本發(fā)明屬于鐵路既有線路基加固領域，具體涉及一種注漿設備及其施工方法。

背景技術：

眾所周知，路基沉降和路基病害是既有線鐵路中較為常見的問題，沉降和路基病害問題處理不當很可能會導致既有線鐵路失穩(wěn)現象的發(fā)生，威脅既有線鐵路使用的安全性。

目前針對此類路基沉降和病害問題，大部分所采用的是通過旋噴機旋噴樁體實施加固，但是此種方法所注入的水泥漿體積和所使用壓力難以控制導致成型困難，即產生“跑漿”現象，對水泥漿的浪費較大，因此施工成本較大。加之注漿時所使用的壓力不能夠根據地基沉降量來控制，只能通過操作經驗進行控制，且注入后的漿液位置不能確定是否在指定的加固位置。

通常情況下對既有線鐵路進行整治的過程中，是不能影響鐵路線正常運營的，因此在既有線鐵路施工中要采取特殊的整治辦法。

目前廣泛應用于此類施工當中的封口方法是用止?jié){球封口，其目的是防止在注入過程中漿液從孔扣噴出，但是這種方式只局限于小孔，孔徑過大時無法滿足使用條件。

技術實現要素：

本發(fā)明的目的是提供一種注漿設備，

本發(fā)明的另一個目的是提供一種注漿施工方法，以解決注入水泥漿成型控制難，以及不能夠在指定位置對路基加固的問題。

本發(fā)明技術方案如下：一種注漿設備，包括高壓注漿機，還包括土工袋、封口裝置，所述封口裝置包括封口管、第一法蘭、蝶閥、第二法蘭，封口管的一端與土工袋相連，封口管的另一端與大法蘭連接，大法蘭、第一法蘭、蝶閥、第二法蘭通過加長螺釘依次連接。

作為本發(fā)明的進一步改進，第二法蘭與高壓注漿機的管線之間設有變徑管，所述變徑管上設有排氣閥，排氣閥上設有壓力表。

作為本發(fā)明的進一步改進，所述封口管前后對稱設有抱箍，封口管與抱箍之間設有橡膠墊。

作為本發(fā)明的進一步改進，所述土工袋由依次設置的外層布、隔水板、內層布壓制而成。

作為本發(fā)明的進一步改進，所述隔水板的厚度為0.3mm—0.6mm。

作為本發(fā)明的進一步改進，所述土工袋采用回轉連接，一次成型為圓筒狀，土工袋直徑是注漿孔的0.4-1.5倍。

一種注漿施工方法，包括如下步驟：

a、成孔施工：將土工袋封閉端放入孔內；

b、封口：將土工袋開口端套裝在封口管上，打開緊定螺釘，將抱箍卡在封口管上，固定緊定螺釘，完成封口；快速接口通過管路和高壓注漿機連接；

c、注漿：將水和水泥攪拌均勻，打開排氣閥，啟動高壓注漿機進行注漿，當排氣閥溢出漿液時，關閉排氣閥，記錄所注入水泥漿體積和布工袋的最大體積作比較，同時記錄壓力表讀數和控制注入量，完成注漿。

作為本發(fā)明的進一步改進，土工袋的放法有兩種，一是褶皺方向處于豎直向，或者是褶皺方向處于水平向。

作為本發(fā)明的進一步改進，所述步驟中a成孔施工中，成孔角度以水平向為基準線為正負5°角，成孔直徑為200-300mm，成孔深度為3-7m；孔中心距路基上表面距離為0.6-1.0m，水平向孔間距為0.7-1.0m。

作為本發(fā)明的進一步改進，所述步驟中a成孔施工中，上下孔位中心距處于同一條直線放置，或者上下孔位呈梅花狀布置，施工時下方采用直徑300mm，上方孔采用直徑200mm，注漿時先注下方孔后注入上方孔；所述步驟c注漿中，每次注漿時的壓力為0-0.3mpa。

本發(fā)明原理是在鐵路路基發(fā)生沉降不均勻的區(qū)段內，線路與地基接觸界面之間的一定距離，按設計要求的位置、數量依次向路基中水平或者帶角度利用“二定注漿”的方法注入水泥漿對路基進行加固，通過擠密和鉆孔的方法按設計要求的順序、擴張速率、擴張幅度逐步地豎向擴張，使沉陷的路基抬升恢復至路基設計目標值，實現整治既有鐵路線路基路面沉降的目的。

二定注漿的定義：在注漿過程，能夠確定和控制所注漿的體積以及準確定位所注漿的位置。

本發(fā)明使路基沉降和路基病害得到整治，最大程度的減小路基沉降和病害帶來的危害。

附圖說明

圖1為一種注漿設備的結構示意圖；

圖2為單線作業(yè)位置示意圖；

圖3為雙線作業(yè)位置示意圖；

圖4為一種孔位的結構示意圖；

圖5為另一種孔位的結構示意圖；

圖6為土工袋一種放置方式的示意圖；

圖7為土工袋另一種放置方式的示意圖；

圖8為注漿孔(5#-19)中心距地表面50cm地形變化圖；

圖9為注漿孔(36#-19)中心距地表面60cm地形變化圖；

圖10為注漿孔(18#-19)中心距地表面100cm地形變化圖；

圖11為注漿孔(18#-19)中心距地表面100cm下孔先注地形變化圖；

圖12為注漿孔(36#-19)中心距地表面60cm上孔后注地形變化圖；

圖13為注漿孔(19a#-12)中心距地表面60cm上孔先注地形變化圖；

圖14為注漿孔(8#-12)中心距地表面100cm下孔后注地形變化圖；

圖15為注漿孔(18#-09))下孔先注漿前后地表位移變化走勢圖；

圖16為注漿孔(36#-09))上孔后注注漿前后地表位移變化走勢圖；

圖17為注漿孔(19a#-12))上孔先注注漿前后地表位移變化走勢圖；

圖18為注漿孔((8#-12))下孔后注注漿前后地表位移變化走勢圖；

圖19為土工袋破裂情況下地形變化圖；

圖20為土工袋正常情況下地表位移變化圖；

圖21為土工袋褶皺水平布置的地形變化走勢圖；

圖22為土工袋褶皺豎直布置的地形變化走勢圖；

圖23為土工袋褶皺水平與豎直布置的地形變化走勢圖；

圖24為單排孔孔位空間位置示意圖；

圖25為雙排孔孔位空間位置示意圖。

附圖標記含義：1-封口管，2-注漿孔，3-大法蘭，4-第一法蘭，5-蝶閥，6-第二法蘭，7-變徑管，8-快速接口，9-排氣閥，10-壓力表，11-抱箍，12-加長螺釘，13-土工袋，17-高壓注漿機，171-管線，a-路基淺表層，b-二定注漿作業(yè)分布層，c-零路基層，d-土體，a-孔中心距路基上表面距離。

具體實施方式

下面結合附圖對本發(fā)明做進一步詳細的說明。

圖1示出了一種注漿設備的結構示意圖，包括高壓注漿機17、土工袋13、封口裝置，所述封口裝置包括封口管1、第一法蘭4、蝶閥5、第二法蘭6，封口管1的一端與土工袋13相連，封口管1的另一端與大法蘭3連接，大法蘭3、第一法蘭4、蝶閥5、第二法蘭6通過加長螺釘12依次連接并鎖死。

第二法蘭6與高壓注漿機17的管線171之間設有變徑管7，所述變徑管7上設有排氣閥9，排氣閥9上設有壓力表10。變徑管7通過快速接口8與管線171連接。

封口管1前后對稱設有抱箍11，封口管1與抱箍11之間設有橡膠墊。前后抱箍11之間通過緊定螺釘連接。通過抱箍11中的橡膠墊施加壓力，利用緊定螺釘卡住。

所述土工袋13由依次設置的外層布、隔水板、內層布壓制而成。

隔水板的厚度為0.3mm—0.6mm。土工袋13采用回轉連接，一次成型為圓筒狀，土工袋直徑是注漿孔的0.4-1.5倍。

使用時，將土工袋13按照加固方向的要求進行褶皺放進注漿孔2內，開口端套裝在封口管1上，用抱箍11進行鎖緊，大法蘭3端面和預制砼端面緊貼，用膨脹螺絲固定。封口裝置中快速接口8通過管路和高壓注漿機17連接。將水和水泥按照一定配比和體積攪拌均勻，打開排氣閥9，啟動高壓注漿機17進行注漿，當排氣閥9溢出漿液時，關閉排氣閥9，記錄所注入水泥漿體積和布工袋13的最大體積作比較，同時記錄壓力表10讀數和控制注入量，完成注漿，注漿完畢對坡面進行整理恢復。

土工袋的放法有兩種，一是褶皺方向處于豎直向，或者是褶皺方向處于水平向。根據不同路基，選擇或組合使用。

成孔施工中，成孔角度以水平向為基準線為正負5°角，成孔直徑為200-300mm，成孔深度為3-7m；孔中心距路基上表面距離a為0.6-1.0m，水平向孔間距為0.7-1.0m。圖2中示出的成孔角度為0°角，圖3中示出的成孔角度為5°角。

成孔施工中，上下孔位中心距處于同一條直線放置，或者上下孔位呈梅花狀布置，施工時下方采用直徑300mm，上方孔采用直徑200mm，注漿時先注下方孔后注入上方孔；所述步驟c注漿中，每次注漿時的壓力為0-0.3mpa。

一、《施工方法》的優(yōu)化選擇：

(1)圖2-圖3示出了施工方法，實施時，針對單線和雙線兩種不同情況下路基沉降和路基病害處進行成孔，a區(qū)和c區(qū)屬于淺表層和“零路基”層，為通常機械設備無法到達的作業(yè)范圍。b區(qū)使用鉆機或旋噴機在可控制范圍內進行錐頭擠密、排渣成孔或沖擊鉆成孔，注漿孔必須使用“干鉆法”方滿足本實施方法要求。因b區(qū)距離路基表面高度差大，是本發(fā)明所述施工方法的最佳作業(yè)高度范圍，建議作業(yè)范圍如圖3所示，故可進行既有線鐵路路基沉降和路基病害處大范圍作業(yè)。

圖2示出了一種注漿設備及其施工方法中針對既有線鐵路單線的施工方法，根據單線路基寬度進行單向成孔施工，建議成孔角度：以水平向為基準線上下角度γ為正負5°角。

圖3示出了一種注漿設備及其施工方法中針對既有線鐵路雙線的施工方法，路基是雙線或者路基較寬時采用兩側對打孔方式，建議成孔角度：以水平向為基準線上下角度γ為正負5°角，然后進行“二定注漿”，達到路基沉降和病害整治的目的。當路基沉降較嚴重采用分層注漿方式。

圖2-圖3作業(yè)位置，孔中心距路基上表面距離a的限定說明，實施時，若在黃土或者粘性土層，建議加壓方式采用分段加壓，從開始注漿至漿液從排氣閥9溢出時，暫停注漿，然后關閉排氣閥9；接著注入至所要控制的體積即可。此過程當中，每次注漿時的建議壓力為：0-0.3mpa，孔中心距路基上表面距離a為0.6-1.0m，水平向孔間距0.7-1.0m，也可按照現場路基實際病害處進行調整。

(2)圖4-圖5示出了兩種孔位施工組合方案和關于“先下后上”、“先上后下”注漿順序情況的說明：

方案一、參見圖4，上下孔位中心距處于同一條豎直線放置，即矩形布置，且施工時下方采用直徑300mm，上方孔采用直徑200mm，注漿時先注下方孔后注入上方孔為優(yōu)選方案；

方案二、上下孔位呈梅花狀布置，且施工時下方采用直徑300mm，上方孔采用直徑200mm，注漿時先注下方孔后注入上方孔為優(yōu)選方案。

(3)土工袋的加工方案和關于土工布袋材料焊縫強度問題的說明：

方案一、采用軸向熱熔焊接方式，建議熱熔焊接寬度：15mm-25mm，軸線方向上不允許有焊接縫隙，焊接完成必須通過無損探傷監(jiān)測其密封性；

方案二、采用完整回轉連接，一次成型圓筒狀。

綜合現場試驗實際測試以及結果分析，建議使用方案二:采用完整回轉連接，一次成型圓筒狀，建議所用土工袋最大直徑是注漿孔的0.4-1.5倍。

(4)土工袋的結構對比，為了防止在擠密過程中徑向力過大破壞土工袋以及綜合考慮注漿深度和擠密程度，現給出如下方案見表1：(a)所示由外層布、隔水板、內層布壓制而成，隔水板建議厚度0.3mm，最大成孔直徑200-300mm，建議成孔深度3-5m；(b)所示由外層布和隔水板構成，隔水板建議厚度0.4mm，最大成孔直徑200-300mm，建議成孔深度3-7m；(c)所示只有隔水板，無內、外層布。建議隔水板厚度：0.4-0.6mm，最大成孔直徑200-300mm，建議成孔深度3-7m。

表1-土工袋建議使用技術參考

(5)土工袋放置方式：

當褶皺方向處于豎直向時(如圖6所示)，注漿之后土工袋主要沿著豎直方向撐開，因此土體(d)主要受擠壓方向是豎直向；

當褶皺方向處于水平向時(如圖7所示)，注漿之后土工袋主要沿著水平方向撐開，因此土體(d)主要受擠壓方向是水平向。

《效果試驗》

圖24為單排孔孔位空間位置示意圖；圖25為雙排孔孔位空間位置示意圖；做下述對比試驗。以18#和36#為第一組對比，以19a和8#為第二組對比，再以第一組和第二組進行對比。具體選擇見表2，表中材質300/0.3/300表示外層布、隔水板、內層布的厚度分別為300mm、0.3mm、300mm。材質0/0.3/300表示無外層布，隔水板、內層布的厚度分別為0.3mm、300mm。

表2

一、注漿范圍

圖8為注漿孔(5#-19)中心距地表面50cm地形變化圖；

圖9為注漿孔(36#-19)中心距地表面60cm地形變化圖；

圖10為注漿孔(18#-19)中心距地表面100cm地形變化圖；

結果：50cm定體定壓情況下，地表隆起嚴重、縱向裂縫寬、最大地表隆起位移達5cm。60cm和100cm疊加定體定壓情況下，地表裂縫為橫向，影響范圍如圖為25cm左右且無縱向裂縫，地表最大點隆起2cm。結合裂縫情況及地表最大隆起位移量，距地表以下60cm以下范圍為所選取的最優(yōu)“二定注漿”范圍。

二、注漿順序

圖11為注漿孔(18#-19)中心距地表面100cm下孔先注地形變化圖；圖12為注漿孔(36#-19)中心距地表面60cm上孔后注地形變化圖；圖13為注漿孔(19a#-12)中心距地表面60cm上孔先注地形變化圖；圖14為注漿孔(8#-12)中心距地表面100cm下孔后注地形變化圖；圖15為注漿孔(18#-09))下孔先注漿前后地表位移變化走勢圖；圖16為注漿孔(36#-09))上孔后注注漿前后地表位移變化走勢圖；圖17為注漿孔(19a#-12))上孔先注注漿前后地表位移變化走勢圖；圖18為注漿孔((8#-12))下孔后注注漿前后地表位移變化走勢圖。

圖15-圖18為注漿后地表位移減去注漿前地表位移的變形量，可以更為直觀的說明地表變形走勢。分別表示18#、36#、19a、8#的地表變形走勢，表達先注上孔后注下孔以及先注下孔后注上孔對地表變形的不同影響。

通過上述圖說明：

a、在相同壓力、相同土工袋長度及材質、相同注漿體積情況下，圖10-圖13四張地表變形圖中顯示，除1、2號點變化幅度稍大以外，其余點變化范圍都在突米級。由圖(12)、(13)、(14)、(15)地表位移變化走勢圖中顯示，“先上后下”較“先下后上”地形走勢波動明顯，地表變形嚴重。

1號點和2號點的說明：在圖形上從端口算起，沿坐標軸的正向點號分別為1、2、3、……16。兩條圖線分別計算。

b、36#、18#先下后上注漿情況下，地表無縱向裂縫、裂縫影響范圍較小，最大影響范圍為孔口端沿注漿袋走向20cm。

先上后下注漿情況下，地表存在縱向裂縫、裂縫影響范圍較大，最大影響范圍為孔口端沿注漿袋走向180cm。

結合地表變形及裂縫影響范圍，給出同一垂直線上“二定注漿”最佳注漿順序為“先下后上”。

三、關于土工袋加工方式

圖19為土工袋破裂情況下地形變化圖(1#-04)；圖20為土工袋正常情況下地表位移變化圖((13#-14)。

通過未探傷焊接方式和結合現場實驗無損焊接方式的比較，結合現場實際注漿情況及地表位移變化圖，得出如果存在焊縫時，存在潛在風險，可能會由于焊縫質量問題誘發(fā)土工袋露漿，注漿后整體強度不足等缺陷。

焊縫有損傷，強度不足會存在漏漿情況，土體強度補足量不足。因此，焊縫須經無損探傷檢驗。推薦使用的土工布袋為“零焊縫—整體成型”。

四、關于土工袋褶皺方向

圖21為土工袋褶皺水平布置的地形變化走勢圖；圖22為土工袋褶皺豎直布置的地形變化走勢圖；圖23為土工袋褶皺水平與豎直布置的地形變化走勢圖。

在地質條件相同、孔中心距地面高度相同、注漿袋材質相同、注漿壓力相同、漿液配比相同情況下，由圖21-23可知，褶皺方向豎直放置比水平放置對地表位移的變形量影響較大，可以根據現場實際情況確定褶皺方向或褶皺方向的組合，以期達到預想效果。