CN111719345A - 一种既有铁路路基的防冻害的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种既有铁路路基的防冻害的方法，包括：步骤一，获取相应的路基区域的地质参数；步骤二，根据上述地质参数，在路基上设置注浆孔；步骤三，在所述注浆孔内进行灌浆，该方法针对既有铁路进行施工，以提高防冻害效果，同时，该方法能够在现场实时进行施工，并不影响正常车辆运行，另外注浆具有良好的隔水性能，能将路基填料中的水分排出，达到减少和消除路基冻害的目的。

Description

一种既有铁路路基的防冻害的方法

技术领域

本发明涉及既有铁路路基维护工程技术领域，具体涉及一种既有铁路路基的防冻害的方法。

背景技术

近年来，随着高速铁路的快速发展，我国建设了大规模的高速铁路，这给人们的出行带来了极大的便利。然而，在高速铁路运营过程中，高速铁路路基会出现一些病害问题。尤其是铁路路线涵洞路基会出现一系列的冻胀问题，以及季节冻土地区的路基也会产生冻害。例如，存在气温低、路基基床渗水而导致路基含水率高、土质不良等问题，从而导致路基地基结构不稳定，严重影响了铁路交通，给高速铁路的运营带来了安全隐患。高速铁路路基基床填料可能含有膨胀性物质，运营一段时间后，路基防排水不当，会出现填料遇水膨胀等而上拱，从而影响铁路正常运营。

目前，针对高速铁路的病害整治，传统的整治方法有设置保温层、设置平孔排水管以及人工盐化基土等方法。然而，这些整治方法虽然能够取得一定的效果，但是其有效性差，高速铁路维护作业时间受限，并未从根本上解决铁路路基的冻害问题。

发明内容

针对现有技术中所存在的上述技术问题的部分或者全部，本发明提出了一种既有铁路路基的防冻害的方法。该方法针对既有铁路进行施工，以提高防冻害效果。同时，该方法能够在现场实时进行施工，并不影响正常车辆运行。另外注浆液具有良好的隔水性能，能将路基填料中的水分排出，达到减少和消除路基冻害的目的。再有，注浆料与路基填料胶结在一起改善为不产生冻害的材料，其具有良好的防冻害性能，能够进一步有效增强铁路路基的防冻害效果。

根据本发明，提出了一种既有铁路路基的防冻害的方法，包括：

步骤一，获取相应的路基区域的地质参数，

步骤二，根据上述地质参数，在路基上设置注浆孔，

步骤三，在所述注浆孔内进行灌浆。

在一个实施例中，在步骤二中，在各铁轨的两侧均设置多个注浆孔。

在一个实施例中，在从上到下的方向上，位于同一铁轨两侧的注浆孔相对式延伸。

在一个实施例中，所述注浆孔的延伸方向与水平方向所呈的角度为85-75度。

在一个实施例中，所述注浆孔距离相匹配的铁轨的距离为400-500厘米，并且所述注浆孔的孔径为8-11厘米，所述注浆孔的深度为50-150厘米。

在一个实施例中，在步骤三中，向注浆孔内灌注高聚物材料，所述高聚物材料包括：

作为主剂的液体活性甲基丙烯酸树脂A，

有机过氧化物固化剂B，以及

催化促进剂C。

在一个实施例中，所述高聚物材料中，所述A的质量为100而B的质量为5的时候，C的质量为0.1-0.2，并且所述A的旋转粘度为20-60mpa·s且密度为1.0-1.3g/ml。

在一个实施例中，在灌注过程中，采用0.2-0.5MPa的注浆压力以及5-10L/min的注浆速度进行注浆，待任一检查孔溢浆时，或者注浆压力增加至少0.2MPa时，或这个注浆速度低于1.5L/min时停止注浆。

在一个实施例中，在步骤三中，先同时向位于铁轨外侧的注浆孔注浆，待注浆液固化后，再同时向相应位置处的位于内侧的注浆孔注浆。

在一个实施例中，所述注浆孔通过钻孔工艺形成，在钻孔过程中，一边钻进一边压入钢管，之后钢管留在孔内护壁并作为注浆孔。

与现有技术相比，本发明具有以下优点中的至少一个，该方法在路基上设置注浆孔，并在注浆孔内注浆以填充路基及改善路基填料，能够在现场实时进行施工，并不影响正常车辆运行。另外注浆液具有良好的隔水性能，能将路基填料中的水分排出，达到减少和消除路基冻害的目的。再有，注浆料与路基填料胶结在一起改善为不产生冻害的材料，其具有良好的防冻害性能，能够进一步有效增强铁路路基的防冻害效果。

附图说明

下面将结合附图来对本发明的优选实施例进行详细地描述，在图中：

图1显示了根据本发明的一个实施例的施工步骤示意图；

图2显示了根据本发明的一个实施例注浆孔水平布设示意图；

图3显示了根据本发明的一个实施例注浆孔在路基中的延伸示意图；

在附图中，相同的部件使用相同的附图标记。附图并未按照实际的比例绘制。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明做进一步说明。

图1显示了根据本发明的一个实施例的施工步骤。

首先，获取相应的路基区域的地质参数，如步骤S01。接着，根据所获取的地质参数，在铁路路基上设置注浆孔位置，并钻孔，以在路基上形成注浆孔，如步骤S02。然后，在注浆孔内进行灌浆以填充路基及改善路基填料，如步骤S03。

由此，该方法在路基上设置注浆孔，能够在天窗点进行施工，并不影响正常车辆运行。另外注浆液具有良好的隔水性能，能将路基填料中的水分排出，达到减少和消除路基冻害的目的。再有，注浆液与路基填料胶结在一起改善为不产生冻害的材料，其具有良好的防冻害性能，能够进一步有效增强铁路路基的防冻害效果。

具体地，在施工前，对每个工点进行挖探取样，并知晓处理深度范围内填料状态，以及土层深度、土层厚度以及其它等地质参数，以对注浆孔的布设以及后续施工提供指导。例如，获得该地区的路基孔隙度，如果该地区的孔隙度值比较大，则相邻的注浆孔组之间的的距离要适当大点。反之，如果该地区的孔隙度值比较小，则相邻的注浆孔组之间的的距离要适当小。

根据所获取的地质参数，在铁路路基上布设注浆孔。在水平面上，如图2所示，注浆孔为网状布设。例如，在各铁轨的两侧均布设注浆孔(在图2和3中以图号1表示)，也就是在各铁轨的外侧和内侧均设置有注浆孔，用于在各铁轨外侧形成防渗帷幕。为了便于施工，在相邻的枕木之间均设置有注浆孔。例如，如图2所示，在相邻的枕木之间的横向上，设置一组四个注浆孔，其中两个设置在铁轨的外侧，而两个设置在铁道的内侧。在纵向上，间隔式设置多个四个为一组的注浆孔组。在一个具体的实施例中，横向上，轨道外侧的注浆孔距离该侧轨道的中心的距离为400-500厘米，例如450厘米。位于铁轨的内侧的注浆孔距离该侧轨道的中心的距离为400-500厘米，例如450厘米。。需要说明的是，上述的距离中注浆孔的一端以注浆孔的中心为测量点。这种方式设置的注浆孔能在各铁轨的外侧均形成防渗帷幕，以更好地起到针对性的隔水效果，从而提高防冻害性能。

在一个实施例中，在从上到下的方向上，注浆孔斜向延伸，如图3所示。具体地，在从上到下的方向上，位于所述铁轨外侧的注浆孔向内侧延伸，而位于所述铁轨内侧的注浆孔向外侧延伸。也就是，位于同一铁轨两侧的注浆孔，在从上到下方向上彼此相对式延伸。优选地，注浆孔的延伸方向与水平方向所呈的角度为85-75度，例如80度。这种设置使得浆液在在同一铁轨的下方更加彼此靠近，在浆液扩散过程中，两个注浆孔处的浆液渗透到一起，与土体胶接呈一个整体，在铁轨的下端形成了一个强度大，防水效果好的封闭的结合体，从而大大地提高了防冻害效果。需要说明的是，对于可以相对式通车的两个并行轨道来讲，最靠近路基中心处的注浆孔也可以为垂直孔，这种设置方式相较上述设置方式工艺更简单，施工更方便。

注浆孔的孔径为8-11厘米。注浆孔的深度为50-150厘米。在铁路涵洞段，注浆孔的深度大约为50-70厘米。而在非铁路涵洞段，可以适当延长注浆孔的深度，例如注浆孔的深度为100-150厘米。如图3所示，注浆孔穿过道砟(用标号2表示)、路基填料(用标号3表示)后靠近基床底层(用标号4表示)。这种设置的注浆孔参数既能兼顾施工简便还能兼顾防冻害效果，尤其是在既有铁路上，这种设置的注浆孔在注浆后能在一定时间内凝固，从而能保证施工能在天窗点顺利进行施工，而在天窗点完后铁路正常运营。

注浆孔通过钻孔工艺形成。而在钻孔过程中，一边钻进一边压入钢管，之后钢管留在孔内护壁并作为注浆孔。这种施工方式克服了在路基土层中成孔难，成孔后钻具退出时易垮孔后续注浆困难的技术难题。同时，在注浆过程中，这种方式方便了注浆操作，既保证了注浆的质量，又节约成本。还有，注浆完毕后该钢管留在路基中，形成骨架效果，增加了土体的强度，更是能有效地增加土体的密实度，从而与所柱浆液粘结在一起以改善防冻害效果，增强路基的防冻害能力。

接下来，向注浆孔内注浆。施工过程中，使用高聚物材料进行注浆。优选地，该高聚物材料包括作为主剂的液体活性甲基丙烯酸树脂A、有机过氧化物固化剂B，以及催化促进剂C。其中，液体活性甲基丙烯酸树脂为淡黄色透明液体，旋转粘度为20-60mpa·s，密度为1.0～1.3g/ml，与水不相溶，在在-25℃下放置24h时还为液体状，具有可灌注性，凝结温度大于等于零下5度。

进一步优选地，在施工过程中，A的质量为100而B的质量为5的时候，C的质量为0.1-0.2。该高聚物材料具有良好的特性，使得施工顺利进行，并在施工过程中，以填充、渗透、挤密和劈裂等方式，将土体中的水分和气体挤走，充填了土体中原有的空隙或裂隙，使松散的土颗粒黏结在一起，提高了土体密实度。同时，高聚物材料与岩土中的元素进行离子交换形成了新的物质，增加了土体的黏聚力，以达到加固(提高岩土体的力学强度和变形模量)、堵满(封填孔隙、裂隙、堵截流水)、防渗(降低渗透性、减少渗流量)的目的，与周围土体胶结成一个整体，形成了一个结构新、强度大、防水性能好和化学性能好的结合体，从而大大地提高了路基防冻害的性能。

对上述高聚物材料进行了试验，结果如表1和表2所示。

表1：

表2：

序号	技术性能	指标结果
			1	胶体与石料粘结情况	粘结较牢
2	泡水1天后体积变化率	-0.28％
			3	泡水8天后体积变化率	-0.33％
4	泡水后-40℃冷冻1天后体积变化率	-0.4％
			5	冷冻后泡水1天后体积变化率	-0.36％
6	冷冻后泡水8天后体积变化率	-0.42％
			7	固砂体抗压强度(MPa)	8

通过表1可以看出，该高聚物材料不论在纯水，还是2％硫酸溶液、2％氢氧化钠溶液和10％氯化钠溶液中，浸泡7天后质量变化率均很低，在-0.2％到-0.1％之间。另外，该高聚物材料雨水膨胀率试验结果也为-0.2％。上述表明该材料在注入后非常稳定，即便在遇水的情况下，该材料的体积和质量几乎不变，有助于保持路基的稳定。而在泡水7天后的抗冻裂性中，表面该材料能应用到比较恶劣的环境中，即便路基处的温度到达零下35度，也就有非常好的抗冻性。另外，该材料并不透水，在注入地层中能阻止渗流，进一步提高防冻效果。

通过表2可以得知，该高聚物材料与石料有非常好的粘结效果，以及非常高的抗压强度，在注入地层后能与周围土体粘结为一个整体，加固土体。并且在泡水试验中，体积变化也非常小，有助于保持路基的稳定。

在灌注过程中，采用0.2-0.5MPa的注浆压力以及5-10L/min的注浆速度进行注浆。待任一检查孔溢浆时，或者注浆压力增加至少0.2MPa时，或这个注浆速度低于1.5L/min时停止注浆。需要说明的是，检查孔为临近该灌浆孔的孔。这种设置方式能提高注浆效果，优化浆液的用量。

在注浆过程中，先同时向位于铁轨外侧的注浆孔注浆，待注浆液固化形成防渗帷幕后，再同时向相应位置处的位于内侧的注浆孔注浆。例如，外侧的注浆孔注浆20-30小时后，向内侧的注浆孔注浆。在注浆液先注入外侧注浆孔后，以在外侧形成帷幕，以为后注入的注浆液起到隔挡作用，防止注浆液进一步向外侧扩散，从而保证注浆液位于有效的范围之内。

在实际应用过程中，某客运专线处于东北地区，运营以来常年出现季节性冻害现象，涵洞路基处尤为明显，最高处可达14mm。设计要求采用天窗点处理冻害并不能对线路产生影响，保证天窗点完成后正常运营。

采用本申请的施工方法对路基进行整治。首先，在该区域的铁轨两侧钻设注浆孔，该注浆孔横向一组注浆孔位四个，各铁轨的两侧各设置一个距离铁轨450厘米的注浆孔。该注浆孔的孔径为10厘米，注浆孔的深度为70厘米。并且从上到下方向上，一个铁轨两侧的注浆孔相对式延伸，其倾斜角度为80度。

然后，向注浆孔内灌注根据本申请的高聚物材料。其灌注顺序也遵循上述的先外侧后内侧的原则。

施工过程中并未对铁路线路产生影响，天窗点完成后铁路正常运营。并且，自治理完成后至现在未发现明显冻害现象。

以上仅为本发明的优选实施方式，但本发明保护范围并不局限于此，任何本领域的技术人员在本发明公开的技术范围内，可容易地进行改变或变化，而这种改变或变化都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求书的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种既有铁路路基的防冻害的方法，其特征在于，包括：

步骤一，获取相应的路基区域的地质参数，

步骤二，根据上述地质参数，在路基上设置注浆孔，

步骤三，在所述注浆孔内进行灌浆。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤二中，在各铁轨的两侧均设置多个注浆孔。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在从上到下的方向上，位于同一铁轨两侧的注浆孔相对式延伸。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述注浆孔的延伸方向与水平方向所呈的角度为85-75度。

5.根据权利要求2到4中任一项所述的方法，其特征在于，所述注浆孔距离相匹配的铁轨的距离为400-500厘米，并且所述注浆孔的孔径为8-11厘米，所述注浆孔的深度为50-150厘米。

6.根据权利要求1到5中任一项所述的方法，其特征在于，在步骤三中，向注浆孔内灌注高聚物材料，所述高聚物材料包括：

作为主剂的液体活性甲基丙烯酸树脂A，

有机过氧化物固化剂B，以及

催化促进剂C。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述高聚物材料中，所述A的质量为100而B的质量为5的时候，C的质量为0.1-0.2，并且所述A的旋转粘度为20-60mpa·s且密度为1.0-1.3g/ml。

8.根据权利要求6或7所述的方法，其特征在于，在灌注过程中，采用0.2-0.5MPa的注浆压力以及5-10L/min的注浆速度进行注浆，待任一检查孔溢浆时，或者注浆压力增加至少0.2MPa时，或这个注浆速度低于1.5L/min时停止注浆。

9.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在步骤三中，先同时向位于铁轨外侧的注浆孔注浆，待注浆液固化后，再同时向相应位置处的位于内侧的注浆孔注浆。

10.根据权利要求1到9中任一项所述的方法，其特征在于，所述注浆孔通过钻孔工艺形成，在钻孔过程中，一边钻进一边压入钢管，之后钢管留在孔内护壁并作为注浆孔。

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