CN108951308A - 一种高速铁路路基上拱变形的修复方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及铁路路基工程领域，具体是一种高速铁路路基上拱变形的修复方法。其先在上拱区段路基的一侧或两侧开挖满足钻机钻孔作业要求的工作槽。随后在上拱区段路基范围内横向钻孔，钻孔过程中插入与孔径相当的圆管；随着钻孔数量增加，钻孔所在层面的土体上下接触面积减小，使土体应力集中，孔壁周围土体向钻孔内挤入或坍塌，产生路基沉降。然后通过采用小直径圆管逐步替代大直径圆管的方式保证路基沉降变形在可控范围内，钻孔内最后一次插入的圆管作为注浆管使用。路基产生的沉降变形带动轨面标高降低到目标值后，通过注浆管利用水泥浆或水泥砂浆对钻孔进行填充。最后回填工作槽。其施工便捷，成本低，且不影响铁路正常运营，从而更加实用。

Description

一种高速铁路路基上拱变形的修复方法

技术领域

本发明涉及铁路路基工程领域，具体是一种高速铁路路基上拱变形的修复方法。

背景技术

目前投入运营的高速铁路已经接近数十万公里，沿线所经复杂地质条件和差异巨大自然环境使得高速铁路经常面临着各种不利因素，尤其路基材料的复杂性容易受外界作用，可能会出现多种变形形式，高速铁路轨道的路基上拱变形即是其中一种，其原因主要是路基填料土具有一定的膨胀性，在路基的含水状态变化后发生膨胀变形，引起轨道结构上拱。现有整治高速铁路路基上拱变形的方法具体有如下两种：一种是拆除原有的轨道结构，然后重新填筑路基，这种方法会长时间中断交通，且需要消耗不少的经济资源，治理成本很高；另一种是采用轨道扣件调整方法进行处理，比如向两侧顺坡，调整上拱段两侧的轨面高程，但是该方法可以调节的高度范围有限，调整的工作量大。

有鉴于上述既有的高速铁路路基上拱变形修复方法，在实施过程中存在的不足，本发明人经过不断的研究、设计，并经反复试验及改进后，终于创设出一种高速铁路路基上拱变形的修复方法，使其具有很高的实用价值。

发明内容

本发明的目的在于克服现有的整治高速铁路路基上拱变形的方法存在的施工复杂和经济成本高的缺陷，而提供一种新型结构的一种高速铁路路基上拱变形的修复方法，所要解决的技术问题是使其施工便捷，经济成本低，且不影响铁路正常运营，从而更加实用。

本发明的目的的另一目的在于，提供一种新型结构的一种高速铁路路基上拱变形的修复方法，所要解决的技术问题是整治部位在路基基床或地基范围内，修复的变形过程可控，解决了现有整治方法对轨道结构影响大，安全风险高的弊端，从而具有创新性。

本发明方法的技术原理是通过在路基内进行钻孔，随着钻孔数量增加使钻孔所在层面的土体上下的接触面积减小，路基内的应力增大，孔壁周围土体向钻孔内挤入或坍塌，路基产生沉降变形从而带动轨面标高降低，进而恢复线路的平顺性。

本发明的目的及解决其技术问题是采用以下的技术方案来实现的，依据本发明提出的一种高速铁路路基上拱变形的修复方法的整治方法，其是在路基内钻孔，使钻孔上方土体产生沉降，利用土体产生的沉降变形从而带动轨面标高降低，进而恢复线路的平顺性,实现行车条件下高速铁路路基上拱变形的修复；其主要步骤如下:

步骤1：挖工作槽

在路基的一侧或两侧向下开挖满足钻机钻孔作业要求的工作槽；

步骤2：测量轨道标高

对轨道标高进行测量，确定轨道结构的上拱变形量，标注出每个位置修复需要调整的沉降量；

步骤3：设置钻孔参数

根据路基需要调整的沉降量，设置钻孔参数，所述的参数包括钻孔排数、钻孔孔径、横向孔距及纵向孔间距、钻孔角度、钻孔深度；

步骤4：横向钻孔并插入大直径圆管

采用铁路专用的钻孔器械在路基内横向钻孔，钻孔过程中插入与孔径相当的大直径圆管，随着钻孔深度的增加大直径圆管的顶进深度随之增加，其是为了起到支撑孔壁的作用，避免成孔后单个钻孔内的塌孔量过大，产生过大局部变形；

步骤5：成孔间再钻孔

在已成孔的钻孔之间采用“由疏到密”的方式逐步加密的方式钻孔，将钻孔密度加大，重复上述步骤直至完成全部钻孔；

步骤6：用小直径圆管替换大直径圆管

采用较小直径圆管逐步替代较大直径圆管，最后一次插入的圆管为注浆管，保证沉降变形在可控范围内；

步骤7：严密观测轨道标高；

步骤8：对钻孔进行填充水泥浆或水泥砂浆

当轨道标高落至目的高程后，通过注浆管利用水泥浆或水泥砂浆对钻孔进行填充。

步骤9：夯填工作槽。

前述的一种高速铁路路基上拱变形的修复方法，其中所述的钻孔，布置在土体松散或强度低的填筑层或原始地层的路基内，以便于应力调整和土体的变形。

前述的一种高速铁路路基上拱变形的修复方法，其中所述成孔的工艺是根据成孔部位实际具体地层情况，选择人工掏土，风动机械钻孔以及机械螺旋钻孔或跟管钻进。

前述的一种高速铁路路基上拱变形的修复方法，其中所述的钻孔为横向成孔，根据不同的上拱量钻孔布置一排或多排，孔径不大于300mm，间距不超过4m，钻孔沿路基断面方向或与断面的角度不超过45°，在路基内与水平面角度不超过45°，钻孔的深度应超过轨道板另一侧边缘不超过1.6m。

卡述的一种高速铁路路基上拱变形的修复方法，其中所述的圆管需在钻孔过程中成孔的过程插入，随着钻孔深度的增加圆管的顶进深度随之增加，其是为了起到支撑孔壁的作用，避免钻孔后单个钻孔内的塌孔量过大，产生过大局部变形；该圆管为金属或非金属材质，接头应牢固，且在更换时能够顺利拔出。

前述的一种高速铁路路基上拱变形的修复方法，在用小直径圆管替换大直径圆管时，先插入较小直径的小直径圆管，然后在将较大直径圆管拔出，以保证沉降变形在不超过5mm/d。

前述的一种高速铁路路基上拱变形的修复方法，其中所述的横向钻孔的施工方式采用间隔钻孔的方式成孔。

前述的一种高速铁路路基上拱变形的修复方法，当钻孔完成后累计沉降量小于预定沉降量或变形速率小于0.5mm/d时时，通过加密钻孔扰动路基或者通过注水软化、高压射水等措施降低掏挖区土体抗剪强度的方法加速路基的沉降变形。

前述的一种高速铁路路基上拱变形的修复方法，其中所述的注浆管为钢管或PVC管制成的花管。

前述的一种高速铁路路基上拱变形的修复方法，其中所述的水泥浆或水泥砂浆中根据需要添加速凝剂，加快浆体的凝结速度，从而加快施工速度；在填充水泥浆或水泥砂浆过程中根据现场实际情况及钻孔到路基顶面的距离选择0～2Mpa的注浆压力进行注浆，孔口采用水泥砂浆封孔或采用止浆阀。

本发明与现有技术相比具有明显的优点和有益效果如下：

1、本发明在路基上拱变形的修复实施过程中不需要封锁线路，该方法的实施作业主要在基础底部或路堤坡脚，在实施过程中只需要对运营铁路进行限速，不需要将修复段封锁，对线路运营影响大大减小。

2、本发明在路基上拱的整治过程中不破坏基础以上的上部结构、保证了上部结构的完整性。

3、本发明在路基上拱的整治过程中不占用线上空间，其工作面设置在线下，其操作空间可根据实际情况进行适当的增减调整，更容易实施。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。

附图说明

图1是本发明实施例圆管替换的示意图

图2是本发明实施例的钻孔横断面示意图

其中：

1：工作槽 2：路基

3：大直径圆管 4：小直径圆管

5：注浆管

具体实施方式

为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的高速铁路路基上拱的修复方法，其具体实施方式、结构及其功效，详细说明如后。

请参阅图1、图2示，本发明较佳实施例的一种轨道高速铁路路基上拱病害的整治方法。整治步骤为：

步骤1：挖工作槽。本实施例首先在上拱区段路基2的一侧或两侧开挖满足钻机钻孔作业要求的工作槽1。

步骤2：测量轨道标高。对轨道标高进行测量，确定轨道结构的上拱变形量，标注出每个位置修复需要调整的沉降量；

步骤3：设置钻孔参数。根据路基需要调整的沉降量，布置钻孔参数，参数包括钻孔排数、钻孔孔径、横向孔距及纵向孔间距、钻孔角度、钻孔深度等。

步骤4：横向钻孔并插入大直径圆管

随后在上拱区段路基范围内横向钻孔，钻孔过程中插入与孔径相当的大直径圆管3，起到支撑孔壁的作用，避免钻孔内的塌孔量过大产生过大局部变形。随着钻孔数量增加，钻孔所在层面的上下接触面积减小，从而使得土体应力集中，孔壁周围土体向钻孔内挤入或坍塌，从而使路基2沉降。

大直径圆管3需在钻孔过程中成孔的过程插入，随着钻孔深度的增加大直径圆管3的顶进深度随之增加，其是为了起到支撑孔壁的作用，避免钻孔后单个钻孔内的塌孔量过大，产生过大局部变形；该大直径圆管3为金属或非金属材质，接头应牢固，且在更换时能够顺利拔出。

步骤5：成孔间再钻孔

在已成孔的钻孔之间采用“由疏到密”的方式逐步加密的方式钻孔，将钻孔密度加大，重复上述步骤直至完成全部钻孔；

步骤6：用小直径圆管替换大直径圆管

通过采用小直径圆管4逐步替代较大直径圆管3的方式保证路基沉降变形在小于5mm/d可控范围内，钻孔内最后一次插入的圆管作为注浆管5使用。用小直径圆管4替换大直径圆管3时，先插入较小直径的小直径圆管4，然后在将较大直径圆管拔出，以保证沉降变形不超过5mm/d。

步骤7：严密观测轨道标高

步骤8：填充水泥浆或水泥砂浆

路基2产生的沉降变形带动轨面标高降低到目标值后，通过注浆管5利用水泥浆或水泥砂浆对钻孔进行填充。最后夯填工作槽1。

本实施例中首先利用测量工具测得出路基2最大上拱变形量为50mm，由于路基2填土高度小，在路基侧向下开挖2.5m深的工作槽1，槽宽3m，满足钻机钻孔作业要求。工作槽1的深度低于掏土孔以下0.5m。在靠路基1一侧喷射混凝土进行坡面防护。

钻孔布置在土体松散或强度低的填筑层或原始地层的路基内，以便于应力调整和土体变形。横向钻孔根据不同的上拱量钻孔布置一排或多排，孔径一般不大于300mm，间距不超过4m，钻孔沿路基断面方向或与断面的角度不超过45°，在路基内与水平面角度不超过45°，钻孔的深度应超过轨道板另一侧边缘不超过1.6m。

本实施例中工作槽1开挖完成后，上拱修复段路基2一侧横向钻孔，预设沉降量最大为50mm，上拱变形最大的位置布置3排，其他部位根据上拱变形的大小进行适当减少，如上拱量30mm时，钻孔为2排，钻孔孔径130mm，纵向及横向间距为0.5m，钻孔沿路基断面方向水平钻进，钻孔的深度应超过轨道板另一侧边缘1m。

横向的成孔工艺是根据成孔部位实际具体底层情况选择人工掏土，风动机械钻孔、机械螺旋钻孔或跟管钻进，本实施例由于填料为砂性土，孔壁稳定性差，采用跟管钻进的方式成孔。本实施例的横向钻孔方式采用间隔的方式成孔。

本实施例中成孔先施工靠上一排钻孔，第一批钻孔间距为5倍钻孔间距，然后在已成孔的钻孔之间继续钻孔将钻孔密度加大，重复上述步骤直至完成全部钻孔。

本实施例中成孔过程中钻孔内插入89mm大直径圆管3，随着钻孔深度的增加圆管3的顶进深度随之增加。钻孔结束后根据沉降速率情况，管径小的小直径圆管4由大到小逐步替换大直径圆管3，直至最终插入直径32mm的注浆管5，注浆管5端部做成花管，花管按照圆周3孔(φ6)呈梅花形布置，外套橡胶膜。当让注浆管5采用PVC管或钢管。

本实施例中由于填料不均匀，导致局部沉降速率和沉降变形均较小，设计钻孔全部完成后只有预定沉降量的1/3，变形速率小于0.5mm/d,故对钻孔布置进行调整，在第一排钻孔中间增加钻孔，通过加密钻孔扰动路基，并在孔内用带喷头的水管进行均匀喷水，喷水量根据计算设定，即喷水后能将孔壁周围土体浸透而不下渗为准，经计算喷水量为20L/m。

本实施例中随着钻孔的增加，孔内喷水后土体进一步软化，监测数据显示变形速率明显增加，经过一段时间后变形达到了预定的沉降值。

本实施例中当沉降量接近或达到预设沉降量后通过注浆管5利用水泥浆或水泥砂浆对钻孔进行填充。在填充水泥浆或水泥砂浆过程中根据现场实际情况及钻孔到路基顶面的距离选择0～2Mpa的注浆压力进行注浆，本实施例采用注浆浆液为水泥浆或水泥砂浆孔口采用水泥砂浆封孔或采用止浆阀，注浆压力为0.2～0.5MPa，水灰比为0.6～1.0。

另外，水泥浆或水泥砂浆中根据需要添加速凝剂，加快浆体的凝结速度，从而加快施工速度。

以上所述，仅是本发明的原理和较佳实施例而已，并非是要将本发明局限在所示和所述的具体结构和适用范围内,任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内,当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例或依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种高速铁路路基上拱变形的修复方法，其特征是在路基内钻孔，使钻孔上方土体产生沉降，利用土体产生的沉降变形从而带动轨面标高降低，进而恢复线路的平顺性,实现行车条件下高速铁路路基上拱变形的修复；其主要步骤如下:

步骤1：挖工作槽

在路基的一侧或两侧向下开挖满足钻机钻孔作业要求的工作槽；

步骤2：测量轨道标高

对轨道标高进行测量，确定轨道结构的上拱变形量，标注出每个位置修复需要调整的沉降量；

步骤3：设置钻孔参数

根据路基需要调整的沉降量，设置钻孔参数，所述的参数包括钻孔排数、钻孔孔径、横向孔距及纵向孔间距、钻孔角度、钻孔深度；

步骤4：横向钻孔并插入大直径圆管

采用铁路专用的钻孔器械在路基内横向钻孔，钻孔过程中插入与孔径相当的大直径圆管，随着钻孔深度的增加大直径圆管的顶进深度随之增加，其是为了起到支撑孔壁的作用，避免成孔后单个钻孔内的塌孔量过大，产生过大局部变形；

步骤5：成孔间再钻孔

在已成孔的钻孔之间采用“由疏到密”的方式逐步加密的方式钻孔，将钻孔密度加大，重复上述步骤直至完成全部钻孔；

步骤6：用小直径圆管替换大直径圆管

采用较小直径圆管逐步替代较大直径圆管，最后一次插入的圆管为注浆管，保证沉降变形在可控范围内；

步骤7：严密观测轨道标高；

步骤8：对钻孔进行填充水泥浆或水泥砂浆

当轨道标高落至目的高程后，通过注浆管利用水泥浆或水泥砂浆对钻孔进行填充。

步骤9：夯填工作槽。

2.根据权利1所述的一种高速铁路路基上拱变形的修复方法，其特征在于所述的钻孔，布置在土体松散或强度低的填筑层或原始地层的路基内，以便于应力调整和土体的变形。

3.根据权利1所述的一种高速铁路路基上拱变形的修复方法，其特征在于所述成孔的工艺是根据成孔部位实际具体地层情况，选择人工掏土，风动机械钻孔以及机械螺旋钻孔或跟管钻进。

4.根据权利1所述的一种高速铁路路基上拱变形的修复方法，其特征在于所述的钻孔为横向成孔，根据不同的上拱量钻孔布置一排或多排，孔径不大于300mm，间距不超过4m，钻孔沿路基断面方向或与断面的角度不超过45°，在路基内与水平面角度不超过45°，钻孔的深度应超过轨道板另一侧边缘不超过1.6m。

5.根据权利1所述的一种高速铁路路基上拱变形的修复方法，其特征在于所述的圆管需在钻孔过程中成孔的过程插入，随着钻孔深度的增加圆管的顶进深度随之增加，其是为了起到支撑孔壁的作用，避免钻孔后单个钻孔内的塌孔量过大，产生过大局部变形；该圆管为金属或非金属材质，接头应牢固，且在更换时能够顺利拔出。

6.根据权利1所述的一种高速铁路路基上拱变形的修复方法，其特征在于用小直径圆管替换大直径圆管时，先插入较小直径的小直径圆管，然后在将较大直径圆管拔出，以保证沉降变形在不超过5mm/d。

7.根据权利1所述的一种高速铁路路基上拱变形的修复方法，其特征在于横向钻孔的施工方式采用间隔钻孔的方式成孔。

8.根据权利1所述的一种高速铁路路基上拱变形的修复方法，其特征在于当钻孔完成后累计沉降量小于预定沉降量或变形速率小于0.5mm/d时时，通过加密钻孔扰动路基或者通过注水软化、高压射水等措施降低掏挖区土体抗剪强度的方法加速路基的沉降变形。

9.根据权利1所述的一种高速铁路路基上拱变形的修复方法，其特征在于其中所述的注浆管为钢管或PVC管制成的花管。

10.根据权利1所述的一种高速铁路路基上拱变形的修复方法，其特征在于在所述的水泥浆或水泥砂浆中根据需要添加速凝剂，加快浆体的凝结速度，从而加快施工速度；在填充水泥浆或水泥砂浆过程中根据现场实际情况及钻孔到路基顶面的距离选择0～2Mpa的注浆压力进行注浆，孔口采用水泥砂浆封孔或采用止浆阀。