京广铁路浅覆盖型岩溶路基注浆整治策略.pdf

第 63 卷 第 8 期2023 年8 月铁道建筑Railway EngineeringVol.63 No.8August 2023文章编号：10031995（2023）08013005京广铁路浅覆盖型岩溶路基注浆整治策略赵威中铁第四勘察设计院集团有限公司 地质与路基设计研究院，武汉 430063摘要 京广铁路广州段路基近几年多次出现岩溶塌陷，严重影响铁路安全运营，部分段落亟须进行注浆加固。为避免盲目注浆，制定了浅覆盖型岩溶注浆整治策略。首先收集铁路路基沿线附近钻孔资料，划分岩溶塌陷风险段，采用多源频率域地震波法对岩溶发育中、高风险段进行探查。然后结合物探成果和地层特征，制定注浆方案。最后选取部分注浆段落物探复测，评价注浆效果。结果表明，多源频率域地震波法能够较好地适用于既有线铁路勘察，优化了注浆方案在有效控制成本的基础上，达到了预期注浆加固效果。关键词 铁路路基；注浆策略；现场试验；覆盖型岩溶；地面塌陷；多源频率域地震波法中图分类号 U216.41 文献标识码 A DOI：10.3969/j.issn.10031995.2023.08.25引用格式：赵威.京广铁路浅覆盖型岩溶路基注浆整治策略 J.铁道建筑，2023，63（8）：130134.京广铁路为中国三横五纵干线铁路网的一纵，是中国最重要的南北铁路交通大动脉，自前身京汉、粤汉铁路建成通车起算，已运营百余年。近年来，受城市化建设影响，京广铁路广州段沿线新增多处建设工地，深基坑开挖、抽排地下水与施工震动等工程活动诱发多起岩溶地面塌陷1-2，给铁路安全运行造成严重威胁。地球物理探测是岩溶病害探测和注浆效果评价的有效方法3-4。付明5采用多道地震面波法、地质雷达法对既有铁路某岩溶病害区域进行了综合勘察，将测区按岩溶发育程度划分为发育区、较发育区和微发育区，建议对物探解译岩溶发育区及顶板厚度较小的岩溶较发育区进行注浆整治。刘杰等6采用地质雷达法与地震映像法对隧道基底岩溶进行综合探测，地质雷达法对浅层岩溶有更高分辨能力，地震映像法对深层岩溶有更好的穿透力，两种方法结合能够更准确判识岩溶病害特征。马文涛等7应用高密度电法对新建铁路路基岩溶注浆效果进行检测，采用质量自检孔方法验证了物探方法的有效性。白明洲等8运用地质雷达法检测新建铁路路基岩溶注浆效果，通过对比注浆前后雷达图像特征，判别岩溶注浆效果。注浆整治是预防岩溶路基塌陷的有效手段9。汪水清10采用工厂化标准注浆试验，从技术上解决了大溶洞连续注浆及快速填充的问题，为岩溶路基注浆施工提供了可行的技术和经验。祝珣11论述了控水和工程加固两种常用的覆盖型岩溶地表塌陷处理措施，工程实践表明灌浆法可以根治浅层覆盖型岩溶地表塌陷问题。尚晓琦12强调路基岩溶整治过程中应探灌结合，根据探灌情况对注浆工艺、注浆材料进行针对性调整，工程应用表明注浆整治对岩溶路基稳定性效果明显。本文在前人研究基础上，结合京广铁路广州段岩溶路基病害特征，提出了一套岩溶路基整治策略。包含岩溶塌陷风险段划分，中、高风险段岩溶路基物探勘察与验证，注浆方案设计与实施，注浆效果检测等系列措施，为既有线岩溶路基病害整治提供了一套行之有效的方案。1 工程概况 1.1线路情况京广铁路广州北至广州段大部分为路基工程，前身为1936年建成的粤汉铁路一部分，后经衡广复线、电气化工程等升级改造，主线运行速度160 km/h。该段全长约28.2 km，走向由北至南，多为可溶岩地层；沿途站点有广州北站、江村、大朗、石井、棠溪、三元里、广州站等站点。其中K2256K2266段运营线路已对白云站项目进行了加固，急需对 K2238K2256段路基进行注浆加固处理，保证列车运行安全。收稿日期：20230326；修回日期：20230616基金项目：湖北省重点研发计划项目（2021BAA050）作者简介：赵威(1991)，男，工程师，硕士。E-mail：第 8 期赵威：京广铁路浅覆盖型岩溶路基注浆整治策略1.2岩溶发育特征路基工区所属的广花盆地位于粤港澳大湾区北部核心位置，是我国典型的浅覆盖型岩溶区，岩溶塌陷已成为该地区突出的地质问题之一。工区范围内下伏基岩主要为石炭系下统大塘阶石磴子组、中上统壶天群等可溶岩地层，基岩表层被第四系地层覆盖。第四系中普遍发育含水砂层，局部地段发育上、下两层含水中粗砂结构，含有丰富的地下水，地下水向基岩垂直下渗，为岩溶、土洞的发育提供了充足的地下水补给。岩溶路基塌陷地段上覆砂层中赋存丰富的孔隙潜水，下伏基岩可溶性碳酸盐岩中赋存岩溶裂隙溶洞水。少部分段落两层间虽有粉质黏土层相隔，但粉质黏土层土质不均，含大量砂砾、角砾，具有一定的渗透性，砂层中的潜水能够穿过粉质黏土层向下渗透。由于工程建设对地下水的人为扰动，加速了地下潜水补给流动，使可溶岩溶蚀作用增强，岩溶顶板被溶蚀穿透。同时，上覆砂层和黏土层产生潜蚀破坏，从而在路基基底土层中形成松散体或空洞。在列车动载和震动作用下，松散体或空洞的上供力不足以支撑上部荷载，最终引起铁路路基下沉、塌陷。2 岩溶塌陷风险段划分 京广铁路 K2238K2256段路基占比 90%以上，若采用无差别全线注浆，将浪费大量人力财力。因此，需优先对目标段进行风险等级划分，在岩溶塌陷中高风险段进行注浆整治，在岩溶塌陷低风险段进行变形监测。参考GB/T 512382018 岩溶地区建筑地基基础技术标准，对场地岩溶发育等级进行划分，见表1。结合前期收集的路基左右侧100 m范围内钻孔资料，对注浆范围岩溶发育情况进行分段评价：线岩溶率 20%且见洞率 45%段对应塌陷高风险段，线岩溶率 5%且见洞率 5512020545451515131铁道建筑第 63 卷布置于路肩外侧，排列参数为：接收道数12道，偏移距6 m，道间距3 m，主动源采集时长800 ms，被动源采集时长15 min。3.3物探成果与验证结合前期岩溶塌陷风险段划分成果，本次物探测线布置于中高风险段路基两侧路肩，高风险和异常范围大的重点段落。根据需要在外侧加密测线。物探成果结合反演横波速度（Vs）等值线剖面图进行解释，下伏灰岩岩溶发育情况会影响横波速度及速度变化规律。结果显示：1）当岩溶弱发育时，速度等值线在进入基岩深度06 m 后达到完整灰岩速度（500 m/s），如图 2（a）所示。2）当岩溶中等发育时，速度等值线在进入基岩深度615 m达到完整灰岩速度，如图2（b）所示。3）当岩溶强烈发育时，速度等值线形成明显的低速凹槽，如图2（c）所示。按照上述原则，对各段中高风险物探成果进行分析解释，统计各段覆盖层厚度、岩溶发育情况，见表3。结合表3可知，各段岩溶发育情况与前期岩溶塌陷风险段划分对应性良好，岩溶塌陷中风险段岩溶大部分为中等发育，岩溶塌陷高风险段岩溶大部分为强烈发育。为验证物探效果，对部分物探异常进行钻孔验证。图3（a）为K2244+830 K2244+930段钻孔验证情况。可知，此段覆盖层划分误差在3 m以内。其中，K2244+860处物探划定的覆盖层和岩溶深度与钻探结果有一定误差，K2244+892处物探划定的覆盖层和岩溶深度与钻探结果吻合良好。图3（b）为K2251+650K2251+750段钻探验证情况。可知，此段覆盖层划分误差在2 m以内。其中，K2251+670、K2251+695处图2岩溶区横波速度等值线剖面特性图3物探与钻探结果对比图1线性台阵数据采集表3中高风险段物探成果岩溶发育区段里程K2238+000 K2242+000K2242+500 K2246+100K2248+360 K2250+000K2250+000 K2252+500K2252+500 K2255+100K2255+100 K2256+000覆盖层厚度/m顶面10.310.65.613.516.414.9底面30.540.138.833.437.632.2岩溶异常数量中等发育10611063577520强烈发育3241241155673132第 8 期赵威：京广铁路浅覆盖型岩溶路基注浆整治策略物探圈定的岩溶位置和深度与钻探结果均有很好的对应性，K2251+730 处物探结果有效反映了岩溶特征，深度有一定误差。4 注浆方案设计 结合物探成果和钻孔验证情况可知，多源频率域地震波法对既有线岩溶探测是有效的，能够进行覆盖层划分和岩溶发育特征判识。因此，结合物探成果，设计注浆方案：1）在岩溶强烈发育区按照5 m间距布置注浆孔，在岩溶中等发育区按照8 10 m间距布置注浆孔，如图4所示。注浆孔深度和倾斜角度根据物探异常特征确定。2）钻孔孔径不小于 91 mm，孔内采用 60 mm 钢花管注浆，注浆眼沿轴线间距 15 cm 左右，孔眼直径6 10 mm。3）注浆压力控制在300 700 kPa，同时根据注浆过程中出现的情况动态调整。4）注浆水泥采用普通42.5号硅酸盐水泥，一般采用水泥单液浆加固。钻孔中遇岩溶通道、较大溶洞和裂隙时，首先采用水泥砂浆填充进行预加固，充填完成，达到注浆压力后，继续钻孔至设计要求深度，再进行注浆。5 注浆效果检测 注浆完成后，为检测注浆效果，随机选取20%段落进行多源频率域地震波法物探复测。根据注浆前后地层横波速度变化和频散曲线特征分析注浆效果。注浆处理后，随着浆液对覆盖层松散区和灰岩溶洞溶槽的充填固结，横波速度等值线低速区速度应提高，最终与周围围岩速度相近，如图5所示。本次注浆效果检测共选取路基长度3 km，对148处物探异常区进行了复测。其中：131处低速异常区注浆后速度明显提升，与周围围岩相近；17处低速异常区注浆后速度略有提升，建议进行二次注浆补强工作。6 结论 1）本项目注浆整治里程范围长，前期岩溶塌陷风险段划分能够对风险进行宏观把控，有助于物探勘察方案设计。2）多源频率域地震波法测点布置灵活，抗干扰能力强，能较好适用于既有线铁路勘察，达到预期的岩溶勘察和注浆检测效果。3）物探勘察成果能够优化注浆方案，为注浆孔位置、深度、角度提供设计依据，有利于提升注浆效果，避免盲目注浆。参考文献1 程鉴基.广州市地面塌陷特征与防治对策的研究 J.铁道工程学报，2012，29（1）：1-5.2 周心经，郭宇，郑小战，等.广州市白云区夏茅村岩溶地面塌陷特征及致灾因素和风险分析 J.中国地质灾害与防治学报，2021，32（6）：63-71.3 刘道涵，徐俊杰，刘磊，等.地球物理联合探测在识别岩溶地面塌陷精细结构中的应用以武汉市为例 J.地质与勘探，2022，58（4）：865-874.4 周启鹏.铁路既有线路路基病害劈裂注浆效果检测与评价方法比选 D.成都：西南交通大学，2016.5 付明.既有铁路岩溶路基病害探测综合分析方法研究 J.路基工程，2022，40（1）：216-220.6 刘杰，杜翠，程远水.综合物探技术在隧道基底岩溶探测中的应用 J.铁道建筑，2016，56（1）：33-37.7 马文涛，文江泉.高密度电法在云桂铁路路基岩溶注浆检测的应用 J.铁道标准设计，2015，59（4）：35-37.图5注浆前后横波速度等值线剖面对比图4注浆设计示意133铁道建筑第 63 卷8 白明洲，谢晋水，张爱军，等.高速铁路路基工程岩溶注浆效果无损检测评估方法研究 J.铁道学报，2012，34（7）：89-95.9 徐铁卫.杭长客专临近既有线段岩溶地基注浆处理施工技术 J.路基工程，2014，32（1）：201-205.10 汪水清.岩溶路基工厂化注浆施工试验研究 J.铁道建筑，2013，53（6）：108-111.11 祝珣.铁路沿线浅层覆盖型岩溶灌浆处理关键技术 J.铁道建筑，2018，58（6）：112-115.12 尚晓琦.西南地区高速铁路路基岩溶注浆整治施工技术研究 J.石家庄铁道大学学报（自然科学版），2018，31（增刊2）：232-235.13 刘铁华.城市钻探盲区的地质勘探方法研究与应用 J.铁道工程学报，2019，36（10）：88-93.Grouting Treatment Strategy of Shallowcovered Karst Subgrade of Beijing-Guangzhou RailwayZHAO WeiGeological and Subgrade Design&Research Institute，China Railway Siyuan Survey and Design Group Co.Ltd.，Wuhan 430063，ChinaAbstract In recent years，the subgrade of the Guangzhou section of Beijing-Guangzhou railway has suffered karst collapse many times，which seriously affects the safety of railway operation.Some sections need grouting reinforcement urgently.To avoid blind grouting，a shallow-covered karst grouting treatment strategy has been developed.Firstly，collected drilling data near the railway subgrade，divided the karst collapse risk section，and used the multi-source frequency domain seismic wave method to explore the medium and high-risk sections of karst development.Then，based on the results of geophysical exploration and geological characteristics，a grouting plan was formulated.Finally，some grouting sections were selected for geophysical retesting to evaluate the grouting effect.The results indicate that the multi-source frequency domain seismic wave method can be well applied to the survey of existing railways，optimize the grouting scheme，and achieve the expected grouting reinforcement effect on the basis of effective cost control.Key words railway subgrade；grouting strategy；field tests；covered karst；ground collapse；multi-source frequency domain seismic wave methodCitation format：ZHAO Wei.Grouting Treatment Strategy of Shallow-covered Karst Subgrade of Beijing-Guangzhou Railway J.Railway Engineering，2023，63（8）：130134.（编辑：刘莉 校对：葛全红）134