一种注浆设备及其施工方法与流程

本发明属于铁路既有线路基加固领域，具体涉及一种注浆设备及其施工方法。

背景技术：

众所周知，路基沉降和路基病害是既有线铁路中较为常见的问题，沉降和路基病害问题处理不当很可能会导致既有线铁路失稳现象的发生，威胁既有线铁路使用的安全性。

目前针对此类路基沉降和病害问题，大部分所采用的是通过旋喷机旋喷桩体实施加固，但是此种方法所注入的水泥浆体积和所使用压力难以控制导致成型困难，即产生“跑浆”现象，对水泥浆的浪费较大，因此施工成本较大。加之注浆时所使用的压力不能够根据地基沉降量来控制，只能通过操作经验进行控制，且注入后的浆液位置不能确定是否在指定的加固位置。

通常情况下对既有线铁路进行整治的过程中，是不能影响铁路线正常运营的，因此在既有线铁路施工中要采取特殊的整治办法。

目前广泛应用于此类施工当中的封口方法是用止浆球封口，其目的是防止在注入过程中浆液从孔扣喷出，但是这种方式只局限于小孔，孔径过大时无法满足使用条件。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种注浆设备，

本发明的另一个目的是提供一种注浆施工方法，以解决注入水泥浆成型控制难，以及不能够在指定位置对路基加固的问题。

本发明技术方案如下：一种注浆设备，包括高压注浆机，还包括土工袋、封口装置，所述封口装置包括封口管、第一法兰、蝶阀、第二法兰，封口管的一端与土工袋相连，封口管的另一端与大法兰连接，大法兰、第一法兰、蝶阀、第二法兰通过加长螺钉依次连接。

作为本发明的进一步改进，第二法兰与高压注浆机的管线之间设有变径管，所述变径管上设有排气阀，排气阀上设有压力表。

作为本发明的进一步改进，所述封口管前后对称设有抱箍，封口管与抱箍之间设有橡胶垫。

作为本发明的进一步改进，所述土工袋由依次设置的外层布、隔水板、内层布压制而成。

作为本发明的进一步改进，所述隔水板的厚度为0.3mm—0.6mm。

作为本发明的进一步改进，所述土工袋采用回转连接，一次成型为圆筒状，土工袋直径是注浆孔的0.4-1.5倍。

一种注浆施工方法，包括如下步骤：

a、成孔施工：将土工袋封闭端放入孔内；

b、封口：将土工袋开口端套装在封口管上，打开紧定螺钉，将抱箍卡在封口管上，固定紧定螺钉，完成封口；快速接口通过管路和高压注浆机连接；

c、注浆：将水和水泥搅拌均匀，打开排气阀，启动高压注浆机进行注浆，当排气阀溢出浆液时，关闭排气阀，记录所注入水泥浆体积和布工袋的最大体积作比较，同时记录压力表读数和控制注入量，完成注浆。

作为本发明的进一步改进，土工袋的放法有两种，一是褶皱方向处于竖直向，或者是褶皱方向处于水平向。

作为本发明的进一步改进，所述步骤中a成孔施工中，成孔角度以水平向为基准线为正负5°角，成孔直径为200-300mm，成孔深度为3-7m；孔中心距路基上表面距离为0.6-1.0m，水平向孔间距为0.7-1.0m。

作为本发明的进一步改进，所述步骤中a成孔施工中，上下孔位中心距处于同一条直线放置，或者上下孔位呈梅花状布置，施工时下方采用直径300mm，上方孔采用直径200mm，注浆时先注下方孔后注入上方孔；所述步骤c注浆中，每次注浆时的压力为0-0.3mpa。

本发明原理是在铁路路基发生沉降不均匀的区段内，线路与地基接触界面之间的一定距离，按设计要求的位置、数量依次向路基中水平或者带角度利用“二定注浆”的方法注入水泥浆对路基进行加固，通过挤密和钻孔的方法按设计要求的顺序、扩张速率、扩张幅度逐步地竖向扩张，使沉陷的路基抬升恢复至路基设计目标值，实现整治既有铁路线路基路面沉降的目的。

二定注浆的定义：在注浆过程，能够确定和控制所注浆的体积以及准确定位所注浆的位置。

本发明使路基沉降和路基病害得到整治，最大程度的减小路基沉降和病害带来的危害。

附图说明

图1为一种注浆设备的结构示意图；

图2为单线作业位置示意图；

图3为双线作业位置示意图；

图4为一种孔位的结构示意图；

图5为另一种孔位的结构示意图；

图6为土工袋一种放置方式的示意图；

图7为土工袋另一种放置方式的示意图；

图8为注浆孔(5#-19)中心距地表面50cm地形变化图；

图9为注浆孔(36#-19)中心距地表面60cm地形变化图；

图10为注浆孔(18#-19)中心距地表面100cm地形变化图；

图11为注浆孔(18#-19)中心距地表面100cm下孔先注地形变化图；

图12为注浆孔(36#-19)中心距地表面60cm上孔后注地形变化图；

图13为注浆孔(19a#-12)中心距地表面60cm上孔先注地形变化图；

图14为注浆孔(8#-12)中心距地表面100cm下孔后注地形变化图；

图15为注浆孔(18#-09))下孔先注浆前后地表位移变化走势图；

图16为注浆孔(36#-09))上孔后注注浆前后地表位移变化走势图；

图17为注浆孔(19a#-12))上孔先注注浆前后地表位移变化走势图；

图18为注浆孔((8#-12))下孔后注注浆前后地表位移变化走势图；

图19为土工袋破裂情况下地形变化图；

图20为土工袋正常情况下地表位移变化图；

图21为土工袋褶皱水平布置的地形变化走势图；

图22为土工袋褶皱竖直布置的地形变化走势图；

图23为土工袋褶皱水平与竖直布置的地形变化走势图；

图24为单排孔孔位空间位置示意图；

图25为双排孔孔位空间位置示意图。

附图标记含义：1-封口管，2-注浆孔，3-大法兰，4-第一法兰，5-蝶阀，6-第二法兰，7-变径管，8-快速接口，9-排气阀，10-压力表，11-抱箍，12-加长螺钉，13-土工袋，17-高压注浆机，171-管线，a-路基浅表层，b-二定注浆作业分布层，c-零路基层，d-土体，a-孔中心距路基上表面距离。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。

图1示出了一种注浆设备的结构示意图，包括高压注浆机17、土工袋13、封口装置，所述封口装置包括封口管1、第一法兰4、蝶阀5、第二法兰6，封口管1的一端与土工袋13相连，封口管1的另一端与大法兰3连接，大法兰3、第一法兰4、蝶阀5、第二法兰6通过加长螺钉12依次连接并锁死。

第二法兰6与高压注浆机17的管线171之间设有变径管7，所述变径管7上设有排气阀9，排气阀9上设有压力表10。变径管7通过快速接口8与管线171连接。

封口管1前后对称设有抱箍11，封口管1与抱箍11之间设有橡胶垫。前后抱箍11之间通过紧定螺钉连接。通过抱箍11中的橡胶垫施加压力，利用紧定螺钉卡住。

所述土工袋13由依次设置的外层布、隔水板、内层布压制而成。

隔水板的厚度为0.3mm—0.6mm。土工袋13采用回转连接，一次成型为圆筒状，土工袋直径是注浆孔的0.4-1.5倍。

使用时，将土工袋13按照加固方向的要求进行褶皱放进注浆孔2内，开口端套装在封口管1上，用抱箍11进行锁紧，大法兰3端面和预制砼端面紧贴，用膨胀螺丝固定。封口装置中快速接口8通过管路和高压注浆机17连接。将水和水泥按照一定配比和体积搅拌均匀，打开排气阀9，启动高压注浆机17进行注浆，当排气阀9溢出浆液时，关闭排气阀9，记录所注入水泥浆体积和布工袋13的最大体积作比较，同时记录压力表10读数和控制注入量，完成注浆，注浆完毕对坡面进行整理恢复。

土工袋的放法有两种，一是褶皱方向处于竖直向，或者是褶皱方向处于水平向。根据不同路基，选择或组合使用。

成孔施工中，成孔角度以水平向为基准线为正负5°角，成孔直径为200-300mm，成孔深度为3-7m；孔中心距路基上表面距离a为0.6-1.0m，水平向孔间距为0.7-1.0m。图2中示出的成孔角度为0°角，图3中示出的成孔角度为5°角。

成孔施工中，上下孔位中心距处于同一条直线放置，或者上下孔位呈梅花状布置，施工时下方采用直径300mm，上方孔采用直径200mm，注浆时先注下方孔后注入上方孔；所述步骤c注浆中，每次注浆时的压力为0-0.3mpa。

一、《施工方法》的优化选择：

(1)图2-图3示出了施工方法，实施时，针对单线和双线两种不同情况下路基沉降和路基病害处进行成孔，a区和c区属于浅表层和“零路基”层，为通常机械设备无法到达的作业范围。b区使用钻机或旋喷机在可控制范围内进行锥头挤密、排渣成孔或冲击钻成孔，注浆孔必须使用“干钻法”方满足本实施方法要求。因b区距离路基表面高度差大，是本发明所述施工方法的最佳作业高度范围，建议作业范围如图3所示，故可进行既有线铁路路基沉降和路基病害处大范围作业。

图2示出了一种注浆设备及其施工方法中针对既有线铁路单线的施工方法，根据单线路基宽度进行单向成孔施工，建议成孔角度：以水平向为基准线上下角度γ为正负5°角。

图3示出了一种注浆设备及其施工方法中针对既有线铁路双线的施工方法，路基是双线或者路基较宽时采用两侧对打孔方式，建议成孔角度：以水平向为基准线上下角度γ为正负5°角，然后进行“二定注浆”，达到路基沉降和病害整治的目的。当路基沉降较严重采用分层注浆方式。

图2-图3作业位置，孔中心距路基上表面距离a的限定说明，实施时，若在黄土或者粘性土层，建议加压方式采用分段加压，从开始注浆至浆液从排气阀9溢出时，暂停注浆，然后关闭排气阀9；接着注入至所要控制的体积即可。此过程当中，每次注浆时的建议压力为：0-0.3mpa，孔中心距路基上表面距离a为0.6-1.0m，水平向孔间距0.7-1.0m，也可按照现场路基实际病害处进行调整。

(2)图4-图5示出了两种孔位施工组合方案和关于“先下后上”、“先上后下”注浆顺序情况的说明：

方案一、参见图4，上下孔位中心距处于同一条竖直线放置，即矩形布置，且施工时下方采用直径300mm，上方孔采用直径200mm，注浆时先注下方孔后注入上方孔为优选方案；

方案二、上下孔位呈梅花状布置，且施工时下方采用直径300mm，上方孔采用直径200mm，注浆时先注下方孔后注入上方孔为优选方案。

(3)土工袋的加工方案和关于土工布袋材料焊缝强度问题的说明：

方案一、采用轴向热熔焊接方式，建议热熔焊接宽度：15mm-25mm，轴线方向上不允许有焊接缝隙，焊接完成必须通过无损探伤监测其密封性；

方案二、采用完整回转连接，一次成型圆筒状。

综合现场试验实际测试以及结果分析，建议使用方案二:采用完整回转连接，一次成型圆筒状，建议所用土工袋最大直径是注浆孔的0.4-1.5倍。

(4)土工袋的结构对比，为了防止在挤密过程中径向力过大破坏土工袋以及综合考虑注浆深度和挤密程度，现给出如下方案见表1：(a)所示由外层布、隔水板、内层布压制而成，隔水板建议厚度0.3mm，最大成孔直径200-300mm，建议成孔深度3-5m；(b)所示由外层布和隔水板构成，隔水板建议厚度0.4mm，最大成孔直径200-300mm，建议成孔深度3-7m；(c)所示只有隔水板，无内、外层布。建议隔水板厚度：0.4-0.6mm，最大成孔直径200-300mm，建议成孔深度3-7m。

表1-土工袋建议使用技术参考

(5)土工袋放置方式：

当褶皱方向处于竖直向时(如图6所示)，注浆之后土工袋主要沿着竖直方向撑开，因此土体(d)主要受挤压方向是竖直向；

当褶皱方向处于水平向时(如图7所示)，注浆之后土工袋主要沿着水平方向撑开，因此土体(d)主要受挤压方向是水平向。

《效果试验》

图24为单排孔孔位空间位置示意图；图25为双排孔孔位空间位置示意图；做下述对比试验。以18#和36#为第一组对比，以19a和8#为第二组对比，再以第一组和第二组进行对比。具体选择见表2，表中材质300/0.3/300表示外层布、隔水板、内层布的厚度分别为300mm、0.3mm、300mm。材质0/0.3/300表示无外层布，隔水板、内层布的厚度分别为0.3mm、300mm。

表2

一、注浆范围

图8为注浆孔(5#-19)中心距地表面50cm地形变化图；

图9为注浆孔(36#-19)中心距地表面60cm地形变化图；

图10为注浆孔(18#-19)中心距地表面100cm地形变化图；

结果：50cm定体定压情况下，地表隆起严重、纵向裂缝宽、最大地表隆起位移达5cm。60cm和100cm叠加定体定压情况下，地表裂缝为横向，影响范围如图为25cm左右且无纵向裂缝，地表最大点隆起2cm。结合裂缝情况及地表最大隆起位移量，距地表以下60cm以下范围为所选取的最优“二定注浆”范围。

二、注浆顺序

图11为注浆孔(18#-19)中心距地表面100cm下孔先注地形变化图；图12为注浆孔(36#-19)中心距地表面60cm上孔后注地形变化图；图13为注浆孔(19a#-12)中心距地表面60cm上孔先注地形变化图；图14为注浆孔(8#-12)中心距地表面100cm下孔后注地形变化图；图15为注浆孔(18#-09))下孔先注浆前后地表位移变化走势图；图16为注浆孔(36#-09))上孔后注注浆前后地表位移变化走势图；图17为注浆孔(19a#-12))上孔先注注浆前后地表位移变化走势图；图18为注浆孔((8#-12))下孔后注注浆前后地表位移变化走势图。

图15-图18为注浆后地表位移减去注浆前地表位移的变形量，可以更为直观的说明地表变形走势。分别表示18#、36#、19a、8#的地表变形走势，表达先注上孔后注下孔以及先注下孔后注上孔对地表变形的不同影响。

通过上述图说明：

a、在相同压力、相同土工袋长度及材质、相同注浆体积情况下，图10-图13四张地表变形图中显示，除1、2号点变化幅度稍大以外，其余点变化范围都在突米级。由图(12)、(13)、(14)、(15)地表位移变化走势图中显示，“先上后下”较“先下后上”地形走势波动明显，地表变形严重。

1号点和2号点的说明：在图形上从端口算起，沿坐标轴的正向点号分别为1、2、3、……16。两条图线分别计算。

b、36#、18#先下后上注浆情况下，地表无纵向裂缝、裂缝影响范围较小，最大影响范围为孔口端沿注浆袋走向20cm。

先上后下注浆情况下，地表存在纵向裂缝、裂缝影响范围较大，最大影响范围为孔口端沿注浆袋走向180cm。

结合地表变形及裂缝影响范围，给出同一垂直线上“二定注浆”最佳注浆顺序为“先下后上”。

三、关于土工袋加工方式

图19为土工袋破裂情况下地形变化图(1#-04)；图20为土工袋正常情况下地表位移变化图((13#-14)。

通过未探伤焊接方式和结合现场实验无损焊接方式的比较，结合现场实际注浆情况及地表位移变化图，得出如果存在焊缝时，存在潜在风险，可能会由于焊缝质量问题诱发土工袋露浆，注浆后整体强度不足等缺陷。

焊缝有损伤，强度不足会存在漏浆情况，土体强度补足量不足。因此，焊缝须经无损探伤检验。推荐使用的土工布袋为“零焊缝—整体成型”。

四、关于土工袋褶皱方向

图21为土工袋褶皱水平布置的地形变化走势图；图22为土工袋褶皱竖直布置的地形变化走势图；图23为土工袋褶皱水平与竖直布置的地形变化走势图。

在地质条件相同、孔中心距地面高度相同、注浆袋材质相同、注浆压力相同、浆液配比相同情况下，由图21-23可知，褶皱方向竖直放置比水平放置对地表位移的变形量影响较大，可以根据现场实际情况确定褶皱方向或褶皱方向的组合，以期达到预想效果。