无砟轨道路基高聚物注浆抬升方法

摘要

本发明提出一种无砟轨道路基高聚物注浆抬升方法，所述路基从下至上至少包括级配碎石层、支撑板和道床板，该方法包括以下步骤：S1：确定注浆区域及抬升量；S2：标识注浆孔位置，钻孔至级配碎石层内一定深度以形成注浆孔，其中，对路基的非曲线段进行抬升时，路基中间的注浆孔从道床板表面垂直钻入形成，路基两侧的注浆孔从支撑板朝路基中间斜向钻入形成；S3：将注浆管插入至注浆孔中，直至注浆孔的底部；S4：采用高压注浆设备通过所述注浆管将高聚物注浆材料注入至级配碎石层中，以实现路基的抬升。本发明有效解决基于路基沉降造成的无砟轨道结构线路平顺性问题。

说明书

技术领域

本发明涉及高速铁路领域，特别涉及的是一种无砟轨道路基高聚物注浆抬升方法，适合用于CRTSⅡ型板式无砟轨道、双块式无砟轨道结构、含端梁双块式无砟轨道结构和道岔区长枕埋入式无砟轨道结构等多种无砟轨道结构的抬升。

背景技术

沪杭客专在建设过程中全部采用了CRTS(板式无砟轨道)Ⅱ型板式无砟轨道结构。相比有砟轨道结构来说，CRTSⅡ型板式无砟轨道结构的整体性使其在稳定性、行车舒适性等方面具有显著的优点，但是，整体性同时也限制了CRTSⅡ型板式无砟轨道结构的线路平顺性可修复能力。对于CRTSⅡ型板式无砟轨道结构来说，其只能在扣件系统允许可调范围内对线路的不平顺性进行修复，当线路不平顺超过扣件系统的可调整范围时，CRTSⅡ型板式无砟轨道结构的线路平顺性将面临着不可修复的难题，对线路正常运营带来严重影响。鉴于此，沪杭客专在建设过程中，对地基、路基的施工质量进行了严格控制，以期控制线路的工后沉降量，保证无砟轨道结构的平顺性。然而，由于地质条件的特殊性，沪杭客专投入运营后，地基、路基产生的不可控工后沉降及由此导致的线路不平顺问题成为沪杭客专运营过程中面临的主要问题，局部地段沉降量已超出了扣件允许的调整量，对沪杭客专行车舒适性、运营速度、运营安全等带来不利影响。此外，对已开通运营的无砟轨道线路地基、路基的工后沉降进行有效控制，特别是对于软土地段的地基、路基的工后沉降进行控制，仍是摆在国内外科技工作者面前的难题，尚没有有效的解决办法，因此，对于正 在持续发生不可控工后沉降地段的线路来说，其沉降量超出扣件系统可调整量只是一个时间问题。

目前，针对工后沉降量超出扣件系统可调整量带来的CRTSⅡ型板式无砟轨道结构线路不平顺问题，我国采取了增大扣件系统可调整量的方式进行处理，这在一定程度上能够恢复轨道结构的平顺性。但是，增大扣件系统可调整量后，扣件系统的垫块需采用整体垫块来维护轨道结构的稳定性，由于不同地点的沉降量不一样，每个扣件系统所用的整体垫块的厚度不一样，这样，不同整体垫块均需单独开模制作，成本高昂，此外，扣件系统可调整量增大幅值是有限的，对于随运营时间的延长持续下沉的轨道结构来说，这种处理方式也具有局限性。采取注浆技术对轨道结构进行抬升，恢复线路高程及扣件系统抬升量成为维护无砟轨道正常运营的必然选择。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种无砟轨道路基高聚物注浆抬升方法，有效解决基于路基沉降造成的无砟轨道结构线路平顺性问题。

为解决上述问题，本发明提出一种无砟轨道路基高聚物注浆抬升方法，所述路基从下至上至少包括级配碎石层、支撑板和道床板，该方法包括以下步骤：

S1：确定注浆区域及抬升量；

S2：标识注浆孔位置，钻孔至级配碎石层内一定深度以形成注浆孔，其中，对路基的非曲线段进行抬升时，路基中间的注浆孔从道床板表面垂直钻入形成，路基两侧的注浆孔从支撑板朝路基中间斜向钻入形成；

S3：将注浆管插入至注浆孔中，直至注浆孔的底部；

S4：采用高压注浆设备通过所述注浆管将高聚物注浆材料注入至级配碎石层中，以实现路基的抬升。

根据本发明的一个实施例，在所述步骤S4中，单次注浆的抬升量不超过2cm，当抬升量超过时，分多次进行抬升。

根据本发明的一个实施例，在所述步骤S4中，采用高压注浆设备通过所述注浆管将高聚物注浆材料注入至级配碎石层中分为填充挤密阶段与抬升填充阶段；

在所述填充挤密阶段中，高聚物注浆材料从注浆管口流出后，在注浆压力作用下，扩散并渗透至级配碎石层的内部空隙中，填充级配碎石层的内部空隙并固结形成结构体，将扩散范围内的级配碎石层挤密成为一可压缩但不可渗透的整体，从而在注浆管口附近的级配碎石层与支撑板之间形成密闭空间；

在所述抬升填充阶段中，高聚物注浆材料从注浆管口流出，进入所述密闭空间形成囊液，在注浆压力的液压传动效应作用下，形成抬升力以使路基抬升。

根据本发明的一个实施例，路基中间的注浆孔的位置设置在道床板上相邻承轨台对称的中轴线的中心位置，注浆孔的间距为相邻两个承轨台单元的间距或为其正整数倍。

根据本发明的一个实施例，注浆区域的注浆孔以梅花桩的形式排布，各注浆孔的形状呈梅花形。

根据本发明的一个实施例，高聚物注浆材料的扩散半径在0.65m～1.62m之间。

根据本发明的一个实施例，对路基的曲线段进行抬升时，路基低侧的注浆孔比路基高侧注浆孔更深入级配碎石层。

根据本发明的一个实施例，高聚物注浆材料的起发时间的范围为5s～15s、表干时间的范围为10s～35s。

根据本发明的一个实施例，填充注浆孔按跳孔方式进行注浆，注浆顺序为对一组中路基两侧的斜孔先进行填充，然后对路基中间的注浆孔进行填充，接着再对相邻的另一组的路基两侧的斜孔进行填充，以此类推。

根据本发明的一个实施例，在所述步骤S4之后还包括步骤S5，在注浆区域注浆完成后，拆除注浆管，并采用强度等级不低于C30的速凝型微膨胀砂浆对注浆孔进行封堵。

采用上述技术方案后，本发明相比现有技术具有以下有益效果：

附图说明

图1是本发明实施例的无砟轨道路基高聚物注浆抬升方法的流程示意图；

图2a、2b是本发明实施例的无砟轨道路基进行高聚物注浆抬升前后的结构示意图；

图3是本发明实施例的无砟轨道路基的曲线段进行高聚物注浆抬升时的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。

无砟轨道路基高聚物注浆抬升方法适合用于CRTSⅡ型板式无砟轨道、双块式无砟轨道结构、含端梁双块式无砟轨道结构和道岔区长枕埋入式无砟轨道结构等多种无砟轨道结构的抬升。对于道岔区无砟轨道结构，其注浆抬升工艺还包括封闭层切割与凿除，以实现与前述其他轨道结构形式相同。

广义上讲，当一种(或多种)液体或多种固体混合物，在一定条件下可以形成(新)固体，这类物质就称为注浆材料。目前，用于工程维修的注浆材料主要有水泥浆、粘土水泥浆、水泥—水玻璃浆液、水玻璃、高聚物注浆材料等。

本发明采用的是高聚物注浆材料。高聚物注浆技术原理是按照一定配比，向地基中注入多组份高聚物材料，材料发生反应后体积迅速膨胀并形成泡沫状 固体，达到加固地基、填充脱空的目的。高聚物注浆技术的主要优点包括：高聚物反应后形成的固体材料密度低，混合良好的材料密度不到水泥等材料的十分之一；高聚物材料的自由膨胀比可达到20:1，可以填充路基中的裂缝，同时可以挤压周围介质，达到致密介质作用；高聚物材料固化速度快，可在反应后15分钟内达到其最终固化强度的90％。材料具有良好的弹性，并具有较高的抗拉强度；采用流动作业方式，施工过程快捷，不需要像水泥灌注那样养生，能极大的缩短施工时间；注浆孔尺寸小，约16mm，对结构基本无损坏；固化后材料具有良好的防水性能，对环境无污染，材料耐久性达20年以上。高聚物注浆材料优选为双组分非水反应类硬质聚氨酯泡沫材料。

参看图1，本实施例的无砟轨道路基高聚物注浆抬升方法，包括以下步骤：

S1：确定注浆区域及抬升量；

S2：标识注浆孔位置，钻孔至级配碎石层内一定深度以形成注浆孔，其中，对路基的非曲线段进行抬升时，路基中间的注浆孔从道床板表面垂直钻入形成，路基两侧的注浆孔从支撑板朝路基中间斜向钻入形成；

S3：将注浆管插入至注浆孔中，直至注浆孔的底部；

S4：采用高压注浆设备通过所述注浆管将高聚物注浆材料注入至级配碎石层中，以实现路基的抬升。

下面结合附图，对无砟轨道路基高聚物注浆抬升方法的具体方式进行详细的描述。

步骤S1中，在注浆施工前，在全程线路无砟轨道路基上建立精测网，采用电子水准仪及全站仪对线路平面及高程数据进行采集，确定注浆区域，及注浆区域内各承轨台的初始高程及轨道平面位置，从而确定相应位置的抬升量。

参看图2a，在注浆之前无砟轨道路基从下至上依次至少包括级配碎石层1、支撑板2和道床板3。在级配碎石层1下面是地基。在道床板3上还可具有其他层。步骤S2中，在确定注浆区段的基础上，进行注浆孔布置设计，标识注浆孔位置。采用电锤钻依照标识的注浆孔进行钻孔。对路基(本发明所指 路基是指包括了轨道结构的轨道路基)的非曲线段(直线路段)进行抬升时，路基中间的注浆孔(中心孔)从道床板3表面垂直钻入形成，路基两侧的注浆孔(斜孔)从支撑板2朝路基中间斜向钻入形成。

参看图3，在一个实施例中，对轨道路基的曲线段进行抬升时，路基低侧的注浆孔比路基高侧注浆孔更深入级配碎石层1。采用该深孔、偏位注浆工艺对曲线段进行注浆时，可克服重力作用，有效解决曲线段轨道结构抬升后的中线偏移问题，极大丰富了注浆抬升技术的应用范围。

注浆孔布置设计时，宜在线路中心及线路两侧各设立一排注浆孔，并应充分考虑轨道板、底座板等轨道结构的钢筋位置，以免钻孔时损伤钢筋，在轨道板的预裂缝、轨道、扣件、承轨台、应答器、轨道电路等设施所占位置尽量不布设注浆孔，且应尽量减少在轨道板等有预应力钢筋的轨道结构上钻孔数量。

钻孔时，先用较短钻头进行钻孔，再用较长钻头进行钻孔，直至钻至深入级配碎石层1一定深度。钻孔完成后，应及时清理、收集钻出的粉尘，防止污染现场环境，并应采用玻璃胶或木塞对注浆孔进行临时封闭，防止雨水及杂质进入。

继续参看图2a，在步骤S3中，注浆之前，将注浆管100插入至注浆孔中，直至注浆孔的底部，从而注浆管100管口抵达级配碎石层内一定深度处，其中，对于直线段注浆孔来说，注浆管100一般深入级配碎石3cm～7cm左右，对于曲线段低侧注浆孔来说，注浆管100一般深入级配碎石20cm以上。

需要注浆施工时，先将封闭注浆孔的玻璃胶或木塞清理干净，将注浆管100插入注浆孔中，用大力钳夹住注浆管100的外管，然后用扳手拧注浆管100上部的螺母，使外管挤压橡胶管使橡胶管产生膨胀，从而封堵注浆管100与注浆孔间的缝隙，防止浆液沿着注浆管外壁上冒。斜孔的注浆管100可以在钻孔完毕后立即安装，中心孔的注浆管100需在注浆施工的当天进行安装，以免影响行车安全。

在步骤S4中，在对轨道结构进行注浆抬升时，采用高压注浆设备将高聚 物注浆材料通过预先埋设的深入到级配碎石层1中一定深度的注浆管100注入，在注浆压力及注入浆体的膨胀作用下，实现对轨道路基的抬升。参看图2b，高聚物注浆材料注入之后，填充空隙形成级配碎石层1’，并在级配碎石层1’和支撑板2之间形成高聚物注浆材料层4。高聚物注浆材料是一种双组份化学注浆材料，混合后，常温下呈液态的A、B双组份间迅速发生起泡、凝胶化学反应，形成固态的泡沫体并放出大量的热量，因此，在采用高聚物注浆材料进行轨道结构抬升时，注入的高聚物注浆材料在较短的时间内会发生从粘度较小的液体转变为粘度较大的可塑性粘弹性体，再转变为具有一定力学强度的固体。

高聚物注浆抬升工艺成功实现了天窗时间内对CRTSⅡ型板式无砟轨道、双块式无砟轨道结构、含端梁双块式无砟轨道结构和道岔区长枕埋入式无砟轨道结构等的精确抬升，抬升过程中，上、下行线线形控制良好，均满足当日列车开通条件。该高聚物注浆抬升工艺适用于上述多种无砟轨道结构的抬升施工，可广泛应用于沉降无砟轨道的抬升施工。

在各注浆点注浆完成后，采用快速扳手迅速松开注浆管100上紧固螺母，使注浆管100的橡胶管自由伸展，然后用两把大力钳夹住注浆管用力拔出。注浆管应在各注浆位置注浆完成后尽快拔出，避免时间过长注浆材料固化将注浆管100锚固导致注浆管100不好拔出。如有个别注浆管100不能及时拔出，可借助专用拔管器将注浆管100拔出。

在一个实施例中，在步骤S4之后还包括步骤S5，在注浆区域注浆完成后，拆除注浆管100，并采用强度等级不低于C30的速凝型微膨胀砂浆对注浆孔进行封堵。抬升段落线路经复测满足要求后，应对注浆孔进行封堵。道床板3上注浆孔的封堵时，应先用少量无收缩砂浆对注浆孔进行填充，然后采用植筋胶进行封堵，植筋胶封堵深度不宜小于15cm。

在进行无砟轨道结构每个抬升单元的抬升过程中，单次抬升高度越大，施工效率越高，但并不是单次抬升高度越大就越好。由于在注浆抬升施工过程中， 轨道板(或道床板3)、底座板(或支承板2)内部会产生应力，应力的大小与一次最大抬升量有关，为避免在抬升过程中对轨道板、底座混凝土等结构产生损坏，需要进行对一次最大抬升量进行检算，防止轨道板被或支承板被拉裂。为此，在步骤S4中，单次注浆抬升量宜为5～10mm，单次注浆的抬升量不超过2cm，当抬升量超过时，分多次进行抬升。

为确保高聚物注浆材料在支承板2底部的充盈性，针对高聚物注浆材料的性质，研究高聚物注浆材料在抬升过程中的流变行为以及抬升机理，根据注浆材料形成结构体的形貌及与级配碎石的结合状态的改变来执行注浆工艺。

较佳的，在步骤S4中，采用高压注浆设备通过注浆管将高聚物注浆材料注入至级配碎石层1中，进一步分为填充挤密阶段与抬升填充阶段。填充挤密阶段与抬升填充阶段均可包括多次注浆循环。多次注浆循环保证实现填充挤密阶段与抬升填充阶段，高聚物注浆材料与级配碎石层1发生的改变，从而慢慢抬升轨道路基。

在填充挤密阶段中，高聚物注浆材料从注浆管口流出后，在注浆压力作用下，扩散并渗透至级配碎石层1的内部空隙(级配碎石是一种散粒体结构，内部存在较大的空隙)中，填充级配碎石层1的内部空隙并固结形成结构体1，将扩散范围内的级配碎石层1’挤密成为一可压缩但不可渗透的整体，从而在注浆管口附近的级配碎石层1’与支撑板2之间形成密闭空间。填充挤密阶段，注浆压力在出管口迅速消减，与注入浆体间无法形成足够抬升力对上部轨道结构进行抬升。注入的浆体在注浆压力作用下快速地在出浆口附近一定范围的级配碎石空隙中扩散，快速固结形成结构体并产生膨胀，将扩散范围的级配碎石挤密并形成一个可压缩但不可渗透的整体，在出浆口一定范围与上部轨道结构一起形成了一个密闭空间。

在抬升填充阶段中，高聚物注浆材料从注浆管口流出，进入密闭空间形成囊液4，在注浆压力的液压传动效应作用下，形成抬升力以使路基抬升。对于每一个注浆循环来说，注入浆体在注浆压力作用下，快速以出浆口为中心向外 扩展，填充轨道结构抬升后与级配碎石层1间形成的空隙，并迅速稠化、膨胀、凝固，在下一个注浆循环到来前，在出浆口重新形成新的密闭空间。如此反复，轨道结构得以在每个注浆循环的注浆阶段持续得到抬升。而在每个注浆循环的停止阶段，注入浆体在形成结构体的过程中产生体积膨胀，在上部轨道结构的约束下，形成一定的膨胀力，使轨道结构得以抬升。

注浆孔布置时应该避开道床板3上的钢筋，以免对轨道结构带来损伤影响。根据CRTSⅡ型板式无砟轨道的结构特点，在道床板3上对称承轨台中轴线中心位置，以及道床板3预裂缝位置，钢筋布置较少，在钻孔时可尽可能的避免伤损钢筋。而道床板3相邻两个承轨台单元的间距为0.65m，因此，路基中间的注浆孔的位置优选设置在道床板3上相邻承轨台对称的中轴线的中心位置，注浆孔的间距为相邻两个承轨台单元的间距或为相邻两个承轨台单元的间距的正整数倍。

根据浆液近似圆形的扩展形态，注浆孔行距应优选按梅花桩形式进行排布置，各注浆孔的形状优选呈梅花形，以获得利用最少的注浆材料在无砟轨道板下支承层的最佳的填充效果。

CRTSⅡ型板式无砟轨道的轨道板宽度为2.55m，混凝土底座或支承板宽为3.25m。注浆材料在混凝土底座或支承层下部的扩展基本呈圆形。因此，注浆材料的最小扩展半径应为0.37m或0.37m的整数倍。注浆材料的扩展半径越小，现场所需开展的工作量也就越大，施工也所耗的时间越长，其施工效率也将大打折扣；反之，注浆材料扩展半径越大，施工效率越高。但并不是注浆材料的扩展半径越大就越好，当注浆材料的扩展半径超过支承层的一半宽度时，注浆材料就容易从无砟轨道结构下部的支承层中漏出，会造成线间或线外的轨道结构的起拱。因此，注浆材料的扩展半径应小于1.62m。因此，高聚物注浆材料的扩散半径优选在0.65m～1.62m之间。

优选的，高聚物注浆材料的起发时间的范围为5s～15s、表干时间的范围为10s～35s。高聚物注浆材料的工作性能一般用起发时间、拉丝时间及表干时 间来表征。其中，起发时间指高聚物注浆材料双组分间发生发泡反应产生体积膨胀且粘度开始增加的时间；拉丝时间指材料产生胶凝，表面可拉丝的时间；表干时间是指混合浆液产生最大体积膨胀，变成固体完全失去流动性且表面不粘手的时间。起发时间和表干时间反映注浆材料双组分间的化学反应速率，二者直接与高聚物注浆材料的工作性能有关，起发时间和表干时间过快会导致充填半径较小，影响填充效果；起发时间和表干时间过慢会导致注浆材料会四处流淌，从底座板底溢出的问题，因此，合适的起发时间和表干时间是高聚物注浆材料良好工作性能的重要体现。

注浆时，首先从中间注浆孔进行注浆抬升，然后以其为中心，左右对称进行其它注浆孔的注浆，然后进行次要注浆孔注浆，以实现轨道结构的抬升；当轨道结构达到目标高程后，为实现高聚物注浆材料的充盈饱满，应进行注浆孔的填充，填充注浆孔按跳孔方式进行注浆，注浆顺序为对一组中路基两侧的斜孔先进行填充，然后对路基中间的注浆孔进行填充，接着再对相邻的另一组的路基两侧的斜孔进行填充，以此类推。每一注浆孔注浆过程中，采用电子水准仪对注浆前后轨道板中线和左右侧承轨台的不同测点抬升量进行监测，当该点轨道结构高程达到要求后，停止注浆。

具有以下技术特点：

(1)适用于天窗时间内对沉降无砟轨道进行抬升修复，能及时开放交通。

(2)不影响轨道结构受力状态，对无砟轨道结构损伤很小。

(3)抬升控制精度为-3mm～1mm，注浆抬升施工期间轨道几何尺寸不超过Ⅱ级及以上偏差。

(4)注浆材料工作性能优越、力学性能适宜、耐久性能良好；注浆设备小巧轻便、高效快捷；注浆工艺简单实用、可操作性强。

(5)适用于CRTSⅠ、Ⅱ、Ⅲ型板式和双块式无砟轨道结构(含端梁)、道岔等沉降区无砟轨道的整体抬升修复。

本发明虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定权利要求，任何 本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改，因此本发明的保护范围应当以本发明权利要求所界定的范围为准。