存地下水又能对破碎岩体进行加固，因此作为岩溶地基处理的主要方法之一。近年来在岩溶区不断修建铁路、公路及房建，现在工程施工正在走向标准化、精细化、绿色化，对环境的要求越来越高，故岩溶注浆处理施工也要从粗放型施工转到精细化施工。

1 杂岩溶路基地区的注浆控制方法研究现状

注浆是目前岩溶路基的处理常用的方法之一，铁路路基岩溶防治主要采用注单液水泥浆为主，典型的注浆工艺为钻孔-封孔-注浆，此种方法在一般的岩溶路基段收到了良好的处理效果，但在面对复杂的岩溶路基段，存在一定的局限性。1826 年英国发明了硅酸盐水泥，并于1864 年在阿里因普瑞贝矿首次应用于水泥注浆对井筒进行注浆，取得了较好效果[1]。1914 年德国的汉斯耶研制成功了水玻璃和水泥浆一次压注法，注浆材料开始向以水玻璃类为主的化学浆材发展[2]。我国最早路基注浆是在浙赣及宁安铁路。50 年代末出现环氧树脂类注浆材料等，60 年代丙烯酰胺、水泥－水玻璃双液等注浆材料开始大规模应用；进入80 年代，超细水泥、水域性聚氨酯、木质素类、脲醛树脂类以及更多类型的外加剂逐步应用于各类注浆工程中[3]。

2 注浆中的冒浆处理的研究现状

由于地貌、地层、构造、封孔、注浆压力等方面的原因，冒浆和串浆是注浆施工过程中经常遇到的问题。如果冒浆量比较少的话，则对注浆效果影响不大，但是如果冒浆量严重的话，不仅难以形成注浆帷幕，同时还会提升工程造价以及环境污染。目前水电上对于注浆的研究较多，但水电注浆一般为高压注浆，处理目的为防渗及坝基加固；而且铁路岩溶注浆则主要为封闭土石界面，防止水对岩体侵蚀，提高岩体整体性和地基承载力，防止路基塌陷。

对于复杂岩溶的注浆控制方法及冒浆处理，处理措施仍然单一，主要有为常规灌浆法和灌浆强度值法（GIN 法）。常规灌浆法在水电、铁路、公路的行业应用较广；GIN 法中创建了注浆自动控制系统、注浆过程监控及监测手段，可动态跟踪监测注浆过程流量和压力的变化，相较常规注浆方法有较多优点，但仍存在较多问题和可靠工程实践证明，同常规注浆一样同属于非可控注浆[4]。在复杂岩溶路基地段浆液流失严重的问题。不仅影响注浆质量，影响经济效益，而且对环境造成了污染，在目前工程建设精细化管理的目标下，传统的注浆方法已经不能满足注浆的要求。

本文以黔张常铁路工程为背景，依托黔张常铁路DK11+000～DK42＋900段岩溶路基注浆处理开展研究工作，借鉴国内部分已有的技术成果，通过探究岩溶形成机理、分布、形态和发育特征分析，提出一种新的注浆方法，能控制灌浆时间和灌浆量可控的注浆控制方法，实现了注浆技术的非可控到可控的转变，可以为以后类似铁路、公路路基复杂岩溶地区提供示范工程，对提高铁路行业岩溶地基处理水平有较大作用。

3 工程概况

黔张常沿线可溶岩主要分布于黔江至桃源县龙潭镇段，正线总长度132.67km 占线路总长的39.09%。其中黔江段主要为砾岩、灰岩，多为易塌陷和极易塌陷区，岩溶裂隙极为发育，连通性好，咸丰段主要为灰岩，岩溶发育，多为易塌陷和极易塌陷区，根据已地质资料，溶洞、溶蚀比较发育，裂隙连通性好。可溶岩主要集中于黔江至来凤县革勒车乡之间、洗洛乡至水沙坪一线、晏家堡至黄家台段及张家界至牛车河之间。多以条带状和团块状分布，其他地方星散状出现。其条带延伸的方向和当地构造线的发育方向基本一致，多呈北东向展布。岩溶形态多样，岩溶沟谷、岩溶洼地、落水洞、漏斗、溶芽、溶槽、溶洞、暗河、岩溶泉等均有发育。

黔张常铁路岩溶路基主要分布在DK11+000～DK42＋900，该地段岩溶极其发育，溶洞平面分布多，深度方向上成串珠状，规模较大，且多数溶洞为无充填或半充填。根据易完成部分段落注浆来看，其中DK34+991-DK35+047段周边落水洞、岩溶洼地较为发育，本段共设计了89 个注浆孔，1353m3估算量。在注浆孔完成总注浆孔的28%时，注浆量已达到设计注浆量的90%。实际注浆量远超设计估算量，大部分的浆液顺岩溶裂隙、管道流失；DK138+860-DK138+955 段周边落水洞、岩溶洼地发育，且下部发育有暗河，本段共设计了119 个注浆孔，2254m3估算量，实际完成注浆量3375m3，超过设计量约50%，最大单孔注浆达到185m3，充填砂石40 多方，部分浆液沿岩溶管道及裂隙流失到附近落水洞及深层基岩中。因此复杂岩溶路基段由于地质条件复杂，岩溶发育，水泥浆流失严重，造成工程材料的较大浪费，经济效益较差，又污染的环境。

图1-1 子午村隧道附近溶洞

图1-2 大型落水洞

图1-3 冒浆污染环境及浪费水泥浆

图1-4 施工控制不当浆液流太远造成浪费

4 新型可控注浆方法

岩溶地基一般采用“先探后灌、探灌结合”的工法处理，一般是向岩溶地基中注入水泥浆液，水泥浆液水灰比一般为0.6:1～2:1。传统的注浆控制方法已无法复杂岩溶路基段是注浆，造成宽裂隙浆液流的过远，细裂隙浆液则无法注入，且冒浆问题时有发生，严重影响注浆质量及效果。根据前期对部分注浆段落的统计，DK41+597-DK41+723 段有294 孔，发生冒浆46 孔，DK41+954-DK42+080 段有495 孔，发生冒浆64 孔，DK42+556-DK42+661段有239 孔，冒浆28 孔，由此可见，每一段落均发生冒浆现象，严重影响注浆质量，故必须采取相应措施来减少冒浆发生。

5 研究内容

目前对复杂岩溶区注浆控制方法和冒浆处理已经存在了一些经验和处理措施，但仍不够规范，其适用性也有待进一步验证，成果尚不能满足要求，需要进一步的研究。

本文在前人研究的基础上，进一步对黔张常铁路复杂岩溶地基注浆控制进行了分析研究，具体内容包括：

1.总结前人成果，包括注浆技术的发展、目前国内外研究现状及发展方向。

2.对黔张常铁路已完成的复杂岩溶区注浆施工情况和类似铁路施工的注浆所采用的注浆材料、注浆工艺、复杂岩溶地区地质情况进行系统分析总结，并进行分类，找出问题所在，为新的注浆控制方法的研究提供理论基础。

3.根据目前浆液存在的问题和注浆控制方法对浆液形成的要求，通过室内试验，选择一种合理的浆液，为新的控制注浆控制方法提供可靠保证。

4.提出一种新的注浆控制方法及冒浆处理措施，将浆液控制在一定距离，并确立施工工艺及施工程序，提出注浆控制要点。

5.建立注浆模型并进行试验，进行现场工艺试验。并通过工程实例证明此方法合理性和优点

6 研究方法

6.1 室内研究及试验

分析总结先前岩溶注浆施工情况，建立合理的注浆模型进行室内试验，提出新的注浆控制方法。

6.2 现场工艺试验

根据室内试验的成果，在复杂岩溶区路基段内进行现场试验，确实新控制方法的合理性。

6.3 效果评价

评价注浆段的注浆质量，注浆效果，注浆的经济性和环境污染情况，对新方法进行评价。

7 技术路线

图3-1 技术路线图

8 结论

本文以复杂岩溶地区注浆控制方法为研究对象，通过室内研究、现场模型试验，结合现场注浆及观测：

1.提出一种针对复杂岩溶地区新的注浆控制方法，使注浆技术有不可控转变为可控技术。

2.制定有针对性的冒浆处理措施，解决因冒浆而导致注浆质量不高的难题。

为以后铁路、公路、房建岩溶处理提供示范，提高注浆施工质量，减少注浆的环境影响，推动注浆在各种工程的应用。同时相关研究成果在工程实践和技术理论推广中将会得到不断的深化，具有很好的发展能力。