CN107151956B - 一种有压返浆加固覆盖型岩溶路堤的注浆方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种有压返浆加固覆盖型岩溶路堤的注浆方法，包括以下工艺步骤：通过工程物探确定岩溶区域范围、深度及岩溶形态；根据所确定的岩溶区域范围、深度及岩溶形态来确定先导孔布置范围、间距和深度；对每个所述先导孔按勘察标准实施成孔工艺，在先导孔实施过程中采集地层的岩芯形态数据；根据采集的岩芯形态数据所确定的岩溶区域范围、深度及岩溶形态来确定注浆方案。本发明针对既有铁路线路基位于覆盖型岩溶发育地段提供一种有压返浆加固覆盖型岩溶路堤的注浆工艺方法，用以解决岩溶溶蚀引发路基不均匀沉降、失稳、塌陷等地质灾害问题，为既有铁路线的正常运营提供安全的环境。
Description
技术领域
本发明涉及注浆工艺技术领域，特别是涉及一种有压返浆加固覆盖型岩溶路堤的注浆方法，该方法是岩溶发育的逆过程。
背景技术
覆盖型岩溶可溶岩被第四系松散堆积物覆盖，覆盖层薄，厚度一般小于30m，路基承载能力低。在既有铁路线通车运营中，覆盖型岩溶路基在列车荷载以及附加荷载的作用下会导致岩溶塌陷，给铁路安全带来很大的威胁。
覆盖型岩溶覆盖层由粉质黏土和砂土组成的二元结构，溶洞无充填物，灰岩裂隙发育，侵蚀基准面的起伏，使得地下水在裂缝中流动，对可溶岩的溶蚀作用增强，岩溶顶板不稳定，上层顶板容易被溶蚀洞穿。地表水和地下水沿基岩的孔隙、裂隙和层面由高水头向低水头渗流，不断溶蚀碳酸岩形成溶洞溶槽，形成溶蚀裂隙通道，与此同时，也对上层的砂层和黏土层进行潜蚀，导致上覆土层被搬运、掏空，从而在上层路基基底下土层中形成空洞、土洞，进而加剧该地质模型的土一岩交界面处岩溶及土洞发育。溶洞中会被潜蚀的上层砂层和黏土层等松散物充填，强度很低，在列车动荷载的作用下会引起铁路路基下沉、塌陷。因此必须对此类岩溶进行处理，以达到路基设计的承载力要求。
传统的路堤岩溶注浆一般采用花管注浆形成隔离层以阻止岩溶继续溶蚀发育，由于注浆过程中无法控制浆液在地下的扩散方向，浆液难以控制，导致跑浆冒浆严重，对既有铁路线影响较大；或者是如果地下存在岩溶溶腔，浆液无法进入岩溶溶腔，注浆效果不好，尚且由于本线段路基覆盖型岩溶上覆土层已被大量溶蚀和掏空，空洞、土洞及裂隙较多，由此引发路基面沉降、塌陷。
发明内容
本发明针对既有铁路线路基位于覆盖型岩溶发育地段提供一种有压返浆加固覆盖型岩溶路堤的注浆工艺方法，用以解决岩溶溶蚀引发路基不均匀沉降、失稳、塌陷等地质灾害问题，为既有铁路线的正常运营提供安全的环境。
本发明所采用的技术方案为：
一种有压返浆加固覆盖型岩溶路堤的注浆方法，包括以下工艺步骤：
S1、通过工程物探确定岩溶区域范围、深度及岩溶形态；
S2、根据步骤S1所确定的岩溶区域范围、深度及岩溶形态来确定先导孔布置范围、间距和深度、对每个所述先导孔按勘察标准实施成孔工艺，在先导孔实施过程中采集地层的岩芯形态数据；
S3、根据步骤S2采集的岩芯形态数据所确定的岩溶区域范围、深度及岩溶形态来确定注浆方案，所述注浆方案包括：
1)在岩溶加固区域路堤两侧路肩进行注浆孔布置及钻孔成孔；
2)在所述注浆孔钻孔过程中实施钢套管全孔跟进安装，钢套管与地层之间密贴无空隙，孔口有扰动深度范围内灌水泥浆使得钢套管与地层之间密实无缝隙；
3)将注浆管一端连接注浆机，另一端与钢套管通过法兰盘紧密连接，进行注浆，有压浆液通过钢套管直接输送至岩溶溶腔区域，从而充填和胶结地层内的岩溶溶腔；
4)所述有压浆液填充完岩溶溶腔、空洞后通过压力返浆沿溶蚀裂隙通道等薄弱环节对溶蚀土洞、空隙、裂缝进行反向填充；
5)当注浆压力达到设计压力时，停止注浆，退出注浆管，注浆结束后及时用水泥砂浆封孔至孔口。
作为优选，步骤S2中设置先导注浆孔并作为钻探验证孔，采用“探灌结合”的方式进行施工的步骤为：
1)在岩溶路堤路基两侧边坡坡脚处布置先导孔；
2)按勘察要求提取岩芯试样并编制柱状图，通过室内试验，提供岩土物理力学性质，为路基稳定性评价和岩溶溶腔危险性分析提供参数；
3)通过探灌结合的方式进一步精确分析确定岩溶区域范围、深度及岩溶形态。
作为优选，所述路堤路基表面较宽，为双线或站场路基。
作为优选，所述先导孔之间的间距6m，钻入基岩(灰岩)深度不小于8m。
作为优选，对所述先导孔的钻孔实施注浆工艺，注浆完成后在路基两侧形成隔离结构。
作为优选，步骤S3中根据岩溶形态在岩溶加固区域路堤两侧路肩进行注浆孔布置及钻孔成孔，根据岩溶形态确定基岩表面平面范围内注浆孔的布置间距，为5～6m，注浆孔、先导孔在基岩基岩(灰岩)表平面成梅花孔交错布置。
作为优选，所述注浆孔包括注浆直孔和注浆斜孔，注浆直孔与注浆斜孔穿插布置，两者路肩地表平面间距为3m。所述注浆孔直接深入至岩溶溶腔，并且注浆孔钻入基岩 (灰岩)深度为5～8m。
作为优选，所述注浆斜孔是在两侧路肩钻斜孔至路基基底岩溶裂隙发育带，孔深均设置在基岩(灰岩)面以下至第一层溶洞部位，可根据岩溶溶腔所在区域、路堤宽度、路堤高度、覆盖层厚度确定斜孔的倾向、倾角、孔深。
作为优选，步骤S3中直接采用钢套管下至岩溶溶腔，然后自上而下灌注水泥浆液对岩溶溶腔进行充填，溶洞充填满后继续灌注水泥浆，溶腔内将形成压力，溶腔内的压力迫使水泥浆沿着岩溶裂隙、土层空隙反向填充地层的薄弱环节，从而封堵岩溶发育的通道。有压返浆填充岩溶发育的裂隙通道，是岩溶发育的逆过程，能经济高效阻止岩溶进一步发育，确保既有铁路的地基安全。
作为优选，所述注浆压力采用0.3MPa，岩土界面附近逐步加大至0.3～0.8MPa，注浆压力不超过1MPa。注浆压力视注浆方法、注浆段深度和地下水位而定，并针对注浆过程中出现的情况随时调整压力。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1、本发明是模拟岩溶发育的逆过程，能经济高效阻止岩溶进一步发育，填充岩溶发育已形成的薄弱环节，确保既有铁路的地基安全。
2、本发明通过在工程物探确定岩溶区域范围、深度及岩溶形态的基础上，设置先导孔并作为钻探验证孔(即采用“探灌结合”的方式)，进行更为准确分析该区域岩溶情况，从而确定最佳的注浆孔的注浆方案。
3、本发明所提出的注浆方案通过注浆直孔、注浆斜孔注浆并结合钢套管将浆液直接输送至岩溶区域，注浆更具有针对性，可以减少浆液流量和压力损耗，注浆效果显著，通过压力注浆充填岩溶溶腔，通过压力返浆充填上覆土层土洞及裂隙，有效填充了溶腔内的孔隙及先前被潜蚀和冲刷的空洞、土洞及裂隙，封堵了岩溶进一步发育的通道。
4、本发明采用有压注浆和压力返浆充填的方案降低了路基土的渗透性，有效提高了地层抗渗性能，封闭了地下水潜蚀作用，消除了路基产生不均匀沉降及塌陷的地质条件。
附图说明
图1为本发明有压返浆加固覆盖型岩溶路堤注浆的工艺流程图；
图2为本发明覆盖型岩溶路基加固横断面示意图；
图3为本发明实施例中路基面先导孔和注浆孔平面布置示意图；
图中所示：1、路堤路基；2、边坡坡脚；3、先导孔；4、路肩；5、注浆直孔；6、注浆斜孔；7、岩溶溶腔；8、裂隙通道；9、黏土层；10、砂层；11、线路中心线；12、钢套管；13、土洞；14、土一岩交界面；15、基岩(灰岩)；16、注浆机；17、连接法兰盘；18、注浆管。
具体实施方式
为了使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明的部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
如图1至2所示，本发明实施例提供一种有压返浆加固覆盖型岩溶路堤的注浆方法，其具体工艺方法如下：
S101、通过工程物探确定岩溶区域范围、深度及岩溶形态，作为确定先导孔3的布置范围、间距和深度的基础。
S102、根据步骤S101中所确定的岩溶区域范围、深度及岩溶形态来确定先导孔3布置范围、间距和深度。采用“探灌结合”的方式进行，设置先导孔3并作为钻探验证孔。
如图2至3所示，在既有双线铁路岩溶区域范围路堤路基1两侧边坡坡脚2各设一排先导孔3、间距6m。对每个所述先导孔3按勘察标准实施钻孔成孔工艺，钻入基岩(灰岩)15深度不小于8m。通过工程钻探及勘察要求提取岩芯试样并编制柱状图，通过室内试验，提供岩土物理力学性质，探查岩溶发育情况，为路基稳定性评价和岩溶溶腔7 危险性分析提供参数。
S103、根据步骤S102采集的岩芯形态数据确定地质地貌及岩溶的形态，确定注浆孔钻孔工艺及注浆方案，主要包括注浆范围、参数和工艺。
作为本实施例的优选，对先导孔3的钻孔实施注浆工艺，注浆完成后在路基两侧形成隔离结构，该结构一方面起到加固路基效果，另一方面在后续注浆孔注浆工艺中可起到阻止浆液逃逸的效果。
S104、根据探测的岩溶形态进行注浆孔布置及钻孔工艺：如图2至3所示，在岩溶加固区域路堤两侧路肩4上进行注浆孔布置及钻孔成孔。
作为本实施例的优选，根据岩溶形态确定基岩(灰岩)15表面平面范围内注浆孔的布置间距，为5～6m，注浆孔、先导孔在基岩(灰岩)15表平面成梅花孔交错布置。
作为本实施例的优选，所述注浆孔包括注浆直孔5和注浆斜孔6，如图3所示，注浆直孔5与注浆斜孔6穿插布置，注浆直孔5与注浆斜孔6之间的路肩地表平面间距为 3m，注浆孔(包括注浆直孔5和注浆斜孔6)钻入基岩(灰岩)15深度为5～8m，如遇岩溶，则孔深应下至溶洞底板。所述的注浆斜孔6是在两侧路肩4钻斜孔至路基基底岩溶裂隙发育带，既有路基注浆斜孔6注浆更具针对性，斜孔设计要素应包括倾向、倾角、孔深，可根据岩溶溶腔所在区域、路堤宽度、路堤高度、覆盖层厚度确定斜孔的倾向、倾角、孔深。孔深应满足在基岩(灰岩)15面以下至第一层溶洞部位并穿越线路中心线 11，钻入基岩(灰岩)15面垂直深度不小于5m。
S105、注浆孔内钢套管12安装工艺：在注浆孔钻孔过程中实施钢套管12全孔跟进安装，钢套管12与地层之间密贴无空隙，孔口有扰动深度范围内灌水泥浆使得钢套管 12与地层之间密实无缝隙。
作为本实施例的优选，所述钢套管12，一方面使得钻探成孔，另一方面在注浆过程中以便于浆液压力通过钢套管12直接传递至岩溶溶腔7区域，降低了浆液压力和浆液流量损耗，有效解决了直接采用注浆管注浆浆液难以控制，注浆量较大的难题，避免了地面裂缝冒浆和隆起现象，同时在注浆过程中能较好控制浆液在地下的扩散方向，对既有铁路线影响较小。
S106、注浆孔有压注浆工艺：将注浆管18一端连接注浆机16，另一端与钢套管12通过连接法兰盘17紧密连接，进行有压注浆，有压浆液通过钢套管12直接输送至岩溶溶腔7区域，充填和胶结地层内的岩溶溶腔7、溶蚀裂隙通道8及土一岩交界面14附近的潜蚀土洞13和空隙。
S107、有压浆液填充完岩溶溶腔、空洞后通过压力返浆沿溶蚀裂隙通道8等薄弱环节对空隙、裂缝进行填充，有压浆液将不断从下往上渗透填充上层黏土层9和砂层10 中先前被潜蚀和冲刷的土洞13及裂隙，直到填满所有的空洞、土洞13及裂隙，从而封堵岩溶进一步发育的通道，消除了路基产生不均匀沉降及塌陷的地质条件。
注浆过程若遇空的岩溶通道、较大溶洞和裂隙处，视具体情况先灌注粉煤灰或中粗砂对溶蚀腔体进行充填，直至溶洞充填后再采用水泥浆液或双液注浆，全充填溶洞一般采用单液注浆。注浆压力一般采用0.3MPa，岩土界面附近逐步加大至0.3～0.8MPa，一般注浆压力不超过1MPa。注浆压力视注浆方法、注浆段深度和地下水位而定，并针对注浆过程中出现的情况随时调整压力。
S108、当注浆压力达到终止注浆压力时，即当压力超过1～1.5Mpa，浆液难以注入时，可视为注浆完成，退出注浆管，注浆结束后及时用水泥砂浆封孔至孔口。
本发明注浆工艺通过注浆和压力返浆充填了岩溶溶腔及上覆土层溶蚀土洞及裂隙，降低了路基土的压缩性，有效提高了地层抗渗性能，封闭了地下水的潜蚀作用，消除了路基产生不均匀沉降及塌陷的地质条件，为铁路正常安全运营提供了保障。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种有压返浆加固覆盖型岩溶路堤的注浆方法，其特征在于，包括以下工艺步骤：
S101、通过工程物探确定岩溶区域范围、深度及岩溶形态；
S102、根据步骤S101所确定的岩溶区域范围、深度及岩溶形态来确定先导孔布置范围、间距和深度、对每个所述先导孔按勘察标准实施成孔工艺，在先导孔实施过程中采集地层的岩芯形态数据，并对先导孔的钻孔实施注浆工艺，注浆完成后在路基两侧形成隔离结构；
S103、根据步骤S102采集的岩芯形态数据所确定的岩溶区域范围、深度及岩溶形态来确定注浆方案，所述注浆方案包括：
1)在岩溶加固区域路堤两侧路肩进行注浆孔布置及钻探成孔；
2)在所述注浆孔钻孔过程中实施钢套管全孔跟进安装，钢套管与地层之间密贴无空隙，孔口有扰动深度范围内灌水泥浆使得钢套管与地层之间密实无缝隙；
3)将注浆管一端连接注浆机，另一端与钢套通过法兰盘连接，进行注浆，有压浆液通过钢套管直接输送至岩溶溶腔区域，从而充填和胶结地层内的岩溶溶腔；
4)所述有压浆液填充完岩溶溶腔、空洞后通过压力返浆沿溶蚀裂隙通道等薄弱环节对溶蚀土洞、空隙、裂缝进行反向填充；
5)当注浆压力达到设计压力时，停止注浆，退出注浆管，注浆结束后及时用水泥砂浆封孔至孔口；
其中，在步骤 S103中，根据岩溶形态在岩溶加固区域路堤两侧路肩进行注浆孔布置及钻孔成孔，根据岩溶形态确定基岩表面平面范围内注浆孔的布置间距，为5～6m，注浆孔、先导孔在基岩表平面成梅花孔交错布置；
所述注浆孔包括注浆直孔和注浆斜孔，注浆直孔与注浆斜孔穿插布置，两者路肩地表平面间距为3m，所述注浆孔直接深入至岩溶溶腔，并且注浆孔钻入基岩深度5～8m。
2.根据权利要求1所述的有压返浆加固覆盖型岩溶路堤的注浆方法，其特征在于，步骤S102中设置先导孔并作为钻探验证孔，采用“探灌结合”的方式进行施工的步骤为：
1)在岩溶路堤路基两侧边坡坡脚处布置先导孔；
2)按勘察要求提取岩芯试样并编制柱状图，通过室内试验，提供岩土物理力学性质，为路基稳定性评价和岩溶溶腔危险性分析提供参数；
3)通过探灌结合的方式进一步精确分析确定岩溶区域范围、深度及岩溶形态。
3.根据权利要求1所述的有压返浆加固覆盖型岩溶路堤的注浆方法，其特征在于，所述注浆斜孔是在两侧路肩钻斜孔至路基基底岩溶裂隙发育带，孔深均设置在基岩面以下至第一层溶洞部位，可根据岩溶溶腔所在区域、路堤宽度、路堤高度、覆盖层厚度确定斜孔的倾向、倾角、孔深。
4.根据权利要求1所述的有压返浆加固覆盖型岩溶路堤的注浆方法，其特征在于：步骤S103中直接采用钢套管下至岩溶溶腔，然后自上而下灌注水泥浆液对岩溶溶腔进行充填，溶洞充填满后继续灌注水泥浆，溶腔内将形成压力，溶腔内的压力迫使水泥浆沿着岩溶裂隙、土层空隙反向填充地层的薄弱环节，从而封堵岩溶发育的通道，有压返浆填充岩溶发育的裂隙通道，是岩溶发育的逆过程，能经济高效阻止岩溶进一步发育，确保既有铁路的地基安全。
5.根据权利要求4所述的有压返浆加固覆盖型岩溶路堤的注浆方法，其特征在于：所述注浆压力采用0.3MPa，岩土界面附近逐步加大至0.3～0.8MPa，注浆压力不超过1MPa，注浆压力视注浆方法、注浆段深度和地下水位而定，并针对注浆过程中出现的情况随时调整压力。
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