一种输水管道下穿无砟轨道路基变形控制与修复结构及方法与流程

本发明属于岩土工程技术领域，具体涉及一种输水管道下穿无砟轨道路基变形控制与修复结构及方法。

背景技术：

随着我国铁路建设的快速发展，铁路网已基本形成规模。由于城市发展，地铁、城市地下管廊、河道疏浚等工程项目加速建设，势必与铁路线路产生交叉，或下穿铁路，或上跨铁路。对于新建构筑物下穿运营铁路时，多以隧道或涵管的型式下穿，不可避免的导致运营铁路下方一定土体的损失和地下水位变化引起的固结沉降，从而导致运营铁路沉降和轨道变形。我国对铁路路基沉降要求有着明确的规定，沉降要求比较严格，特别是《高速铁路设计规范》(tb10621-2014)中规定：高速铁路无砟轨道路基工后沉降不超过15mm，过渡段工后沉降不应大于5mm。鉴于此，新建构筑物下穿运营铁路时，必须采取有效的路基变形控制措施，保证铁路路基沉降满足规范要求。同时，路基沉降导致轨道变形，影响轨道结构受力，严重时可能造成轨道结构较大的损失，且影响列车安全性和运行的平稳性。目前，对于地铁盾构隧道下穿既有铁路过程中铁路线路及地表的变形规律，国内外学者进行了较多研究，对于铁路下部为松软土地基时，多采用桩基托梁或注浆的处理措施，加固地铁隧道周围岩土体。另外，对于单纯的无砟轨道修复方面的研究也比较多，如通过调整无砟轨道扣件系统以恢复轨道纵断面达到设计高程，或者通过顶升轨道板后放置砂浆袋，再将快硬砂浆注入砂浆袋中的修复方法。无论是采用桩基托梁或注浆的处理，还是通过调整无砟轨道扣件系统，结构比较复杂，施工困难，成本高，而且还会对运营铁路产生影响。

技术实现要素：

本发明的目的就是为了解决上述背景技术存在的不足，提供一种施工简单方便、成本低、不影响行车安全的输水管道下穿无砟轨道路基变形控制与修复结构及方法。

本发明采用的技术方案是：一种输水管道下穿无砟轨道路基变形控制与修复结构，其特征在于：包括设置于无砟轨道路堤两侧的旋喷桩，所述旋喷桩沿无砟轨道线路纵向布置，旋喷桩与无砟轨道路堤之间间隔一定距离，所述旋喷桩底部延伸至输水管道下边界以下，旋喷桩沿线路纵向长度延伸至输水管道两侧；相邻旋喷桩之间设置第一加固段，旋喷桩外侧设置第二加固段，所述第一加固段和第二加固段均布置于无砟轨道路堤下方，所述第一加固段和第二加固段沿线路的纵向长度与旋喷桩长度相同，第一加固段和第二加固段底部延伸至输水管道下边界以下；在无砟轨道的轨道板与砂浆层之间填充预制树脂砂浆块。

进一步地，所述旋喷桩包括两排桩体，两排桩体沿无砟轨道线路纵向布置，桩体之间相互咬合，桩体桩径为0.5-0.7m；所述旋喷桩与无砟轨道路堤之间的距离为4-6m；所述旋喷桩底部与输水管道下边界之间的距离为2-5m；所述旋喷桩沿线路纵向的端部与输水管道外边界之间的距离为8-12m。

进一步地，所述第一加固段和第二加固段均为注浆加固体，第一加固段和第二加固段顶部与输水管道上边界之间的距离为4-6m，所述第一加固段和第二加固段底部高度高于旋喷桩底部高度。

更进一步地，还包括用于监测轨道及路基的沉降变形和水平位移的观测桩、用于监测路基深层水平位移的测斜孔和用于监测地基中水位变化的观测孔，所述观测桩设置于无砟轨道路肩、无砟轨道路堤坡脚以及旋喷桩外侧；所述测斜孔设置于无砟轨道路堤与旋喷桩之间，测斜孔底部高度低于旋喷桩底部高度；所述观测孔设置于旋喷桩两侧，观测孔底部延伸至输水管道上边界。

一种输水管道下穿无砟轨道路基变形控制与修复方法，其过程为：在无砟轨道与输水管道交汇处的路堤两侧分别施工旋喷桩形成水泥墙帷幕，然后依次在无砟轨道路堤下方的旋喷桩外侧以及相邻旋喷桩之间分别进行注浆处理形成第二加固段和第一加固段；最后抬升无砟轨道的轨道板，将轨道板四周密封，在轨道板与砂浆层之间填充预制树脂砂浆块，并通过预留的注浆孔向轨道板下注入液态树脂，直至充填轨道板下所有空隙为止。

进一步地，所述旋喷桩沿无砟轨道线路纵向布置，旋喷桩与无砟轨道路堤之间间隔一定距离，所述旋喷桩底部延伸至输水管道下边界以下，旋喷桩沿线路纵向长度延伸至输水管道两侧；所述第一加固段和第二加固段沿线路的纵向长度与旋喷桩长度相同，第一加固段和第二加固段底部延伸至输水管道下边界以下。

进一步地，所述旋喷桩包括两排桩体，两排桩体沿无砟轨道线路纵向布置，桩体之间相互咬合，桩体桩径为0.5-0.7m；所述旋喷桩与无砟轨道路堤之间的距离为4-6m，所述旋喷桩底部与输水管道下边界之间的距离为2-5m，所述旋喷桩沿线路纵向的端部与输水管道外边界之间的距离为8-12m。

进一步地，所述第一加固段采用劈裂法注浆，第一加固段的注浆孔包括斜孔和直孔，斜孔的注浆点分别距离无砟轨道路堤坡脚外1.5m、3m、4.5m布置，斜孔与垂线之间的夹角为20°-70°，沿铁路方向纵向间隔布置；直孔的注浆点分别距离无砟轨道路堤坡脚0m、1.5m、3m布置，直孔垂直于地面，沿铁路方向纵向间隔布置。

进一步地，所述第二加固段采用压密法注浆，第二加固段的注浆孔为直孔，从旋喷桩外边界以1.5m的间距布置多排注浆孔，注浆孔沿铁路方向纵向间隔布置。

更进一步地，在抬升无砟轨道的轨道板之前，先布置用于监测轨道及路基的沉降变形和水平位移的观测桩、用于监测路基深层水平位移的测斜孔和用于监测地基中水位变化的观测孔，所述观测桩设置于无砟轨道路肩、无砟轨道路堤坡脚以及旋喷桩外侧，所述测斜孔设置于无砟轨道路堤与旋喷桩之间，所述观测孔设置于旋喷桩两侧。

本发明采用高压旋喷桩结合袖阀管工艺注浆加固措施，对高速铁路松软土地基进行加固，控制输水管道下穿铁路引起的沉降变形。同是根据监测成果，动态指导旋喷桩和注浆施工过程并验证地基加固措施的有效性。另外，对于无砟轨道轨道由于地基的不均匀沉降产生的变形，采用抬升轨道板充填预制树脂砂浆块修复技术对无砟轨道进行修复，保证轨道及路基沉降满足规范要求。本发明全部施工过程均可在天窗点内完成，不影响行车安全，在输水管道施工完成后，无砟轨道路基的行车安全性和轨道平顺性得到保障。本专利具有经济、安全、简单实用的特点。

本发明能够有效地提高地基承载力和提高路基下部地基的密实度，减少新建构筑物下穿铁路引起的沉降变形，并对铁路轨道进行修复，保证铁路行车安全性和运行平稳性。全部施工过程均可在天窗点内完成，不影响行车安全。具有安全、经济、实用，施工简单方便的特点，利于推广，可广泛应用于输水管道下穿高速铁路加固与修复方面和高速铁路病害整治方面。

附图说明

图1为本发明的平面示意图。

图2为本发明的横断面示意图。

图3为本发明监测设备的布置示意图。

图4为本发明轨道板的修复示意图。

图5为本发明旋喷桩的示意图。

图中：1-旋喷桩；1.1端部；1.2底部；1.3桩体；2-第一加固段；3-第二加固段；4-斜孔；5-直孔；6-无砟轨道路堤；6.1路肩；6.2坡脚；6.3坡脚线；6.4路肩线；6.5铁路中线；7-输水管道；7.1上边界；7.2下边界；7.3外边界；8-观测桩；9-测斜孔；10-观测孔；11-轨道板；12-砂浆层；13-底座板；14-预制树脂砂浆块。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明，便于清楚地了解本发明，但它们不对本发明构成限定。

如图1-5所示，本发明包括设置于无砟轨道路堤6两侧的旋喷桩1，所述旋喷桩1沿无砟轨道线路纵向布置，旋喷桩1与无砟轨道路堤6之间间隔一定距离，所述旋喷桩1底部延伸至输水管道7下边界7.2以下，旋喷桩1沿线路纵向长度延伸至输水管道7两侧；相邻旋喷桩1之间设置第一加固段2，旋喷桩1外侧设置第二加固段3，所述第一加固段2和第二加固段3均布置于无砟轨道路堤6下方，所述第一加固段2和第二加固段3沿线路的纵向长度与旋喷桩1长度相同，第一加固段2和第二加固段3底部延伸至输水管道7下边界7.2以下；在无砟轨道路堤6顶部的轨道板11与砂浆层12之间填充预制树脂砂浆块14。

上述方案中，旋喷桩1包括两排桩体1.3，两排桩体1.3沿无砟轨道线路纵向布置，桩体1.3之间相互咬合，桩体桩径为0.5-0.7m；所述旋喷桩1与无砟轨道路堤6之间的距离为4-6m；所述旋喷桩1底部1.2与输水管道7下边界7.2之间的距离为2-5m；所述旋喷桩1沿线路纵向的端部1.1与输水管道7外边界7.3之间的距离为8-12m。

上述方案中，第一加固段2和第二加固段3均为注浆加固体，第一加固段2和第二加固段3的顶部和底部齐平，第二加固段3顶部3.1与输水管道7上边界7.1之间的距离为4-6m，第二加固段3底部3.2高度高于旋喷桩1底部1.2高度。

上述方案中，还包括用于监测轨道及路基的沉降变形和水平位移的观测桩8、用于监测路基深层水平位移的测斜孔9和用于监测地基中水位变化的观测孔10，所述观测桩8设置于无砟轨道路肩6.1、无砟轨道路堤坡脚6.2以及旋喷桩1外侧；所述测斜孔9设置于无砟轨道路堤6与旋喷桩1之间，测斜孔9底部9.1高度低于旋喷桩1底部1.2高度；所述观测孔10设置于旋喷桩1两侧，观测孔10底部延伸至输水管道上边界上部。

当输水管道下穿无砟轨道高速铁路时，铁路地基为松软土，采用旋喷桩与袖阀管注浆相结合进行地基处理，达到路基变形控制目的，减小输水管道施工对运营铁路的影响，保证铁路轨道和路基沉降满足规范要求；同时，对无砟轨道不均匀沉降采用抬升轨道板充填预制树脂砂浆块修复技术对无砟轨道进行修复，具体施工过程如下：

(1)在输水管道与无砟轨道交汇处的路堤两侧坡脚6.2外分别施工旋喷桩1形成水泥墙帷幕，旋喷桩1与无砟轨道路堤6之间的距离为4-6m，优选为5m，旋喷桩1沿线路纵向的端部1.1与输水管道7外边界7.3之间的距离为8-12m，优选为10m，即旋喷桩范围为输水管道两侧外边界各10m。旋喷桩1包括两排桩体1.3，两排桩体沿无砟轨道线路纵向布置，桩体之间相互咬合0.1m，旋喷桩整体呈正方形布置，桩体桩径为0.5-0.7m，优选为0.6m，桩体中心间距为0.5m；旋喷桩长度超过下穿输水管道下边界2m以上，即旋喷桩底部与输水管道下边界之间的距离优选为2-5m，旋喷桩总长度不大于25m。旋喷桩的施工工序为：机具就位、贯入喷射管、喷射注浆、拔管和冲洗。采用二重管法，水泥采用强度等级为po42.5级及以上的普通硅酸盐水泥或矿碴水泥，水泥浆液的水灰比为0.8：1～1：1。根据需要可加入适量的外加剂(cacl2)，掺入量应通过试验确定。水泥浆压力根据现场试验情况确定，指导性试桩参数：水压≥20mpa；浆压≥0.6mpa。喷射量60～70l/min，提升速度15～20cm/min。地面下0～10米，注浆压力为12～15mpa。10～30m注浆压力15～20m。旋喷桩先施作离铁路最近一排桩，再施作最外侧一排。

(2)对无砟轨道路基下部主要受力面土层进行注浆处理，在旋无砟轨道路堤下方的喷桩帷幕外两侧5.0m范围内设注浆形成第二加固段3，在相邻旋喷桩之间注浆形成第一加固段2。旋喷桩帷幕施工完后，先施工第二加固段3，再施工注浆第一加固段2。注浆范围沿铁路方向与旋喷桩1加固范围相同，即第一加固段2和第二加固段3沿线路的纵向长度与旋喷桩1长度相同。注浆孔沿铁路纵向间距1.50m，注浆加固至下穿构筑物上边界5m，下边界1m。

(3)注浆采用袖阀管注浆工艺，第一加固段2采用劈裂法注浆，第二加固段3采用压密法注浆。所有注浆孔长度分为引孔长度和注浆长度。注浆施工要求路基两侧同时对称实施。

(4)第二加固段的注浆孔为直孔5，从旋喷桩外边界以1.5m的间距实施3排注浆孔，注浆孔沿铁路方向纵向间隔1.5m布置。第一加固段的注浆孔包括斜孔4和直孔5，斜孔4的注浆点分别距离无砟轨道路堤坡脚外1.5m、3m、4.5m布置，每个注浆点分别设1、3、2个袖阀管注浆孔，斜孔与垂线夹角为20°-70°，沿铁路纵向方向间距1.5m；直孔的注浆点距离无砟轨道路堤坡脚0m、1.5m、3m，注浆孔垂直于地面，纵向间距1.5m。

(5)袖阀管注浆施工采用机械引孔，按规定角度打入设计深度，自下而上进行逐段注浆。注浆单孔工艺流程：钻孔→安装袖阀管→灌注套壳料→清孔→封口→进行注浆待凝结后封孔。钻机成孔直径不小于100mm。袖阀管采用外径70mm的聚丙烯(pp-r)塑料管加工而成，管材公称压力不小于1.5mpa。注浆段每0.5m加工对称的4个直径6～8mm的溢浆孔，溢浆孔处沿环向车出宽3cm、深1.0mm的槽，以便套置橡胶阀套，并用电胶布缠绕固定，最下端封闭。注浆材料:主要材料为po42.5级及以上的普通硅酸盐水泥；辅助材料为膨润土、减水剂及速凝剂(cacl2)。浆液配合比(重量比)宜为：水：水泥＝0.8～1:1。注浆压力：开环压力0.3～0.4mpa，确保开环压力可冲破套壳料。正常注浆压力0.2～0.4mpa。输水管道范围内注浆压力0.3～0.4mpa，以上注浆压力0.2～0.3mpa。注浆过程中应根据轨道变形情况和进浆量情况及时调整注浆压力。

(6)监测布置：①在地基处理范围内各道钢轨顶及轨枕每隔10米用红油潻布置观侧点，在无砟轨道两侧路肩、坡脚及坡脚外10m处各设置一排观测桩8，纵向间距10m，监测轨道及路基的沉降变形和水平位移。②在路基两侧坡脚外1m处设置测斜孔9，路基两侧各2孔，共4孔，孔深超过旋喷桩长2m，平均布置于地基处理区，监测路基深层水平位移。③分别在旋喷桩两侧各2米处布设水位观测孔10，以监测地基中水位的变化情况。钻机成孔，共布设4孔。

(7)在无砟轨道的轨道板11纵向两侧起吊螺栓孔，在垂直方向布置抬升装置，采用四个千斤顶同步抬升轨道板至设计轨面高程。

(8)向轨道板11与砂浆层12之间均匀充填预制树脂砂浆块14，砂浆层在底座板13之上，砂浆块厚度根据设计抬升量确定，以小于设计抬升量5～10mm为宜。然后使用泡沫胶条封闭轨道板四周，确保四周密封，并预留注浆孔。

(9)使用注浆机，通过预留注浆孔向轨道板下注入液态树脂，充填轨道板下所有空隙为止。液态树脂凝结后与轨道板粘结为一体，与既有砂浆袋之间基本无粘结。

(10)预制树脂砂浆块与既有砂浆层性能匹配，弹性模量基本一致。液态树脂要求在30min内可以凝固，抗压强度可达30mpa，与预制砂浆块融为一体，与轨道粘结强度不小于3mpa，弹性模量与既有砂浆层基本一致。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变形而不脱离本专利的精神和范围。这样，倘若本专利的这些修改和变形属于本专利权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变形在内。

本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。