CN103215863B - 高速铁路无砟轨道抬升高聚物注浆方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高速铁路无砟轨道抬升高聚物注浆方法，其包括以下步骤：（1）钻注浆孔；（2）制作土工布袋，并绑扎土工布袋和注浆管；（3）捆扎土工布袋；（4）放置土工布袋；（5）向土工布袋内注浆；（6）抬升轨道；（7）填充注浆；（8）监控抬升量：用激光水平仪实时监控垂直抬升高度，如达到抬升要求，则停止注浆。本发明具有快捷、微创、轻质、高韧、经济、耐久等优点，可快速实现对高速铁路无砟轨道的抬升，为高铁路基沉降修复提供了一种先进、高效、经济、实用的新方法。本发明已成功应用于多项无砟轨道抬升工程，具有巨大的经济、社会效益和广阔的发展应用前景。

Description

高速铁路无砟轨道抬升高聚物注浆方法

技术领域

本发明属于交通基础设施养护维修技术领域，具体涉及高速铁路无砟轨道抬升高聚物注浆方法。

背景技术

随着经济建设的稳步健康发展，我国正迎来一个高速铁路快速发展的时期。从1999年兴建的秦沈客运专线开始，经过10多年的高速铁路新线建设和对既有铁路的高速化改造，目前中国已经建成了世界上规模最大、运营速度最高的高速铁路网。截至2012年12月底，中国时速达200公里以上的高速铁路里程已经接近13000公里，其中包括既有线提速近3,000公里，最高设计运营速度达到了350公里/小时。根据中国中长期铁路网规划方案，至2015年年底，中国将建成42条高速铁路客运专线，基本上建成以“四纵四横”为骨架的全国快速运输网，总里程将超过15,000公里；到2020年中国时速在200公里以上的高速铁路里程将会超过30,000公里。

为保障列车高速、安全、平稳运行，高铁对轨道的平顺性要求极高。当轨道不平顺度超出设计标准时，会大大降低行驶舒适度，严重时甚至危及行车安全，致使列车必须降速行使，制约高铁服务效能的提升。研究表明，对于以300km/h速度行驶的列车，幅值10mm(波长40m)的轨道高低不平顺，将使车体垂向产生频率为2Hz、加速度为1.76m/s²的持续振动，该振动幅值已达到国际振动环境标准ISO2631规定值(加速度0.34~0.49m/s²)的3~5倍，使乘客产生极度不舒适感。在高速行驶条件下，由于路基沉降引起的轨道不平顺还会引起巨大的轮轨作用力和冲击力。例如当列车以300km/h速度行驶时，一个0.2mm的微小迎轮台阶型不平顺，引起的冲击性轮轨高频作用力达722kN，低频轮轨力达321kN，会加速道砟破碎、使道床路基产生不均匀沉陷，还可能引发钢轨、轮、轴断裂，导致恶性脱轨事故。

为保障轨道的平顺性，现代高铁建设普遍采用板式无砟轨道，它是一种由在路基上现浇水泥混凝土支承层、水泥乳化沥青砂浆层、预制混凝土轨道板、板间连接件、钢轨及扣件等部分组成的一种新型轨道结构。

与传统有砟轨道相比，由于无砟轨道取消了轨枕和道床，采用预制钢筋混凝土板直接支承钢轨，因而具有许多突出优点：稳定性、平顺性良好；建筑高度低、自重轻，可减小桥梁二期荷载和降低隧道净空；轨道变形缓慢，耐久性好；不需要维修或者少维修且维修费用低。因此，无砟轨道结构已成为现代高速铁路建设的主流模式和必然趋势，在我国高铁建设中也得到了普遍应用。如我国新建的哈大、京沪、京石武、哈齐、宁杭客专、合蚌客专、杭甬、郑西等十余条高速铁路（包括客运专线）均采用无砟轨道形式。

无砟轨道的优点十分突出，但同时对基础土建工程尤其是路基的施工质量提出了非常高的要求。根据最新《高速铁路设计规范》(TB 10621-2009)，无砟轨道路基工后沉降不宜超过15mm（设计速度160km/h的普通铁路路基工后沉降要求不超过200mm），这一严格标准使得高速铁路无砟轨道路基沉降变形问题已成为线路设计、施工所要考虑的主控因素。

由于我国幅员辽阔，地质条件复杂多变，高铁线路大量穿越软土、黄土、岩溶等不良地质地带，路基沉降现象非常普遍。尤其是在我国经济发达的沿海、沿江、沿湖地区，软土普遍发育。由于软土具有含水量大、压缩性高、强度低、渗透系数小等物理力学特征，在这些地区修建高铁路基时，在采取必要沉降控制措施的情况下，其固结周期长、工后沉降变形量大等问题仍然十分突出，严重影响路基的长期稳定性和轨道平顺性，成为当前我国高铁建设中影响列车运行安全、制约服务效能提升的一个关键问题。

针对可能出现的路基沉降，高铁无砟轨道上预设了用于调节轨道变形的钢扣件，当路基沉降引起轨道竖向线形变化时，可通过调整扣件使轨道顶面恢复至设计标高，但其最大调整量仅15mm。当路基沉降量超过15mm时，单纯依靠扣件的调节来恢复轨道线形便无能为力。

对于路基沉降严重超标区段，目前采用的措施主要有三种：第一种是使列车降速运行，这显然属无奈之举，有违建造高铁的初衷；第二种是拆除轨道、重修路基，这种方式会导致线路运行长期中断，且维修代价极高，通常情况下不会采用；另一种是通过注浆或施作高压旋喷桩等方式对路基实施加固，提高其承载力，以对于路基沉降严重超标区段，目前采用的措施主要有三种：第一种是使列车降速运行，这显然属无奈之举，有违建造高铁的初衷；第二种是拆除轨道、重修路基，这种方式会导致线路运行长期中断，且维修代价极高，通常情况下不会采用；另一种是通过注浆或施作高压旋喷桩等方式对路基实施加固，提高其承载力，以控制沉降发展，该方法存在的主要问题有：（1）仅能控制路基后期沉降的发展，并不能使已产生沉降的路基恢复至原来设计标高，因而无法真正实现“轨道抬升”；（2）注浆材料多采用水泥基浆材，浆液固结后在路基中形成的是刚性体，与路基土体弹性模量差别较大，变形不协调，容易发生开裂破坏；（3）通常需要中断交通，影响铁路网运营；（4）施工过程对路基扰动较大，并产生大量废液，污染环境；（5）施工设备庞大，能耗高，适用性差，对小型场地进场困难；（6）施工周期长，物资消耗量大，成本高。控制沉降发展，该方法存在的主要问题有：（1）仅能控制路基后期沉降的发展，并不能使已产生沉降的路基恢复至原来设计标高，因而无法真正实现“轨道抬升”；（2）注浆材料多采用水泥基浆材，浆液固结后在路基中形成的是刚性体，与路基土体弹性模量差别较大，变形不协调，容易发生开裂破坏；（3）通常需要中断交通，影响铁路网运营；（4）施工过程对路基扰动较大，并产生大量废液，污染环境；（5）施工设备庞大，能耗高，适用性差，对小型场地进场困难；（6）施工周期长，物资消耗量大，成本高。

可以看出，针对当前影响我国高速铁路运行安全的无砟轨道路基沉降问题，目前尚缺乏有效、实用的修复技术，成为制约高铁运输服务效能提升的“瓶颈”。

高聚物注浆技术是20世纪70年代发展起来的地基基础快速加固技术。该技术通过向地基中注射高聚物材料，利用高聚物材料发生化学反应后体积迅速膨胀并固化的特性，达到加固地基、填充脱空的目的。目前，高聚物注浆技术主要应用于工业与民用建筑的地基加固和道路维修，国内还未见高速铁路无砟轨道抬升高聚物注浆方法的相关报道。

发明内容

本发明针对我国高速铁路路基沉降修复的需要和目前沉降修复技术的不足，发明了一种施工快捷、经济耐久、安全环保的高速铁路无砟轨道抬升高聚物注浆方法。该发明可实现高速铁路无砟轨道的快速抬升，为高铁路基沉降修复提供了一种先进、高效、经济、实用的新方法。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种高速铁路无砟轨道抬升高聚物注浆方法，其包括以下步骤：

（1）钻注浆孔：在需要抬升的高铁轨道混凝土底座板下横向钻水平注浆孔，注浆孔直径为50~80mm，注浆孔长度与轨道混凝土底座板宽度一致，注浆孔布置在每排道钉轴线下方；

（2）制作土工布袋，并绑扎土工布袋和注浆管：土工布袋数量与注浆孔数量相同，土工布袋长度与注浆孔长度一致，注浆管直径为16~20mm，将注浆管放入土工布袋开口端，并用环箍将土工布袋开口端固定在注浆管上；

（3）捆扎土工布袋：将土工布袋捆扎成条状；

（4）放置土工布袋：将捆扎成条状的土工布袋放入每一个注浆孔内；

（5）向土工布袋内注浆：按照从两边向中间的注浆顺序，依次通过注浆管向每一个土工布袋内注射双组份膨胀性高聚物材料；

（6）抬升轨道：高聚物材料在土工布袋内迅速膨胀并固化，产生的巨大膨胀力将沉陷轨道向上抬起；

（7）填充注浆：在轨道混凝土底座下方土工布袋之间进行填充注浆，以保证轨道底座与碎石基床均匀接触，注浆管插入两个注浆布袋之间，浆液出口位置为轨道板轴线，浆液在两个注浆布袋之间，从轨道底座轴线往两侧扩散，直至冒出轨道板；

（8）监控抬升量：用激光水平仪实时监控垂直抬升高度，如达到抬升要求，则停止注浆。

本发明根据无砟轨道抬升的要求，在需要抬升的轨道混凝土底座板下横向钻水平注浆孔；在注浆孔内放入土工布袋，按照一定顺序通过注浆管向土工布袋内注射双组份膨胀性高聚物注浆材料；高聚物注浆材料发生化学反应后体积迅速膨胀，充满土工布袋，在膨胀力的作用下，底座板被顶起，从而实现轨道抬升。

与现行轨道沉降修复技术相比，本发明具有以下优点：

（1）能够真正实现对无砟轨道的抬升，恢复轨道设计标高，保障轨道平顺性。

（2）对路基扰动较小：钻孔尺寸较小，采用无水注浆方式，施工过程对路基扰动较小。

（3）施工快捷，不需养生：钻孔、注浆、抬升连续作业，施工快，材料反应后15分钟即形成90%左右的强度，不需养生。

（4）经济：与其他路基沉降修复技术相比，高聚物注浆抬升技术可节省造价50%。

（5）施工方便：高聚物注浆系列化装备适应于不同场地，进场方便，施工用电量小。

（6）耐久性好：高聚物注浆材料性能稳定，长期埋入地下具有良好的抵抗化学溶剂腐蚀性能。

因此，本发明研发的高速铁路无砟轨道抬升高聚物注浆方法在铁路沉降修复工程中具有诸多优势。与现行的注浆修复技术相比，高聚物注浆技术又是一套全新的技术，主要表现在：

（1）在注浆材料方面：高聚物注浆抬升技术采用的是无水反应类高分子聚合物新型注浆材料，具有安全环保、轻质耐久、膨胀率高、抗渗性好、早强等特点，是一种综合性能较优的新型注浆材料。

（2）在修复机理方面：高聚物注浆技术利用高聚物材料反应后产生的膨胀力抬升轨道，实现了真正意义上的沉降修复。

（3）在施工方式方面：通过钻孔、在孔内放土工布袋，然后向土工布袋内注射高聚物浆液的方式，能够有效控制高聚物浆液的扩散范围，避免跑浆、漏浆，有利于充分汇聚浆液膨胀力，实现快速抬升。

综上所述，本发明无论从修复材料、修复机理还是施工方式等方面都和现行的注浆抬升技术明显不同，具有快捷、微创、轻质、高韧、经济、耐久等优点，已成功应用于多项无砟轨道抬升工程，具有巨大的经济、社会效益和广阔的发展应用前景。

附图说明

图1为混凝土底座板下注浆孔剖面图。

图2为混凝土底座板下注浆孔平面布置图。

图3为混凝土底座板下钻注浆孔示意图。

图4为在注浆孔内布置土工布袋及注浆管示意图。

图5为向土工布袋内注浆抬升混凝土底座板示意图。

图6为混凝土底座板注浆布袋之间填充注浆示意图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明做进一步说明。

一种高速铁路无砟轨道抬升高聚物注浆方法，其包括以下步骤：

（1）钻注浆孔：如图1、图2、图3所示，在需要抬升的高铁轨道1的混凝土底座板3下侧横向钻水平注浆孔4，轨道板2支撑轨道1，注浆孔4直径为50~80mm，本发明优选注浆孔直径为50mm，注浆孔4长度与轨道混凝土底座板3宽度一致，注浆孔布置在每排道钉轴线下方；

（2）制作土工布袋，并绑扎土工布袋和注浆管：土工布袋5数量与注浆孔4数量相同，土工布袋5长度与注浆孔4长度一致，注浆管6直径为16~20mm，将注浆管6放入土工布袋5开口端，并用环箍将土工布袋5开口端固定在注浆管6上；

（3）捆扎土工布袋：用胶带或细绳将土工布袋捆扎成条状；

（4）放置土工布袋：将捆扎成条状的土工布袋5放入每一个注浆孔4内，如图4所示；

（5）向土工布袋内注浆：按照从两边向中间的注浆顺序，依次通过注浆管6向每一土工布袋5内注射双组份膨胀性高聚物材料，如图5所示；

（6）抬升轨道：高聚物材料在土工布袋内迅速膨胀并固化，产生的巨大膨胀力将沉陷轨道向上抬起，如图5所示；

（7）填充注浆：在轨道混凝土底座下方土工布袋之间进行填充注浆，以保证轨道底座与碎石基床均匀接触，注浆管插入两个注浆布袋之间，浆液出口位置为轨道板轴线，浆液在两个注浆布袋之间，从轨道底座轴线往两侧扩散，直至冒出轨道板，如图6所示；

（8）监控抬升量：用激光水平仪实时监控垂直抬升高度，如达到抬升要求，则停止注浆。

Claims (1)

1.一种高速铁路无砟轨道抬升高聚物注浆方法，其特征在于：其包括以下步骤：

（1）钻注浆孔：在需要抬升的高铁轨道混凝土底座板下横向钻水平注浆孔，注浆孔直径为50~80mm，注浆孔长度与轨道混凝土底座板宽度一致，注浆孔布置在每排道钉轴线下方；

（2）制作土工布袋，并绑扎土工布袋和注浆管：土工布袋数量与注浆孔数量相同，土工布袋长度与注浆孔长度一致，注浆管直径为16~20mm，将注浆管放入土工布袋开口端，并用环箍将土工布袋开口端固定在注浆管上；

（3）捆扎土工布袋：将土工布袋捆扎成条状；

（4）放置土工布袋：将捆扎成条状的土工布袋放入每一个注浆孔内；

（5）向土工布袋内注浆：按照从两边向中间的注浆顺序，依次通过注浆管向每一个土工布袋内注射双组份膨胀性高聚物材料；

（6）抬升轨道：高聚物材料在土工布袋内迅速膨胀并固化，产生的巨大膨胀力将沉陷轨道向上抬起；

（7）填充注浆：在轨道混凝土底座下方土工布袋之间进行填充注浆，以保证轨道底座与碎石基床均匀接触，注浆管插入两个注浆布袋之间，浆液出口位置为轨道板轴线，浆液在两个注浆布袋之间，从轨道底座轴线往两侧扩散，直至冒出轨道板；

（8）监控抬升量：用激光水平仪实时监控垂直抬升高度，如达到抬升要求，则停止注浆。