一种用于沉降无砟轨道中线偏移纠偏方法
【专利摘要】一种用于沉降无砟轨道中线偏移纠偏方法，本发明属于高速铁路无砟轨道修复【技术领域】，具体涉及一种线路纠偏方法。所述纠偏方法在确定沉降线路偏移量后，在轨道正偏移方向一侧设置两排以上注浆孔，采用高压注浆设备，在一定注浆压力下，按确定的设备参数、注浆节奏、注浆顺序，将速凝快硬性注浆材料通过注浆孔中注浆管注入到道床下，先对线路外侧注浆孔进行注浆，注浆材料迅速固化形成帷幕，然后对内侧注浆孔进行注浆，新注入材料在帷幕阻隔下定向扩展、固化并形成侧向推动力，实现对轨道结构向另一侧横向纠偏，采用测量装置实时监测轨道位移量以精确控制纠偏。本发明为在天窗时间内纠偏无砟轨道提供了一种快速便捷、实用经济的方法。
【专利说明】一种用于沉降无砟轨道中线偏移纠偏方法
【技术领域】
[0001]本发明属于高速铁路无砟轨道结构修复【技术领域】，具体涉及一种用于沉降无砟轨道中线偏移纠偏修复技术。
【背景技术】
[0002]无砟轨道结构作为国内外高速铁路的主要型式，对轨道结构的平顺性及几何尺寸精度提出了更高的要求。为控制无砟轨道的施工质量，《高速铁路设计规范》(TB10621-2009)提出了无砟轨道路基工后沉降不宜超过15mm的要求。但是，当路基段高速铁路无砟轨道穿越软土、岩溶等不良地质地段时，有些路段存在工后不均匀沉降变形或者特殊地质灾害引起的轨道结构变形，导致了无砟轨道结构中线向沉降量较大的一侧发生偏移，引起线路平面扭曲变形，从而严重影响了列车运营速度及安全性。
[0003]由于无砟轨道结构与有砟轨道结构的根本区别在于用塑性变形小，耐久性好的混凝土或水泥浙青砂浆材料代替了有砟轨道结构中容易磨耗、粉化或破碎的道砟材料，增强了轨道结构的稳定性，减少养护维修工作量，但同时也增加了轨道结构养护维修的难度。当无砟轨道线路发生沉降，且尤其伴随中线偏移量超限时，将导致线路平顺性差，影响列车运行速度及舒适性。目前，对于轨道结构中线偏移量超标区段，主要通过调整扣件系统，来恢复轨道结构的中线位置；对于轨道结构中线偏移量超过扣件调节范围时，仅能降速运行，若是通过拆除轨道、重新修复轨道结构来恢复轨道中线位置，一般工期较长，将导致列车运行中断，且维修成本太高，一般情况下不会采用；若采用用于工业与民用建筑物的纠偏方法，如专利“一种建筑物的顶升纠偏方法”(201210049116.5)和专利“负孔压钻孔掏土的建筑物纠偏方法”(201310691935.4)，这些方法现场所需施工机械庞大，作业时间长，施工人员多，不利现场组织管理，而且纠偏量不可控，因而不适用于高速铁路路基段无砟轨道结构的中线纠偏恢复。因此，对于高速铁路沉降无砟轨道结构中线偏移病害，目前还缺乏有效、实用、快速的修复技术，只能采取列车降速运行的方式来保障行车的安全性，严重影响了列车运行的速度、效率与安全。
【发明内容】
[0004]本发明针对我国高速铁路沉降无砟轨道中线偏移病害修复的现实需求以及当前纠偏修复技术的缺陷不足，发明一种施工快捷、实用可靠、成本经济、适用于天窗时间内对沉降无砟轨道实施中线纠偏的注浆修复方法。
[0005]为实现上述目的，本发明采用以下技术方案:
[0006]一种用于沉降无砟轨道中线偏移纠偏方法，所述修复方法包括注浆材料、设备工装以及相关施工工艺和步骤。所述的纠偏方法是在确定沉降无砟轨道线路抬升量和偏移量后，在无砟轨道中线正偏移方向一侧离中线一定距离内设置两排以上注浆孔，采用高压注浆设备，在一定注浆压力下，按照确定的设备参数、注浆节奏、注浆顺序和注浆步骤，将速凝快硬性的注浆材料通过安装于注浆孔中的注浆管注入到无砟轨道道床下部的级配碎石中，注浆时，先对线路外侧注浆孔进行注浆，注浆材料迅速固化形成帷幕，然后对内侧注浆孔进行注浆，新注入材料在帷幕阻隔作用下定向扩展、固化并形成侧向推动力，实现对上部轨道结构向另一侧的横向纠偏，采用测量装置实时监测轨道结构的位移量，从而达到轨道结构中线纠偏和精确控制轨道结构中线纠偏量的目的。
[0007]—种用于沉降无砟轨道中线偏移纠偏方法，所述的注浆孔为在线路中心线正偏移方向的1.2m?3m范围内按梅花形式设置两排以上注浆孔，其中，外侧注浆孔为帷幕注浆孔，内侧注浆孔为纠偏注浆孔，各排注浆孔的行距0.2m?1.5m,每排注浆孔的孔间距为0.2m?5m,注衆孔内径为15mm?50mm,注衆孔应深至无昨轨道结构支承层混凝土以下5cm?10cm位置。
[0008]一种用于沉降无砟轨道中线偏移纠偏方法，所述的注浆管深入无砟轨道结构下部的级配碎石层内或与AB组填料界面处，即深入轨道结构支承层混凝土以下5cm?10cm ；注浆管上部具有单向阀装置对注浆材料起定向流动的作用；注浆管下部具有限位装置，可将注浆管固定于无砟轨道支承层混凝土的注浆孔中。
[0009]一种用于沉降无砟轨道中线偏移纠偏方法，所述的注浆材料为无收缩或低收缩的速凝快硬材料，可工作时间为5s?40s，Ih抗压强度达设计强度的85%以上；速凝快硬材料为有机系列、无机系列以及无机-有机复合系列中的一种或多种材料组成，其中，有机系列材料为聚氨酯、聚脲、环氧树脂和乙烯基树脂中的一种，无机系列材料为水玻璃-水泥体系、硫铝酸盐体系和铝酸盐体系中的一种，有机-无机复合系列材料为聚氨酯-水泥体系，环氧树脂-水泥体系以及乙烯基树脂-水泥体系中的一种。
[0010]一种用于沉降无砟轨道中线偏移纠偏方法，所述的注浆设备工艺参数主要包括注浆压力和流量；设备注浆压力为0.5MPa?30MPa，设备流量为5L/min?40L/min。
[0011]一种用于沉降无砟轨道中线偏移纠偏方法，所述注浆节奏为注-停的循环注浆节奏，其中注衆时间为3s?30s,停顿时间3s?40s,以保证注衆材料在每个注衆节奏时间内达到其最终扩展直径，其范围为0.2m?2.5m ;其目的是通过调节注浆材料的工作性能以及注浆节奏，以实现注浆材料的扩展半径可控。注浆节奏可以是固定的，也可以根据纠偏量对注浆节奏进行调整；其目的是当纠偏量接近目标纠偏量时，通过适当缩短注浆节奏中的注浆时间，延长注浆节奏中的停顿时间，以实现轨道结构的精确纠偏。
[0012]一种用于沉降无砟轨道中线偏移纠偏方法，所述注浆顺序是按线路方向对外侧注浆孔进行0.5MPa?1MPa的低压帷幕注浆；帷幕注浆完毕，再对内侧注浆孔进行5MPa?30MPa的高压隔孔注浆，以保证相邻注浆孔的注浆材料已经固化，且不对相邻注浆孔注浆造成影响。
[0013]一种用于沉降无砟轨道中线偏移纠偏方法，所述的施工步骤包括如下几个方面:
[0014]A、抬升前，采用全站仪、水准仪等测量装置对沉降区域的无砟轨道结构偏移量、沉降量进行测量，并制定出轨道结构纠偏方案(确定注浆孔间距、孔径、长度、材料用量、注浆顺序、各点抬升高度、注浆管尺寸及数量、注浆机具、施工人员及分工、各工艺工序及控制点等)，并建立抬升点监测网；
[0015]B、根据抬升方案标示出注浆孔位，然后实施钻孔，钻孔完毕后，采用封堵件对注浆孔进行封堵；
[0016]C、设备安装就位，设定调试设备工艺参数，制备出性能满足要求的注浆材料；
[0017]D、清除注浆孔上部的封堵件，采用专用扳手快速安装注浆管，并安排专人检查注浆管的紧固程度和安装深度；
[0018]E、沿线路方向依次对每个注浆孔进行帷幕注浆，帷幕注浆完毕后，采用注-停循环的注浆节奏，首先在区段内偏移量最大的位置开始注浆，然后再向两侧隔孔进行注浆，最后对剩余的注浆孔进行注浆，注浆过程实时监测轨道结构的位移量；
[0019]F、注浆过程中，对偏移量较大的轨道结构，应实行多次注浆对轨道结构进行分次纠偏，每次轨道结构纠偏横向移动量达到预定值或抬升量达到预定值时，立即停止本次注浆；
[0020]G、注浆结束后，应完成清洗注浆设备、拆除注浆管以及并注浆孔的封堵等工作，复测线路，恢复通车。
[0021]与现有纠偏方法相比，本发明具有以下有益效果:
[0022](I)与既有专利技术相比，对无砟轨道上部结构扰动小，实现对偏移无砟轨道结构有效、精确、可控纠偏。
[0023](2)抬升注浆、填充注浆可独立进行，一方面大幅减少注浆孔数量，进一步提高了工效；另一方面，相比于既有专利技术，该方法更适于施工组织安排，不仅适于单个天窗时间内的修复作业，还适于多个天窗时间的连续修复作业。
[0024](3)所用注浆材料为无收缩或收缩小的速凝快硬材料，耐久性能、环保性能更好，经济性更高,可节省修复成本。
[0025]综上所述，本发明所述的无砟轨道中线纠偏方法，可保证轨道结构的纠偏位移量精度控制到Imm以内，能在开天窗时间内完成一定区段内的无砟轨道结构中线纠偏工作，施工经济、效率高、质量可靠，施工机具简单，作业队伍规模小，便于组织管理，具有良好的应用前景。
【专利附图】
【附图说明】
[0026]为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面对实施例中所需描述的对象进行简单的介绍。
[0027]图1是典型的无砟轨道结构的注浆管布置状态横断面示意图；
[0028]图2是另一典型的无砟轨道结构的注浆管布置状态横断面示意图；
[0029]图3是典型的无砟轨道注浆孔布平面置图；
[0030]图4是另一典型的无砟轨道注浆孔布平面置图；
[0031]图5是路基段无砟轨道中线纠偏方法施工流程图。
【具体实施方式】
[0032]以下通过具体实施例介绍本发明的实现和所具有的有益效果，但本发明并不局限于此，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0033]实施例1
[0034]本发明实施例提供了一种用于高速铁路路基段沉降无砟轨道中线偏移的注浆纠偏快速修复技术和成套的施工工艺。所述方法包括以下内容:
[0035](I)采用全站仪对某线路沉降无砟轨道结构中线位置进行测量,计算出线路需要最大纠偏量为2.5mm，并建立抬升点监测网。根据线路设计要求，确定了 1#至20#各承轨台编号(g)(如图3所示)所对应的设计纠偏量见表I ;采用水准仪对沉降量进行测量，计算出上述各承轨台抬升量为10mm。
[0036]表I 1#至20#承轨台位置中线偏移量
[0037]
承轨台编号巾线偏移量(mm) 第后线偏第一次偏后中线偏移 __移量(mm)量(mm)
_1#___L50__O11__0.10
2#__L75__0.25__020_
3#__1_75___OJO__025__
4#__L95__OAO__0.30
_5#__ZOO___^50__0.10
_6#___ 2.10_ 0.60 0.20
7#__225__0-80__015_
辦__230__^85__Q.10_
9#__^50__LOO__005_
丽__240__^95__0.10
[0038]
_Π#__235___^85__05_
_12#__2.35__0.90__OJO_
13#__Z25__075__0.15
14# _225__070__020_
15#__2Λ5__^65__025_
16#__ZlO__^60__030_
17#__2.05__0.50__025_
18#_L85__0J5__0.30
19#__L70__^20__QA5_
20#__L60__0J_5__O11_
[0039](2)采用专用注浆设备和专用的聚氨酯发泡材料，对轨道结构分两次纠偏注浆，第一次的设计纠偏量均为1.5mm，第二次的纠偏量为1mm。抬升过程采用全站仪对轨道中线纠偏量进行实时监测，采用水准仪对抬升情况进行实时监测。
[0040](3)现场注浆管的布置如图1和图3所示。注浆孔分为帷幕注浆孔和抬升注浆孔，共2排，且呈梅花形布置。在线路中线(f)正偏移方向，距线路中线(f) 1.8m位置设置一排纠偏注浆孔，Jl、J2、J3、J4、J5、J6、J7、J8……，距离线路中线(f) 2m位置设置一排帷幕注浆孔，W1、W2、W3、W4、W6、W7、W8......。每排注浆孔间距为1.3m，两排注浆孔行距为0.4m，注浆孔内径为25mm，注浆孔深至无砟轨道支承层混凝土(b)以下45cm，位于级配碎石层(c)和AB组填料(d)的界面处。
[0041 ] (4)所采用的注浆管el和e2上部可与灌注枪快速连接，且具有单向阀对注浆材料起定向流动的作用，注浆管下部具有限位装置，可将注浆管固定于无砟轨道支承层混凝土的注浆孔中。专用聚氨酯发泡材料属于高体积膨胀型的速凝快硬双组分材料，表干时间为21s, Ih抗压强度达到设计强度的90%以上。注浆时采用注-停的循环注浆节奏，注浆时间为10s，停顿时间为15s，以控制注浆材料的扩展半径。并通过利用注浆材料速凝快硬的特性以实现对沉降的路基段无砟轨道进行抬升和轨道结构中线纠偏。
[0042](5)注浆顺序先对线路外侧的帷幕注浆孔沿线路方向依次进行注浆，注浆压力为6MPa，注浆设备流量为15L/min。帷幕注浆时，当上部高程发生变化时立即停止该帷幕注浆孔的注浆，进行下一个相邻帷幕注浆孔注浆，一般帷幕注浆为3-5个循环注浆。帷幕注浆完毕，采用注-停循环的注浆节奏，首先通过注浆管先对偏移量最大的中间注浆孔J5进行注浆，然后再向两侧按隔孔注浆的方式对J7、J3、J9、J1……进行注浆，最后再对剩余注浆孔从中间向两端的J6、J4、J8、J2、Jl……O进行注浆，以保证相邻注浆孔的注浆材料已经固化，且不对相邻注浆孔注浆造成影响。注浆过程在无砟轨道道床或轨道板(a)表面，实时监测轨道结构的位移量。纠偏注浆属于高压注浆，注浆压力为12MPa，当纠偏量接近单次目标纠偏量的90%时，将注浆节奏改为注5s停20s，通过适当缩短注浆节奏中的注浆时间以及适当延长注浆节奏中的停顿时间，以实现轨道结构的精确纠偏。
[0043](6)纠偏后中线偏移量达到目标纠偏量± Imm时，停止纠偏注浆；此时各承轨台抬升量为5mm。
[0044]所述的无砟轨道中线纠偏方法，适用于整治路基段无砟轨道结构铁路的由沉降导致无砟轨道中线偏移的病害，通过分次纠偏、调整注浆节奏能够实现对轨道结构中线±1_的纠偏控制精度。
[0045]实施例2
[0046]本实施例描述当所述的注浆材料为低收缩的水泥-水玻璃速凝快硬材料时，所述施工工艺及相应的注楽:工艺参数具体如下。
[0047](I)所述的水泥-水玻璃注浆材料可工作时间为35s，Ih内的抗压强度达设计强度的85%以上。所述的注浆孔也呈梅花形布置。现场注浆孔的布置如图2和图4所示。在线路中线(f)正偏移方向，距线路中线1.5111位置设置一排纠偏注浆孔，11、12、13、14、开、邛、J7、J8……，距离线路中线&)2!11位置设置一排帷幕注浆孔，11、12、13、14、16、17、评8……。每排注浆孔间距为1.3m，两排注浆孔行距为0.5m，注浆孔内径为30mm，注浆孔深至无砟轨道支承层混凝土以下40cm位置。
[0048](2)所述的注浆设备的流量20L/min，帷幕注浆时，注浆压力控制在0.5MPa?IMPa范围；纠偏注浆时，注浆压力为8MPa。注浆时采用注15s停30s的注浆节奏通过注浆管注入到无砟轨道支承层混凝土下部的级配碎石层中，以实现对沉降的路基段无砟轨道中线纠偏。纠偏过程中，采用精度为0.1mm的全站仪在纠偏注浆孔邻近的无砟轨道表面实时进行位移监测，当轨道结构抬升至目标纠偏量的80%时，将注浆节奏改为注5s停30s，以确保轨道结构的精确抬升。
[0049]本实施例中所述的无砟轨道中线纠偏快速修复技术的工作原理和有益效果与实施例I的一致，在此不再赘述。
[0050]实施例3
[0051]如图5所示，本实施例描述无砟轨道纠偏注浆时，所述的施工工序及步骤包括现场勘测、线路中线纠偏方案制定、钻孔、设备安装及调试、注浆管安装、注浆及收尾工作等施工步骤，具体包含以下几个方面:
[0052]A、抬升前，采用全站仪和水准仪对沉降区域的无砟轨道结构偏移量进行测量，并制定出轨道结构纠偏方案；
[0053]B、根据抬升方案标示出注浆孔位，然后实施钻孔，钻孔完毕后，采用封堵件对注浆孔进行封堵；
[0054]C、注浆设备安装就位，调试注浆材料的性能至满足要求；
[0055]D、清除注浆孔上部的封堵件，采用专用扳手快速安装注浆管，并安排专人检查注浆管的紧固程度和安装深度；
[0056]E、沿线路方向依次对每个注浆孔进行帷幕注浆，帷幕注浆完毕后，再按隔孔注浆的方式，采用注-停循环的注浆节奏依次通过注浆管向每个纠偏注浆孔进行注浆，注浆过程实时监测轨道结构的位移量；
[0057]F、注浆过程中，对偏移量较大的轨道结构，应实行多次注浆对轨道结构进行分次纠偏，每次轨道结构纠偏横向移动量达到预定值或抬升量达到预定值时，立即停止本次注浆；
[0058]G、注浆结束后，应完成清洗注浆设备、拆除注浆管以及并注浆孔的封堵等工作，复测轨道线路、恢复轨道平顺性，及时恢复线路通车；
[0059]综上所述，本发明提供的无砟轨道中线纠偏快速修复技术能够对沉降偏移的无砟轨道结构实现精确抬升纠偏，能较好恢复无砟轨道线路的平顺性。
【权利要求】
1.一种用于无砟轨道中线偏移纠偏方法，其特征为:在确定沉降无砟轨道线路抬升量和偏移量后，在无砟轨道中线正偏移方向一侧离中线一定距离内设置两排以上注浆孔，采用高压注浆设备，在一定注浆压力下，按照确定的设备参数、注浆节奏、注浆顺序和注浆步骤，将速凝快硬性的注浆材料通过安装于注浆孔中的注浆管注入到无砟轨道道床下部的级配碎石中，注浆时，先对线路外侧注浆孔进行注浆，注浆材料迅速固化形成帷幕，然后对内侧注浆孔进行注浆，新注入材料在帷幕阻隔作用下定向扩展、固化并形成侧向推动力，实现对上部轨道结构向另一侧的横向纠偏，采用测量装置实时监测轨道结构的位移量，从而达到轨道结构中线纠偏和精确控制轨道结构中线纠偏量的目的。
2.如权利要求1所述的轨道结构纠偏方法，其特征在于:所述的注浆孔为在线路中心线正偏移方向的1.2m?3m范围内按梅花形式设置两排以上注浆孔，其中，外侧注浆孔为帷幕注浆孔，内侧注浆孔为纠偏注浆孔，各排注浆孔的行距0.2m?1.5m，每排注浆孔的孔间距为0.2m?5m，注浆孔内径为15mm?50mm，注浆孔应深至无砟轨道结构支承层混凝土以下5cm?10cm位置。
3.如权利要求1所述的轨道结构纠偏方法，其特征在于:所述的注浆管深入无砟轨道结构下部的级配碎石层内或与AB组填料界面处，即深入轨道结构支承层混凝土以下5cm?100cm;注浆管上部具有单向阀装置对注浆材料起定向流动的作用；注浆管下部具有限位装置，可将注浆管固定于无砟轨道支承层混凝土的注浆孔中。
4.如权利要求1所述的轨道结构纠偏方法，其特征在于:所述的注浆材料为无收缩或低收缩的速凝快硬材料，可工作时间为5s?40s，Ih抗压强度达设计强度的85%以上；速凝快硬材料为有机系列、无机系列以及无机-有机复合系列中的一种或多种材料组成，其中，有机系列材料为聚氨酯、聚脲、环氧树脂和乙烯基树脂中的一种，无机系列材料为水玻璃-水泥体系、硫铝酸盐体系和铝酸盐体系中的一种，有机-无机复合系列材料为聚氨酯-水泥体系，环氧树脂-水泥体系以及乙烯基树脂-水泥体系中的一种。
5.如权利要求1所述的轨道结构纠偏方法，其特征在于:所述的注浆设备工艺参数主要包括注浆压力和流量；设备注浆压力为0.5MPa?30MPa，设备流量为5L/min?40L/min。
6.如权利要求1所述的轨道结构纠偏方法，其特征在于:所述注浆节奏为注-停的循环注衆节奏，其中注衆时间为3s?30s,停顿时间3s?40s,以保证注衆材料在每个注衆节奏时间内达到其最终扩展直径，其范围为0.2m?2.5m ;其目的是通过调节注浆材料的工作性能以及注浆节奏，以实现注浆材料的扩展半径可控；注浆节奏可以是固定的，也可以根据纠偏量对注浆节奏进行调整。
7.如权利要求1所述的轨道结构纠偏方法，其特征在于:所述注浆顺序是按线路方向对外侧注浆孔进行0.5MPa?1MPa低压的帷幕注浆；帷幕注浆完毕，再对内侧注浆孔进行5MPa?30MPa的高压隔孔注浆，以保证相邻注浆孔的注浆材料已经固化，且不对相邻注浆孔注浆造成影响。
8.如权利要求1所述的轨道结构纠偏方法，其特征在于:所述的无砟轨道结构纠偏方法包括如下几个方面: A、抬升前，采用全站仪、水准仪等测量装置对沉降区域的无砟轨道结构偏移量、沉降量进行测量，并制定出轨道结构纠偏方案(确定注浆孔间距、孔径、长度、材料用量、注浆顺序、各点抬升高度、注浆管尺寸及数量、注浆机具、施工人员及分工、各工艺工序及控制点等)，并建立抬升点监测网； B、根据抬升方案标示出注浆孔位，然后实施钻孔，钻孔完毕后，采用封堵件对注浆孔进行封堵； C、设备安装就位，设定调试设备工艺参数，制备出性能满足要求的注浆材料； D、清除注浆孔上部的封堵件，采用专用扳手快速安装注浆管，并安排专人检查注浆管的紧固程度和安装深度； E、沿线路方向依次对每个注浆孔进行帷幕注浆，帷幕注浆完毕后，采用注-停循环的注浆节奏，首先在区段内偏移量最大的位置开始注浆，然后再向两侧隔孔进行注浆，最后对剩余的注浆孔进行注浆，注浆过程实时监测轨道结构的位移量； F、注浆过程中，对偏移量较大的轨道结构，应实行多次注浆对轨道结构进行分次纠偏，每次轨道结构纠偏横向移动量达到预定值或抬升量达到预定值时，立即停止本次注浆； G、注浆结束后，应完成清洗注浆设备、拆除注浆管以及并注浆孔的封堵等工作，复测线路，恢复通车。
【文档编号】E01B29/04GK104131499SQ201410394616
【公开日】2014年11月5日 申请日期:2014年8月12日 优先权日:2014年8月12日
【发明者】郑新国, 刘竞, 谢永江, 翁智财, 李书明, 曾志, 朱长华, 仲新华, 杨德军 申请人:中国铁道科学研究院铁道建筑研究所