本發(fā)明屬于巖土工程技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種輸水管道下穿無(wú)砟軌道路基變形控制與修復(fù)結(jié)構(gòu)及方法。

背景技術(shù)：

隨著我國(guó)鐵路建設(shè)的快速發(fā)展，鐵路網(wǎng)已基本形成規(guī)模。由于城市發(fā)展，地鐵、城市地下管廊、河道疏浚等工程項(xiàng)目加速建設(shè)，勢(shì)必與鐵路線路產(chǎn)生交叉，或下穿鐵路，或上跨鐵路。對(duì)于新建構(gòu)筑物下穿運(yùn)營(yíng)鐵路時(shí)，多以隧道或涵管的型式下穿，不可避免的導(dǎo)致運(yùn)營(yíng)鐵路下方一定土體的損失和地下水位變化引起的固結(jié)沉降，從而導(dǎo)致運(yùn)營(yíng)鐵路沉降和軌道變形。我國(guó)對(duì)鐵路路基沉降要求有著明確的規(guī)定，沉降要求比較嚴(yán)格，特別是《高速鐵路設(shè)計(jì)規(guī)范》(tb10621-2014)中規(guī)定：高速鐵路無(wú)砟軌道路基工后沉降不超過(guò)15mm，過(guò)渡段工后沉降不應(yīng)大于5mm。鑒于此，新建構(gòu)筑物下穿運(yùn)營(yíng)鐵路時(shí)，必須采取有效的路基變形控制措施，保證鐵路路基沉降滿足規(guī)范要求。同時(shí)，路基沉降導(dǎo)致軌道變形，影響軌道結(jié)構(gòu)受力，嚴(yán)重時(shí)可能造成軌道結(jié)構(gòu)較大的損失，且影響列車安全性和運(yùn)行的平穩(wěn)性。目前，對(duì)于地鐵盾構(gòu)隧道下穿既有鐵路過(guò)程中鐵路線路及地表的變形規(guī)律，國(guó)內(nèi)外學(xué)者進(jìn)行了較多研究，對(duì)于鐵路下部為松軟土地基時(shí)，多采用樁基托梁或注漿的處理措施，加固地鐵隧道周圍巖土體。另外，對(duì)于單純的無(wú)砟軌道修復(fù)方面的研究也比較多，如通過(guò)調(diào)整無(wú)砟軌道扣件系統(tǒng)以恢復(fù)軌道縱斷面達(dá)到設(shè)計(jì)高程，或者通過(guò)頂升軌道板后放置砂漿袋，再將快硬砂漿注入砂漿袋中的修復(fù)方法。無(wú)論是采用樁基托梁或注漿的處理，還是通過(guò)調(diào)整無(wú)砟軌道扣件系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，施工困難，成本高，而且還會(huì)對(duì)運(yùn)營(yíng)鐵路產(chǎn)生影響。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的就是為了解決上述背景技術(shù)存在的不足，提供一種施工簡(jiǎn)單方便、成本低、不影響行車安全的輸水管道下穿無(wú)砟軌道路基變形控制與修復(fù)結(jié)構(gòu)及方法。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種輸水管道下穿無(wú)砟軌道路基變形控制與修復(fù)結(jié)構(gòu)，其特征在于：包括設(shè)置于無(wú)砟軌道路堤兩側(cè)的旋噴樁，所述旋噴樁沿?zé)o砟軌道線路縱向布置，旋噴樁與無(wú)砟軌道路堤之間間隔一定距離，所述旋噴樁底部延伸至輸水管道下邊界以下，旋噴樁沿線路縱向長(zhǎng)度延伸至輸水管道兩側(cè)；相鄰旋噴樁之間設(shè)置第一加固段，旋噴樁外側(cè)設(shè)置第二加固段，所述第一加固段和第二加固段均布置于無(wú)砟軌道路堤下方，所述第一加固段和第二加固段沿線路的縱向長(zhǎng)度與旋噴樁長(zhǎng)度相同，第一加固段和第二加固段底部延伸至輸水管道下邊界以下；在無(wú)砟軌道的軌道板與砂漿層之間填充預(yù)制樹(shù)脂砂漿塊。

進(jìn)一步地，所述旋噴樁包括兩排樁體，兩排樁體沿?zé)o砟軌道線路縱向布置，樁體之間相互咬合，樁體樁徑為0.5-0.7m；所述旋噴樁與無(wú)砟軌道路堤之間的距離為4-6m；所述旋噴樁底部與輸水管道下邊界之間的距離為2-5m；所述旋噴樁沿線路縱向的端部與輸水管道外邊界之間的距離為8-12m。

進(jìn)一步地，所述第一加固段和第二加固段均為注漿加固體，第一加固段和第二加固段頂部與輸水管道上邊界之間的距離為4-6m，所述第一加固段和第二加固段底部高度高于旋噴樁底部高度。

更進(jìn)一步地，還包括用于監(jiān)測(cè)軌道及路基的沉降變形和水平位移的觀測(cè)樁、用于監(jiān)測(cè)路基深層水平位移的測(cè)斜孔和用于監(jiān)測(cè)地基中水位變化的觀測(cè)孔，所述觀測(cè)樁設(shè)置于無(wú)砟軌道路肩、無(wú)砟軌道路堤坡腳以及旋噴樁外側(cè)；所述測(cè)斜孔設(shè)置于無(wú)砟軌道路堤與旋噴樁之間，測(cè)斜孔底部高度低于旋噴樁底部高度；所述觀測(cè)孔設(shè)置于旋噴樁兩側(cè)，觀測(cè)孔底部延伸至輸水管道上邊界。

一種輸水管道下穿無(wú)砟軌道路基變形控制與修復(fù)方法，其過(guò)程為：在無(wú)砟軌道與輸水管道交匯處的路堤兩側(cè)分別施工旋噴樁形成水泥墻帷幕，然后依次在無(wú)砟軌道路堤下方的旋噴樁外側(cè)以及相鄰旋噴樁之間分別進(jìn)行注漿處理形成第二加固段和第一加固段；最后抬升無(wú)砟軌道的軌道板，將軌道板四周密封，在軌道板與砂漿層之間填充預(yù)制樹(shù)脂砂漿塊，并通過(guò)預(yù)留的注漿孔向軌道板下注入液態(tài)樹(shù)脂，直至充填軌道板下所有空隙為止。

進(jìn)一步地，所述旋噴樁沿?zé)o砟軌道線路縱向布置，旋噴樁與無(wú)砟軌道路堤之間間隔一定距離，所述旋噴樁底部延伸至輸水管道下邊界以下，旋噴樁沿線路縱向長(zhǎng)度延伸至輸水管道兩側(cè)；所述第一加固段和第二加固段沿線路的縱向長(zhǎng)度與旋噴樁長(zhǎng)度相同，第一加固段和第二加固段底部延伸至輸水管道下邊界以下。

進(jìn)一步地，所述旋噴樁包括兩排樁體，兩排樁體沿?zé)o砟軌道線路縱向布置，樁體之間相互咬合，樁體樁徑為0.5-0.7m；所述旋噴樁與無(wú)砟軌道路堤之間的距離為4-6m，所述旋噴樁底部與輸水管道下邊界之間的距離為2-5m，所述旋噴樁沿線路縱向的端部與輸水管道外邊界之間的距離為8-12m。

進(jìn)一步地，所述第一加固段采用劈裂法注漿，第一加固段的注漿孔包括斜孔和直孔，斜孔的注漿點(diǎn)分別距離無(wú)砟軌道路堤坡腳外1.5m、3m、4.5m布置，斜孔與垂線之間的夾角為20°-70°，沿鐵路方向縱向間隔布置；直孔的注漿點(diǎn)分別距離無(wú)砟軌道路堤坡腳0m、1.5m、3m布置，直孔垂直于地面，沿鐵路方向縱向間隔布置。

進(jìn)一步地，所述第二加固段采用壓密法注漿，第二加固段的注漿孔為直孔，從旋噴樁外邊界以1.5m的間距布置多排注漿孔，注漿孔沿鐵路方向縱向間隔布置。

更進(jìn)一步地，在抬升無(wú)砟軌道的軌道板之前，先布置用于監(jiān)測(cè)軌道及路基的沉降變形和水平位移的觀測(cè)樁、用于監(jiān)測(cè)路基深層水平位移的測(cè)斜孔和用于監(jiān)測(cè)地基中水位變化的觀測(cè)孔，所述觀測(cè)樁設(shè)置于無(wú)砟軌道路肩、無(wú)砟軌道路堤坡腳以及旋噴樁外側(cè)，所述測(cè)斜孔設(shè)置于無(wú)砟軌道路堤與旋噴樁之間，所述觀測(cè)孔設(shè)置于旋噴樁兩側(cè)。

本發(fā)明采用高壓旋噴樁結(jié)合袖閥管工藝注漿加固措施，對(duì)高速鐵路松軟土地基進(jìn)行加固，控制輸水管道下穿鐵路引起的沉降變形。同是根據(jù)監(jiān)測(cè)成果，動(dòng)態(tài)指導(dǎo)旋噴樁和注漿施工過(guò)程并驗(yàn)證地基加固措施的有效性。另外，對(duì)于無(wú)砟軌道軌道由于地基的不均勻沉降產(chǎn)生的變形，采用抬升軌道板充填預(yù)制樹(shù)脂砂漿塊修復(fù)技術(shù)對(duì)無(wú)砟軌道進(jìn)行修復(fù)，保證軌道及路基沉降滿足規(guī)范要求。本發(fā)明全部施工過(guò)程均可在天窗點(diǎn)內(nèi)完成，不影響行車安全，在輸水管道施工完成后，無(wú)砟軌道路基的行車安全性和軌道平順性得到保障。本專利具有經(jīng)濟(jì)、安全、簡(jiǎn)單實(shí)用的特點(diǎn)。

本發(fā)明能夠有效地提高地基承載力和提高路基下部地基的密實(shí)度，減少新建構(gòu)筑物下穿鐵路引起的沉降變形，并對(duì)鐵路軌道進(jìn)行修復(fù)，保證鐵路行車安全性和運(yùn)行平穩(wěn)性。全部施工過(guò)程均可在天窗點(diǎn)內(nèi)完成，不影響行車安全。具有安全、經(jīng)濟(jì)、實(shí)用，施工簡(jiǎn)單方便的特點(diǎn)，利于推廣，可廣泛應(yīng)用于輸水管道下穿高速鐵路加固與修復(fù)方面和高速鐵路病害整治方面。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明的平面示意圖。

圖2為本發(fā)明的橫斷面示意圖。

圖3為本發(fā)明監(jiān)測(cè)設(shè)備的布置示意圖。

圖4為本發(fā)明軌道板的修復(fù)示意圖。

圖5為本發(fā)明旋噴樁的示意圖。

圖中：1-旋噴樁；1.1端部；1.2底部；1.3樁體；2-第一加固段；3-第二加固段；4-斜孔；5-直孔；6-無(wú)砟軌道路堤；6.1路肩；6.2坡腳；6.3坡腳線；6.4路肩線；6.5鐵路中線；7-輸水管道；7.1上邊界；7.2下邊界；7.3外邊界；8-觀測(cè)樁；9-測(cè)斜孔；10-觀測(cè)孔；11-軌道板；12-砂漿層；13-底座板；14-預(yù)制樹(shù)脂砂漿塊。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明，便于清楚地了解本發(fā)明，但它們不對(duì)本發(fā)明構(gòu)成限定。

如圖1-5所示，本發(fā)明包括設(shè)置于無(wú)砟軌道路堤6兩側(cè)的旋噴樁1，所述旋噴樁1沿?zé)o砟軌道線路縱向布置，旋噴樁1與無(wú)砟軌道路堤6之間間隔一定距離，所述旋噴樁1底部延伸至輸水管道7下邊界7.2以下，旋噴樁1沿線路縱向長(zhǎng)度延伸至輸水管道7兩側(cè)；相鄰旋噴樁1之間設(shè)置第一加固段2，旋噴樁1外側(cè)設(shè)置第二加固段3，所述第一加固段2和第二加固段3均布置于無(wú)砟軌道路堤6下方，所述第一加固段2和第二加固段3沿線路的縱向長(zhǎng)度與旋噴樁1長(zhǎng)度相同，第一加固段2和第二加固段3底部延伸至輸水管道7下邊界7.2以下；在無(wú)砟軌道路堤6頂部的軌道板11與砂漿層12之間填充預(yù)制樹(shù)脂砂漿塊14。

上述方案中，旋噴樁1包括兩排樁體1.3，兩排樁體1.3沿?zé)o砟軌道線路縱向布置，樁體1.3之間相互咬合，樁體樁徑為0.5-0.7m；所述旋噴樁1與無(wú)砟軌道路堤6之間的距離為4-6m；所述旋噴樁1底部1.2與輸水管道7下邊界7.2之間的距離為2-5m；所述旋噴樁1沿線路縱向的端部1.1與輸水管道7外邊界7.3之間的距離為8-12m。

上述方案中，第一加固段2和第二加固段3均為注漿加固體，第一加固段2和第二加固段3的頂部和底部齊平，第二加固段3頂部3.1與輸水管道7上邊界7.1之間的距離為4-6m，第二加固段3底部3.2高度高于旋噴樁1底部1.2高度。

上述方案中，還包括用于監(jiān)測(cè)軌道及路基的沉降變形和水平位移的觀測(cè)樁8、用于監(jiān)測(cè)路基深層水平位移的測(cè)斜孔9和用于監(jiān)測(cè)地基中水位變化的觀測(cè)孔10，所述觀測(cè)樁8設(shè)置于無(wú)砟軌道路肩6.1、無(wú)砟軌道路堤坡腳6.2以及旋噴樁1外側(cè)；所述測(cè)斜孔9設(shè)置于無(wú)砟軌道路堤6與旋噴樁1之間，測(cè)斜孔9底部9.1高度低于旋噴樁1底部1.2高度；所述觀測(cè)孔10設(shè)置于旋噴樁1兩側(cè)，觀測(cè)孔10底部延伸至輸水管道上邊界上部。

當(dāng)輸水管道下穿無(wú)砟軌道高速鐵路時(shí)，鐵路地基為松軟土，采用旋噴樁與袖閥管注漿相結(jié)合進(jìn)行地基處理，達(dá)到路基變形控制目的，減小輸水管道施工對(duì)運(yùn)營(yíng)鐵路的影響，保證鐵路軌道和路基沉降滿足規(guī)范要求；同時(shí)，對(duì)無(wú)砟軌道不均勻沉降采用抬升軌道板充填預(yù)制樹(shù)脂砂漿塊修復(fù)技術(shù)對(duì)無(wú)砟軌道進(jìn)行修復(fù)，具體施工過(guò)程如下：

(1)在輸水管道與無(wú)砟軌道交匯處的路堤兩側(cè)坡腳6.2外分別施工旋噴樁1形成水泥墻帷幕，旋噴樁1與無(wú)砟軌道路堤6之間的距離為4-6m，優(yōu)選為5m，旋噴樁1沿線路縱向的端部1.1與輸水管道7外邊界7.3之間的距離為8-12m，優(yōu)選為10m，即旋噴樁范圍為輸水管道兩側(cè)外邊界各10m。旋噴樁1包括兩排樁體1.3，兩排樁體沿?zé)o砟軌道線路縱向布置，樁體之間相互咬合0.1m，旋噴樁整體呈正方形布置，樁體樁徑為0.5-0.7m，優(yōu)選為0.6m，樁體中心間距為0.5m；旋噴樁長(zhǎng)度超過(guò)下穿輸水管道下邊界2m以上，即旋噴樁底部與輸水管道下邊界之間的距離優(yōu)選為2-5m，旋噴樁總長(zhǎng)度不大于25m。旋噴樁的施工工序?yàn)椋簷C(jī)具就位、貫入噴射管、噴射注漿、拔管和沖洗。采用二重管法，水泥采用強(qiáng)度等級(jí)為po42.5級(jí)及以上的普通硅酸鹽水泥或礦碴水泥，水泥漿液的水灰比為0.8：1～1：1。根據(jù)需要可加入適量的外加劑(cacl2)，摻入量應(yīng)通過(guò)試驗(yàn)確定。水泥漿壓力根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)情況確定，指導(dǎo)性試樁參數(shù)：水壓≥20mpa；漿壓≥0.6mpa。噴射量60～70l/min，提升速度15～20cm/min。地面下0～10米，注漿壓力為12～15mpa。10～30m注漿壓力15～20m。旋噴樁先施作離鐵路最近一排樁，再施作最外側(cè)一排。

(2)對(duì)無(wú)砟軌道路基下部主要受力面土層進(jìn)行注漿處理，在旋無(wú)砟軌道路堤下方的噴樁帷幕外兩側(cè)5.0m范圍內(nèi)設(shè)注漿形成第二加固段3，在相鄰旋噴樁之間注漿形成第一加固段2。旋噴樁帷幕施工完后，先施工第二加固段3，再施工注漿第一加固段2。注漿范圍沿鐵路方向與旋噴樁1加固范圍相同，即第一加固段2和第二加固段3沿線路的縱向長(zhǎng)度與旋噴樁1長(zhǎng)度相同。注漿孔沿鐵路縱向間距1.50m，注漿加固至下穿構(gòu)筑物上邊界5m，下邊界1m。

(3)注漿采用袖閥管注漿工藝，第一加固段2采用劈裂法注漿，第二加固段3采用壓密法注漿。所有注漿孔長(zhǎng)度分為引孔長(zhǎng)度和注漿長(zhǎng)度。注漿施工要求路基兩側(cè)同時(shí)對(duì)稱實(shí)施。

(4)第二加固段的注漿孔為直孔5，從旋噴樁外邊界以1.5m的間距實(shí)施3排注漿孔，注漿孔沿鐵路方向縱向間隔1.5m布置。第一加固段的注漿孔包括斜孔4和直孔5，斜孔4的注漿點(diǎn)分別距離無(wú)砟軌道路堤坡腳外1.5m、3m、4.5m布置，每個(gè)注漿點(diǎn)分別設(shè)1、3、2個(gè)袖閥管注漿孔，斜孔與垂線夾角為20°-70°，沿鐵路縱向方向間距1.5m；直孔的注漿點(diǎn)距離無(wú)砟軌道路堤坡腳0m、1.5m、3m，注漿孔垂直于地面，縱向間距1.5m。

(5)袖閥管注漿施工采用機(jī)械引孔，按規(guī)定角度打入設(shè)計(jì)深度，自下而上進(jìn)行逐段注漿。注漿單孔工藝流程：鉆孔→安裝袖閥管→灌注套殼料→清孔→封口→進(jìn)行注漿待凝結(jié)后封孔。鉆機(jī)成孔直徑不小于100mm。袖閥管采用外徑70mm的聚丙烯(pp-r)塑料管加工而成，管材公稱壓力不小于1.5mpa。注漿段每0.5m加工對(duì)稱的4個(gè)直徑6～8mm的溢漿孔，溢漿孔處沿環(huán)向車出寬3cm、深1.0mm的槽，以便套置橡膠閥套，并用電膠布纏繞固定，最下端封閉。注漿材料:主要材料為po42.5級(jí)及以上的普通硅酸鹽水泥；輔助材料為膨潤(rùn)土、減水劑及速凝劑(cacl2)。漿液配合比(重量比)宜為：水：水泥＝0.8～1:1。注漿壓力：開(kāi)環(huán)壓力0.3～0.4mpa，確保開(kāi)環(huán)壓力可沖破套殼料。正常注漿壓力0.2～0.4mpa。輸水管道范圍內(nèi)注漿壓力0.3～0.4mpa，以上注漿壓力0.2～0.3mpa。注漿過(guò)程中應(yīng)根據(jù)軌道變形情況和進(jìn)漿量情況及時(shí)調(diào)整注漿壓力。

(6)監(jiān)測(cè)布置：①在地基處理范圍內(nèi)各道鋼軌頂及軌枕每隔10米用紅油潻布置觀側(cè)點(diǎn)，在無(wú)砟軌道兩側(cè)路肩、坡腳及坡腳外10m處各設(shè)置一排觀測(cè)樁8，縱向間距10m，監(jiān)測(cè)軌道及路基的沉降變形和水平位移。②在路基兩側(cè)坡腳外1m處設(shè)置測(cè)斜孔9，路基兩側(cè)各2孔，共4孔，孔深超過(guò)旋噴樁長(zhǎng)2m，平均布置于地基處理區(qū)，監(jiān)測(cè)路基深層水平位移。③分別在旋噴樁兩側(cè)各2米處布設(shè)水位觀測(cè)孔10，以監(jiān)測(cè)地基中水位的變化情況。鉆機(jī)成孔，共布設(shè)4孔。

(7)在無(wú)砟軌道的軌道板11縱向兩側(cè)起吊螺栓孔，在垂直方向布置抬升裝置，采用四個(gè)千斤頂同步抬升軌道板至設(shè)計(jì)軌面高程。

(8)向軌道板11與砂漿層12之間均勻充填預(yù)制樹(shù)脂砂漿塊14，砂漿層在底座板13之上，砂漿塊厚度根據(jù)設(shè)計(jì)抬升量確定，以小于設(shè)計(jì)抬升量5～10mm為宜。然后使用泡沫膠條封閉軌道板四周，確保四周密封，并預(yù)留注漿孔。

(9)使用注漿機(jī)，通過(guò)預(yù)留注漿孔向軌道板下注入液態(tài)樹(shù)脂，充填軌道板下所有空隙為止。液態(tài)樹(shù)脂凝結(jié)后與軌道板粘結(jié)為一體，與既有砂漿袋之間基本無(wú)粘結(jié)。

(10)預(yù)制樹(shù)脂砂漿塊與既有砂漿層性能匹配，彈性模量基本一致。液態(tài)樹(shù)脂要求在30min內(nèi)可以凝固，抗壓強(qiáng)度可達(dá)30mpa，與預(yù)制砂漿塊融為一體，與軌道粘結(jié)強(qiáng)度不小于3mpa，彈性模量與既有砂漿層基本一致。

顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行各種改動(dòng)和變形而不脫離本專利的精神和范圍。這樣，倘若本專利的這些修改和變形屬于本專利權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動(dòng)和變形在內(nèi)。

本說(shuō)明書中未作詳細(xì)描述的內(nèi)容屬于本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員公知的現(xiàn)有技術(shù)。