高速铁路岩溶路基稳定性与注浆治理应用研究

易齐俊

摘要：随着我国经济的快速发展和运输的日益便捷，人们对高铁的需求也日益增加。高速铁路路基施工技术是影响列车运行安全与稳定的关键技术，合理科学的施工工艺是保证列车安全平稳运行的关键。岩溶灌浆技术最大的优点是可以保证路基的强度和稳定性，并且可以阻止地下水的冲刷，从而增强路基的抗渗性。本文对岩溶路基的稳定性以及注浆治理进行分析，以促进路基稳定性的提升。

关键词：高速铁路；路基；岩溶注浆

一、岩溶路基的稳定性分析

喀斯特地基的整体失效模式可以理解为：当地基受到外力的影响时，地基上的溶洞顶部和溶洞会因受压而塌陷。在对喀斯特地基的整体破坏形态进行稳定性分析时，可以从洞顶崩塌后是否能够充分填充溶洞空间进行分析判断。

洞室充填时的稳定性分析：在洞口上部被填充时，由于顶板被裂隙分隔，崩塌形式受到破坏，造成洞室容积增加，从而造成洞室内塌陷。在这种情况下，可通过下列公式来测定坍塌高度H：

 

即：

式中：

K一岩石涨余系数；

V一溶洞空间体积；

V0一塌落体体积；

假设溶洞塌陷前后洞体形状均为圆柱体，溶洞的截面积可以假设为a，溶洞的最大高度设为H0。若H大于H0，此溶洞不安全。

二、岩溶路基注浆加固治理研究

在处理溶洞时，对强度、承载力、变形等有很高的要求，目前常用的处理方式有：压注浆、强夯法、高压旋喷桩等。当多个溶洞要处理时，首先要处理的是底层的溶洞，其次是上层的岩溶。采用压浆技术，首先将注浆管道插入溶洞底部，然后在一定的压力作用下向岩层中注入一定比例的泥浆。在一定的压力下，将事先准备好的浆料经排水管向注浆管内注入，并在一定的压力下进行灌浆。该矿体呈带状伸展、挤压伸展，可有效地加强断裂地层、充填溶洞及裂缝。此方法具有较好的加固效果，可有效解决基础刚度不均匀问题，缩短施工周期，降低施工噪声。

（一）岩溶路基注浆的特点

岩体裂缝发育，形成了大量的溶洞、裂缝或槽沟，这些溶洞、裂缝、槽沟等地质特征均为新的土壤或砂类。因此，在岩溶地区，灌浆工程具有很大的工作量和复杂的工程环境。

1.注浆法的选择

(1)灌浆。一般应用于大型洞室、构造断裂带、岩体裂缝断裂等病害的防治。(2)渗透灌浆。渗透灌浆的最大优点是可以确保土体的稳定，当灌浆压力很低时，可以通过泥浆的流动，缓慢地渗透到土壤的裂缝中，当泥浆固化后，泥浆就会和土壤结合在一起。渗透灌浆对浆料的配比和物料特性都有一定的要求。

(3)采用压实法进行灌浆。在软弱地基中，压实灌浆的作用尤其显著，在浆液质量的控制上，与渗透灌浆相比，需要更高的浓度和粘性。在压力作用下，泥浆被挤压进入岩石土壤，并在一定的时间内达到固化的条件，从而在岩石和泥浆中形成一个有机的整体。同时，灌浆附近的土壤在一定程度上会被泥浆的压力所影响，从最初的弹性向塑性变形，导致岩土的孔隙率减小，渗透性下降，从而使岩石的强度和稳定性得到改善。

(4)劈裂注浆是一种用于软弱岩层的加固技术。泥浆沿着裂缝流过，并在压力的作用下，继续向更高的强度方向劈开。泥浆在土壤中形成了一种脉状结构，从而使土壤的可注性发生了变化。注浆方式主要是以充填、渗透注浆为主，而压密注浆为辅的方式对周边岩石裂缝进行加固，使浆液在压力作用下更容易的渗入到岩体裂缝中。

2.注浆材料的选择

由于水泥的成本低廉、无毒、环境友好等优点，再加上它本身的高强度、高抗渗性等特性，使得它在工程应用中的应用越来越广泛，特别是对基础的防渗和加固。在选择灌浆材料时，一般选择常规的硅酸盐水泥。注浆用的水泥对混凝土的要求很高，不仅要满足施工条件，还要保证混凝土的干燥度。同时，水泥凝固所需的时间也较长，在地下水流速度较高的情况下，泥浆很容易被冲淡，从而大大降低了注浆效率。

在岩体裂缝的封闭中，最常用的是水泥、水玻璃浆，它既具有二者的共性，又具有较好的资源和经济价值。水泥与水玻璃同为一种既廉价又有广泛来源的无机硅酸盐材料。化学浆料在灌浆过程中有着自己的优势，在注浆率、固化时间等方面都优于化学浆料。不过，化学浆的造价相对较高，而且会对环境产生很大的污染，因此在使用化学浆时要慎重。该泥浆应该符合下列性能标准：

(1)超早强：选择适当的混凝土主体材料和早期强化剂，克服了单一使用外加剂来解决超早强问题。混凝土的抗压强度在半个小时内超过8 MPa，弯曲超过2 Mpa，在后期使用后，在火车的重载作用下，其力学特性没有发生改变，结构保持完好，28天内的强度不会降低。(2)稳定性：通过选择适当的掺合料、高效减水剂、制浆工艺等综合因素，使灌浆材料具有较好的可灌性。其中，适当的添加剂对改善不分散和提高凝固效果，减水剂的高分散性，制浆过程采用高速制浆技术，两者结合，提高了浆液的稳定性和流畅性。

综上，注浆材料的选用要考虑到施工条件、地形地质条件、浆液性能指标、注浆工艺和经济适用范围等因素，才能使注浆后的基础更好的满足工程地质要求。

（二）岩溶注浆方案及流程

1.加固范围

软弱部位：溶洞顶板相对疏松，溶蚀作用较慢，灌浆深度宜设定在10~15 m；强渗区：加固深度应设在5~8米以内，并对围岩周围进行重点加固保护，以阻止地下水渗入和流淌，并预防溶蚀，最后达到预防崩塌的效果。在溶洞区段加固时，宜将加固深度设在溶洞以下2~3 m以内。

2.定孔位

注浆孔洞的布置应采用梅花形排列，孔距约5.0 m*5.0 m，而路堑区的加固范围至侧沟台的外缘。

3.钻机与注浆的设备

在确定了注浆孔后，将钻头移至钻孔位置，完成钻机的定位，并用斜尺和水平尺调节钻头的角度，以保证其牢固、稳定；各种设备应在邻近地区进行，为了避免压力损失，灌浆管道的固定长度不能太长。

4.钻孔

在土质基础上，使用钻井液护壁合金钻头，将钻杆对准要打好的钻孔位置。在进行钻井期间，要对钻井记录进行完整的记录，并及时上报监理工程师，按照工程师的要求进行处理。

5.钻孔冲洗

钻孔的冲刷主要是冲蚀孔壁和岩体的裂缝。孔壁清洗，先把管子伸入孔内，用大量的水流冲洗，直至恢复干净。

6.浆液的配置

水泥由32.5等级的普通水泥制成，水玻璃的波美度在38-43℃，模量在2.4-3.4之间。对大裂缝用粗砂或较稀疏的水泥砂浆进行充填；普通裂缝根据混凝土的配比要求进行搅拌。

图1注浆处理施工工艺流程图

三、注浆质量控制要点与特殊情况处理分析

（一）注浆治理的过程中质量控制要点

(1)采用跳孔进行注浆，不能等到全部打完后才按顺序打浆，以免造成孔间的串浆，造成清孔的困难和工作量。

(2)灌浆孔从路基两侧开始，由两边依次推进，采用跳孔灌浆方式，由路基两侧向路基中部推进，可确保灌浆效果。

(3)灌浆用水必须严格遵守水泥水的规范，并在使用之前进行水质的检查。

(4)必须严格检查原料，保证原料符合使用要求。

（二）特殊情况处理分析

灌浆工作应当是一项不断进行的工作。在灌浆过程中，若出现了突发情况，必须迅速查明造成灌浆中断的原因，并及时采取相应的对策，以保证注浆工作的顺利进行。在岩溶破裂区发育多孔时，必须采取自下而上的注浆法。在工程地质条件比较复杂的情况下，如岩溶发育、岩溶通道填充物的稳定性较差等，必须进行相应的现场测试，以确定其施工方法，并找到合适的施工技术，以指导后续大规模的施工。

结束语

高速铁路由于其自身特点，对路基的要求也较高。而岩溶灌浆技术就是其中的一项优点。该技术可以将路基的强度最大化，避免地下水的冲刷，同时保持路基的稳定，从而使其在高速铁路路基施工中得以推广。

参考文献

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[2]肖子卫.路基基底岩溶整治技术[J].建筑技术开发,2022,49(08):45-47.