復雜巖溶地區(qū)的新型可控注漿方法

甘傳奇

（中鐵第一勘察設計院集團有限公司陜西鐵道工程勘察有限公司，陜西 西安 710043）

0 引言

在我國西南等地區(qū)，巖溶現象發(fā)育廣泛，在地下水的長期作用下，使得鐵路路基的強度大幅降低，地基穩(wěn)定性較差同時極易造成地基的不均勻沉降或者塌陷，對于鐵路上部結構的施工與運營安全有著重要影響。目前，在處理巖溶地區(qū)的地基工程問題中，注漿方式由于既可以封存地下水又能對破碎巖體進行加固，因此作為巖溶地基處理的主要方法之一。近年來在巖溶區(qū)不斷修建鐵路、公路及房建，現在工程施工正在走向標準化、精細化、綠色化，對環(huán)境的要求越來越高，故巖溶注漿處理施工也要從粗放型施工轉到精細化施工。

1 雜巖溶路基地區(qū)的注漿控制方法研究現狀

注漿是目前巖溶路基的處理常用的方法之一，鐵路路基巖溶防治主要采用注單液水泥漿為主，典型的注漿工藝為鉆孔-封孔-注漿，此種方法在一般的巖溶路基段收到了良好的處理效果，但在面對復雜的巖溶路基段，存在一定的局限性。1826 年英國發(fā)明了硅酸鹽水泥，并于1864 年在阿里因普瑞貝礦首次應用于水泥注漿對井筒進行注漿，取得了較好效果[1]。1914 年德國的漢斯耶研制成功了水玻璃和水泥漿一次壓注法，注漿材料開始向以水玻璃類為主的化學漿材發(fā)展[2]。我國最早路基注漿是在浙贛及寧安鐵路。50 年代末出現環(huán)氧樹脂類注漿材料等，60 年代丙烯酰胺、水泥－水玻璃雙液等注漿材料開始大規(guī)模應用；進入80 年代，超細水泥、水域性聚氨酯、木質素類、脲醛樹脂類以及更多類型的外加劑逐步應用于各類注漿工程中[3]。

2 注漿中的冒漿處理的研究現狀

由于地貌、地層、構造、封孔、注漿壓力等方面的原因，冒漿和串漿是注漿施工過程中經常遇到的問題。如果冒漿量比較少的話，則對注漿效果影響不大，但是如果冒漿量嚴重的話，不僅難以形成注漿帷幕，同時還會提升工程造價以及環(huán)境污染。目前水電上對于注漿的研究較多，但水電注漿一般為高壓注漿，處理目的為防滲及壩基加固；而且鐵路巖溶注漿則主要為封閉土石界面，防止水對巖體侵蝕，提高巖體整體性和地基承載力，防止路基塌陷。

對于復雜巖溶的注漿控制方法及冒漿處理，處理措施仍然單一，主要有為常規(guī)灌漿法和灌漿強度值法（GIN 法）。常規(guī)灌漿法在水電、鐵路、公路的行業(yè)應用較廣；GIN 法中創(chuàng)建了注漿自動控制系統(tǒng)、注漿過程監(jiān)控及監(jiān)測手段，可動態(tài)跟蹤監(jiān)測注漿過程流量和壓力的變化，相較常規(guī)注漿方法有較多優(yōu)點，但仍存在較多問題和可靠工程實踐證明，同常規(guī)注漿一樣同屬于非可控注漿[4]。在復雜巖溶路基地段漿液流失嚴重的問題。不僅影響注漿質量，影響經濟效益，而且對環(huán)境造成了污染，在目前工程建設精細化管理的目標下，傳統(tǒng)的注漿方法已經不能滿足注漿的要求。

本文以黔張常鐵路工程為背景，依托黔張常鐵路DK11+000～DK42＋900段巖溶路基注漿處理開展研究工作，借鑒國內部分已有的技術成果，通過探究巖溶形成機理、分布、形態(tài)和發(fā)育特征分析，提出一種新的注漿方法，能控制灌漿時間和灌漿量可控的注漿控制方法，實現了注漿技術的非可控到可控的轉變，可以為以后類似鐵路、公路路基復雜巖溶地區(qū)提供示范工程，對提高鐵路行業(yè)巖溶地基處理水平有較大作用。

3 工程概況

黔張常沿線可溶巖主要分布于黔江至桃源縣龍?zhí)舵?zhèn)段，正線總長度132.67km 占線路總長的39.09%。其中黔江段主要為礫巖、灰?guī)r，多為易塌陷和極易塌陷區(qū)，巖溶裂隙極為發(fā)育，連通性好，咸豐段主要為灰?guī)r，巖溶發(fā)育，多為易塌陷和極易塌陷區(qū)，根據已地質資料，溶洞、溶蝕比較發(fā)育，裂隙連通性好。可溶巖主要集中于黔江至來鳳縣革勒車鄉(xiāng)之間、洗洛鄉(xiāng)至水沙坪一線、晏家堡至黃家臺段及張家界至牛車河之間。多以條帶狀和團塊狀分布，其他地方星散狀出現。其條帶延伸的方向和當地構造線的發(fā)育方向基本一致，多呈北東向展布。巖溶形態(tài)多樣，巖溶溝谷、巖溶洼地、落水洞、漏斗、溶芽、溶槽、溶洞、暗河、巖溶泉等均有發(fā)育。

黔張常鐵路巖溶路基主要分布在DK11+000～DK42＋900，該地段巖溶極其發(fā)育，溶洞平面分布多，深度方向上成串珠狀，規(guī)模較大，且多數溶洞為無充填或半充填。根據易完成部分段落注漿來看，其中DK34+991-DK35+047段周邊落水洞、巖溶洼地較為發(fā)育，本段共設計了89 個注漿孔，1353m3估算量。在注漿孔完成總注漿孔的28%時，注漿量已達到設計注漿量的90%。實際注漿量遠超設計估算量，大部分的漿液順巖溶裂隙、管道流失；DK138+860-DK138+955 段周邊落水洞、巖溶洼地發(fā)育，且下部發(fā)育有暗河，本段共設計了119 個注漿孔，2254m3估算量，實際完成注漿量3375m3，超過設計量約50%，最大單孔注漿達到185m3，充填砂石40 多方，部分漿液沿巖溶管道及裂隙流失到附近落水洞及深層基巖中。因此復雜巖溶路基段由于地質條件復雜，巖溶發(fā)育，水泥漿流失嚴重，造成工程材料的較大浪費，經濟效益較差，又污染的環(huán)境。

圖1-1 子午村隧道附近溶洞

圖1-2 大型落水洞

圖1-3 冒漿污染環(huán)境及浪費水泥漿

圖1-4 施工控制不當漿液流太遠造成浪費

4 新型可控注漿方法

巖溶地基一般采用“先探后灌、探灌結合”的工法處理，一般是向巖溶地基中注入水泥漿液，水泥漿液水灰比一般為0.6:1～2:1。傳統(tǒng)的注漿控制方法已無法復雜巖溶路基段是注漿，造成寬裂隙漿液流的過遠，細裂隙漿液則無法注入，且冒漿問題時有發(fā)生，嚴重影響注漿質量及效果。根據前期對部分注漿段落的統(tǒng)計，DK41+597-DK41+723 段有294 孔，發(fā)生冒漿46 孔，DK41+954-DK42+080 段有495 孔，發(fā)生冒漿64 孔，DK42+556-DK42+661段有239 孔，冒漿28 孔，由此可見，每一段落均發(fā)生冒漿現象，嚴重影響注漿質量，故必須采取相應措施來減少冒漿發(fā)生。

5 研究內容

目前對復雜巖溶區(qū)注漿控制方法和冒漿處理已經存在了一些經驗和處理措施，但仍不夠規(guī)范，其適用性也有待進一步驗證，成果尚不能滿足要求，需要進一步的研究。

本文在前人研究的基礎上，進一步對黔張常鐵路復雜巖溶地基注漿控制進行了分析研究，具體內容包括：

1.總結前人成果，包括注漿技術的發(fā)展、目前國內外研究現狀及發(fā)展方向。

2.對黔張常鐵路已完成的復雜巖溶區(qū)注漿施工情況和類似鐵路施工的注漿所采用的注漿材料、注漿工藝、復雜巖溶地區(qū)地質情況進行系統(tǒng)分析總結，并進行分類，找出問題所在，為新的注漿控制方法的研究提供理論基礎。

3.根據目前漿液存在的問題和注漿控制方法對漿液形成的要求，通過室內試驗，選擇一種合理的漿液，為新的控制注漿控制方法提供可靠保證。

4.提出一種新的注漿控制方法及冒漿處理措施，將漿液控制在一定距離，并確立施工工藝及施工程序，提出注漿控制要點。

5.建立注漿模型并進行試驗，進行現場工藝試驗。并通過工程實例證明此方法合理性和優(yōu)點

6 研究方法

6.1 室內研究及試驗

分析總結先前巖溶注漿施工情況，建立合理的注漿模型進行室內試驗，提出新的注漿控制方法。

6.2 現場工藝試驗

根據室內試驗的成果，在復雜巖溶區(qū)路基段內進行現場試驗，確實新控制方法的合理性。

6.3 效果評價

評價注漿段的注漿質量，注漿效果，注漿的經濟性和環(huán)境污染情況，對新方法進行評價。

7 技術路線

圖3-1 技術路線圖

8 結論

本文以復雜巖溶地區(qū)注漿控制方法為研究對象，通過室內研究、現場模型試驗，結合現場注漿及觀測：

1.提出一種針對復雜巖溶地區(qū)新的注漿控制方法，使注漿技術有不可控轉變?yōu)榭煽丶夹g。

2.制定有針對性的冒漿處理措施，解決因冒漿而導致注漿質量不高的難題。

為以后鐵路、公路、房建巖溶處理提供示范，提高注漿施工質量，減少注漿的環(huán)境影響，推動注漿在各種工程的應用。同時相關研究成果在工程實踐和技術理論推廣中將會得到不斷的深化，具有很好的發(fā)展能力。