CN109778600A - 一种快速识别并无损修复高铁路基翻浆病害的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种快速识别并无损修复高铁路基翻浆病害的方法，采用探地雷达和波速反射法装置对高铁路基进行探测以获取病害区域，在病害区域上开设注浆孔，并通过注浆孔向病害区域注入改性聚氨酯材料，采用探地雷达和圆锥动力触探装置对病害区域进行检测，并将满足检测要求的病害区域的注浆孔封堵。本发明的优点是：病害检测效率高，针对高铁路基进行填充加固，施工效率高，材料用量可控，减少材料浪费；材料填充效果好。

Description

一种快速识别并无损修复高铁路基翻浆病害的方法

技术领域

本发明属于高铁基建技术领域，具体涉及一种快速识别并无损修复高铁路基翻浆病害的方法。

背景技术

路基是铁路轨道的基础，它承受铁路轨道的重量及机车车辆的动力荷载，同时还不断遭受到水流、风沙、雨雪、严寒、高温等的侵袭和各种不良地质条件及人为因素的影响。翻浆冒泥是基床土受地面水或地下水的浸湿软化或液化后形成的泥浆，在列车动荷载作用下形成沿道床道碴的空隙向表面涌出的一种路基病害现象。基床翻浆在经清筛整道后又重新出现，原间断性的若干个别的翻浆段在一段时间后便连成一片，并导致轨排出现区段性空板，严重影响列车运行安全。

现有技术是通过在路基浅层注射高聚物，吸收了高铁底座板与路基表层间的积水，同时也将底座板与路基表层间的缝隙填充密实。但是现有的解决方案在经过1-2个雨季后，容易重复翻浆冒泥，主要原因在于：注浆深度较浅，填充底座板脱空区域所形成的材料层厚度近2mm-20mm，结构强度较低；注浆材料薄，高铁列车行驶能引起路基中水体产生较大的空隙水压力，长期以往高聚物材料产生破坏；现有注浆材料自身的水敏感性较高，注浆材料遇水反应水稳定性较差，进而导致注浆材料力学强度低，耐久性差。

发明内容

本发明的目的是根据上述现有技术的不足之处，提供一种快速识别并无损修复高铁路基翻浆病害的方法，通过探地雷达和波速反射法装置快速确定路基病害位置，并通过改性聚氨酯材料注浆实现路基无损修复。

本发明目的实现由以下技术方案完成：

一种快速识别并无损修复高铁路基翻浆病害的方法，包括以下步骤：步骤1，采用探地雷达和波速反射法装置对高铁路基进行探测以获取病害区域；步骤2，在所述病害区域上开设注浆孔，并通过所述注浆孔向所述病害区域注入改性聚氨酯材料；步骤3，采用所述探地雷达和所述圆锥动力触探装置对所述病害区域进行检测，并将满足检测要求的所述病害区域的注浆孔封堵。

所述步骤1包括以下过程：所述探地雷达沿所述高铁路基延伸方向进行探测，获取所述高铁路基上的脱空区域，采用所述波速反射法装置对所述脱空区域进行探测，确定所述脱空区域中的病害区域的位置。

所述波速反射法装置包括至少三个波速检波器和数据处理器，所述波速反射法装置采用如下步骤进行探测：将所述波速检波器沿一直线依次排布在所述脱空区域的路基支承板上，相邻的所述波速检波器的间距大于50cm，锤击所述脱空区域的所述路基支承板以生成冲击波，所述波速检波器接收所述冲击波并将接收时间上传至所述数据处理器中，所述数据处理器计算获取每个所述波速检波器所在区域的剪切波速，将所述剪切波速小于150m/s的区域作为所述病害区域。

所述步骤2包括以下步骤：根据所述病害区域的剪切波速确定抬升量，在所述病害区域开设注浆孔，将空鼓注浆管插至所述高铁路基30-50cm的深度处，所述改性聚氨酯材料通过所述空鼓注浆管进行注浆至所述高铁路基的抬升高度达到所述抬升量。

所述步骤2中，所述病害区域的高铁路基的表面上设置有电子水准仪以对所述高铁路基的抬升高度进行监测。

所述注浆孔位于所述高铁路基的路基支承板两侧1-1.5m处，所述注浆孔呈40-50度倾斜开设，所述注浆孔的孔径16mm。

所述改性聚氨酯材料由A组分和B组分混合反应制得，所述A组分与所述B组分的重量比为1∶0.3至1∶12，所述A组分包括多元醇改性二苯基甲烷二异氰酸酯和多亚甲基多苯基异氰酸酯，质量比为1∶1至2∶7，所述A组分中异氰酸酯基含量为10-50％，所述B组分包括多元醇、扩链剂、发泡剂、表面活性剂、偶联剂、抗氧剂。

所述A组分在25℃下的粘度为100-500mPa﹒s，所述B组分25℃下的粘度为100-500mPa﹒s。

所述B组分中的所述多元醇为聚醚多元醇、聚脲多元醇、端氨基聚醚、生物基多元醇以及聚合物多元醇中的两种或二种以上组合，所述B组分中的所述多元醇的官能度为3-6，平均分子量为300-800。

本发明的优点是：（1）病害检测效率高，针对高铁路基进行填充加固，施工效率高，材料用量可控，减少材料浪费；材料填充效果好，材料对周围介质压力主要取决于注浆量的大小，而非注浆压力，注浆操作更容易控制；填充加固后，注浆材料不透水，能够保持强度，具有耐久性，在列车荷载下能够防止水侵蚀路基，避免重复修复；注浆深度较深减轻上部列车荷载引起的的土体应力；（2）新工艺注浆采用双组份微发泡非水反应聚氨酯，材料浆液粘度小，能够渗透扩散到基床中，微发泡带有弱膨胀力，可挤压密实基床碎石土，且材料对水不敏感，遇水能够保持高密度和抗压强度；（3）新工艺着重对整体基床进行加固，注浆深度为基床底部，通过材料的渗透扩散、挤压密实、粘结等作用机理，提高基床的整体力学性能，减小上部列车荷载带来的超孔隙水压力；新工艺选用能够注浆时材料的各项参数性能，包括材料反应的温度，注浆压力等关键参数的设备；材料为高压对撞混合，选用的装备可确保材料正确反应达到预期效果。

附图说明

图1为本发明实施例中波速反射法装置进行探测的示意图。

具体实施方式

以下结合附图通过实施例对本发明的特征及其它相关特征作进一步详细说明，以便于同行业技术人员的理解：

图1中各标记分别为：路基支承板1、锤子2、波速检波器3、数据处理器4。

实施例：本实施例具体涉及一种快速识别并无损修复高铁路基翻浆病害的方法，通过探地雷达和波速反射法装置快速确定路基病害位置，并通过改性聚氨酯材料注浆实现路基无损修复。

本实施例中，快速识别并无损修复高铁路基翻浆病害的方法包括以下步骤：步骤1，采用探地雷达和波速反射法装置对高铁路基进行探测以获取病害区域；步骤2，在病害区域上开设注浆孔，并通过注浆孔向病害区域注入改性聚氨酯材料；步骤3，采用探地雷达和圆锥动力触探装置对病害区域进行检测，并将满足检测要求的病害区域的注浆孔封堵。

本实施的步骤1中，探地雷达沿高铁路基延伸方向进行探测，获取高铁路基上的脱空区域，采用波速反射法装置对脱空区域进行探测，确定脱空区域中的病害区域的位置。通过探地雷达大致确定高铁路基中的脱空区域所在位置，在通过波速反射法装置检测上述区域的剪切波速，根据剪切波速确定病害区域，也就是需要进行加固的区域。

如图1所示，本实施例中，上述的波速反射法装置包括至少三个波速检波器3和数据处理器4，波速反射法装置采用如下步骤进行探测：将波速检波器3沿纵向直线依次排布在脱空区域的路基支承板1上，波速检波器3沿高铁路基的延伸方向呈直线排布，相邻的波速检波器3的间距大于50cm以降低相互之间的振动干扰。用锤子2锤击脱空区域的路基支承板1以生成冲击波，锤击的位置位于波速检波器3排布的同一直线上，锤击的位置与最接近的波速检波器3的间距大于50cm，避免信号干扰。波速检波器3接收冲击波并将接收时间上传至数据处理器4中，数据处理器4计算获取每个波速检波器3所在区域的剪切波速，将剪切波速小于150m/s的区域判定为病害区域。剪切波速在不同的介质中的速度是不同的，相对于岩土中，密度越高速度越快，反之密度越低速度越慢。因而，剪切波速小于150m/s表明这一区域的岩土结构的密度偏低，必然存在基床翻浆冒泥的问题。

本实施例的步骤2中，根据病害区域的剪切波速确定抬升量，在病害区域开设注浆孔，将空鼓注浆管插至高铁路基30-50cm的深度处。注浆孔位于高铁路基的路基支承板1两侧1-1.5m处，注浆孔呈40-50度倾斜开设，注浆孔的孔径约16mm。病害区域的高铁路基的表面或者路基支承板1上设置有电子水准仪以对高铁路基的抬升高度进行监测，改性聚氨酯材料通过空鼓注浆管进行注浆至高铁路基的抬升高度达到抬升量。注浆时控制注浆速度，使得电子水准仪检测到的变化高程不超过2mm时，若接近2mm则减缓或停止注浆。

本实施例的步骤3中，圆锥动力触探装置检测病害区域高铁路基的承载力包括以下步骤：在病害区域开设触探孔，在触探孔上方安装探杆以及穿心锤，重复提升穿心锤以使其沿探杆自由下落，锤击探杆底部的限位凸块，探杆在穿心锤的锤击下贯入病害区域地基的土体。当探杆贯入土层30cm时，记录穿心锤的下落锤击次数，并利用穿心锤的下落锤击次数计算病害区域地基的承载力，承载力的计算公式为R=（0.8*N-2）*9.8，其中，R为病害区域地基的承载力，承载力的单位为kpa，N为探杆贯入土层30cm时穿心锤的下落锤击次数。在上述测试中，探杆贯入土层30cm的下落锤击次数小于20时表示病害区域地基的承载力不足，反之，则满足检测要求。

本实施例具有如下优点：病害检测效率高，针对高铁路基进行填充加固，施工效率高，材料用量可控，减少材料浪费。

本实施例中的改性聚氨酯材料由A组分和B组分混合反应制得，A组分与B组分的重量比为1∶0.3至1∶12； A组分中异氰酸酯基含量为10-50％，B组分包括多元醇、扩链剂、发泡剂、表面活性剂、偶联剂、抗氧剂。A组分在25℃下的粘度为100-500mPa﹒s，B组分25℃下的粘度为100-500mPa﹒s，上述粘度能够保证改性聚氨酯材料能够在管道内顺畅流动，使得反应后的改性聚氨酯材料具备较小的浆液粘度，能迅速扩散到路基中的细小碎石土缝隙里，使孔隙填充饱满。A组分包括多元醇改性二苯基甲烷二异氰酸酯和多亚甲基多苯基异氰酸酯，质量比为1∶1至2∶7。B组分中的多元醇为聚醚多元醇、聚脲多元醇、端氨基聚醚、生物基多元醇以及聚合物多元醇中的两种或二种以上组合，B组分中的多元醇的官能度为3-6，平均分子量为300-800。改性聚氨酯材料对翻浆冒泥后软弱的基床表层进行粘合加固，可对阻泥防水层进行有效支撑。改性聚氨酯材料具备微发泡性能，能够对路基碎石土进行压密并排挤出饱和多余的水，提高注浆量后具有一定的抬升功能，能够应对修复病害后发生的沉降问题，且其膨胀力在控制范围内。

本实施例中，改性聚氨酯材料的初始反应时间为15s-45s，表面干燥时间为50s-150s，材料早期强度满足90分钟抗压强度大于3MPa。改性聚氨酯材料在干、湿条件下均满足无侧限抗压强度30分钟≥15MPa以及3天≥20MPa。改性聚氨酯材料断裂伸长率大于0.5%，闭孔率大于85%，粘结强度大于0.5MPa，具备在pH为2或14的溶液浸泡30天抗压强度维持75%以上，具备良好的耐酸性和耐碱性。遇水反应密度保持率为：10倍水 ≥70%，对水不敏感。抗冻性能良好，在200次抗冻试验后，抗压强度保持率大于75%，且外观无剥落。改性聚氨酯材料中挥发性有机物（VOC）含量小于35g/m²。改性聚氨酯材料的具体性能说明见表1：

表1：改性聚氨酯材料采用不同配比获取材料的检测效果表：

本实施例具有如下优点：材料填充效果好，材料对周围介质压力主要取决于注浆量的大小，而非注浆压力，注浆操作更容易控制；填充加固后，注浆材料不透水，能够保持强度，具有耐久性，在列车荷载下能够防止水侵蚀路基，避免重复修复；注浆深度较深减轻上部列车荷载引起的的土体应力。

Claims (9)

1.一种快速识别并无损修复高铁路基翻浆病害的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，采用探地雷达和波速反射法装置对所述高铁路基进行探测以获取病害区域；步骤2，在所述病害区域上开设注浆孔，并通过所述注浆孔向所述病害区域注入改性聚氨酯材料；步骤3，采用所述探地雷达和圆锥动力触探装置对所述病害区域进行检测，并将满足检测要求的所述病害区域的所述注浆孔封堵。

2.根据权利要求1所述的一种快速识别并无损修复高铁路基翻浆病害的方法，其特征在于，所述步骤1包括以下过程：所述探地雷达沿所述高铁路基延伸方向进行探测，获取所述高铁路基上的脱空区域，采用所述波速反射法装置对所述脱空区域进行探测，确定所述脱空区域中的病害区域的位置。

3.根据权利要求2所述的一种快速识别并无损修复高铁路基翻浆病害的方法，其特征在于，所述波速反射法装置包括至少三个波速检波器和数据处理器，所述波速反射法装置采用如下步骤进行探测：将所述波速检波器沿一直线依次排布在所述脱空区域的路基支承板上，相邻的所述波速检波器的间距大于50cm，锤击所述脱空区域的所述路基支承板以生成冲击波，所述波速检波器接收所述冲击波并将接收时间上传至所述数据处理器中，所述数据处理器计算获取每个所述波速检波器所在区域的剪切波速，将所述剪切波速小于150m/s的区域作为所述病害区域。

4.根据权利要求1所述的一种快速识别并无损修复高铁路基翻浆病害的方法，其特征在于，所述步骤2包括以下步骤：根据所述病害区域的剪切波速确定抬升量，在所述病害区域开设所述注浆孔，将空鼓注浆管插至所述高铁路基30-50cm的深度处，所述改性聚氨酯材料通过所述空鼓注浆管进行注浆至所述高铁路基的抬升高度达到所述抬升量。

5.根据权利要求4所述的一种快速识别并无损修复高铁路基翻浆病害的方法，其特征在于，所述步骤2中，所述病害区域的所述高铁路基的表面上设置有电子水准仪以对所述高铁路基的所述抬升高度进行监测。

6.根据权利要求1所述的一种快速识别并无损修复高铁路基翻浆病害的方法，其特征在于，所述注浆孔位于所述高铁路基的路基支承板两侧1-1.5m处，所述注浆孔呈40-50度倾斜开设，所述注浆孔的孔径16mm。

7.根据权利要求1所述的一种快速识别并无损修复高铁路基翻浆病害的方法，其特征在于，所述改性聚氨酯材料由A组分和B组分混合反应制得，所述A组分与所述B组分的重量比为1∶0.3至1∶12，所述A组分包括多元醇改性二苯基甲烷二异氰酸酯和多亚甲基多苯基异氰酸酯，质量比为1∶1至2∶7，所述A组分中异氰酸酯基含量为10-50％，所述B组分包括多元醇、扩链剂、发泡剂、表面活性剂、偶联剂、抗氧剂。

8.根据权利要求7所述的一种快速识别并无损修复高铁路基翻浆病害的方法，其特征在于，所述A组分在25℃下的粘度为100-500mPa﹒s，所述B组分25℃下的粘度为100-500mPa﹒s。

9.根据权利要求7所述的一种快速识别并无损修复高铁路基翻浆病害的方法，其特征在于，所述B组分中的所述多元醇为聚醚多元醇、聚脲多元醇、端氨基聚醚、生物基多元醇以及聚合物多元醇中的两种或二种以上组合，所述B组分中的所述多元醇的官能度为3-6，平均分子量为300-800。