覆蓋型巖溶路基病害整治

鄒維勇

(西南交通大學土木工程學院，四川成都610031)

1.工程概況

    浙贛線時速200km／h電氣化提速改造工程全長914146km，自2003年10月開始勘測設計，目前全線已經基本開通運營。全線可溶巖地段累計長約150.775km，約占全線的l7％，其中改建地段長97.626km，非改建地段長53.149 km(含鐵四院負責南昌局利用既有線未提速地段38.908 km)。覆蓋型巖溶地段主要分布于浙西的江山、贛東的上饒地區、南昌附近及分宜至萍鄉和湘東的醴陵地區。

    地形地貌特征為溶蝕平原或低緩的溶蝕殘丘與谷地相間地貌，總體處于低海拔巖溶水平強烈發育帶。受本線所處的地理位置和氣候條件、環境地質條件、以及沿線經濟發達，人口稠密、大量抽取地下水等諸多因素的影響，促使覆蓋型巖溶塌陷不斷地產生和發展，路基塌陷多次發生。提速2(J0km／h后，線路穩定性至關重要，需要對全線的巖溶進行全面復查。

2.巖溶塌陷情況

    浙贛線歷年來巖溶塌陷和整治一真不斷。據不完全統計，既有線賀村K309+650～K312+750段于l999年前后發生過巖溶嚴重塌陷，并進行丁大規模整治。1990年分宜站及1996年分宜～彬江段因巖溶塌陷嚴重，也進行丁大規模整治。此外，湖沿站、彬江一西村及珠亭山原改線地段、姚家州一燈芯橋區間(K878+600及K878+746在2002年6月中旬兩處塌陷)等發生的塌陷病害，都嚴重危及到行車安全。

3.塌陷機理

    浙贛線覆蓋型巖溶塌陷主要因覆蓋層土洞坍塌引起，主要受以下因素影響。

    3.l地下水影響

    浙贛線地下水位埋深較淺，一般0.5—4m，與大氣降水有密切的聯系，補給來源豐富，多在地表滲出形成濕地。地下水的活動對覆蓋層的穩定影響極大。土層、特別是土層底部因吉水而強度降低、透氣性進一步減弱；當地下水位下降，特別是快速下降時，因土層的透氣性弱而不能使土層兩側的氣壓達到平衡，巖溶管道口的土層兩側將形成負的“壓強差”，向巖溶管道內吸走管道口外土體，形成土洞，如此反復進行，直至形成地面塌陷。當地下水位上升時，巖溶管道口的土層兩側將形成正的“壓強差”而頂托土體，輕則松動蓋層土體，重則頂破蓋層土體，產生“氣爆”現象。

    3.2地表水向下滲透影響

    浙贛線措線降雨量較大，在大氣降水或地表水通過覆蓋層向下滲透的過程中，會帶走徽細顆粒，破壞土體結構，同時降低土層強度。當基巖面上有溶洞，特別是溶蝕空洞時，土體會向下產生蠕變，形成空洞，進而發展形成巖溶地面塌陷。特別是當溶涮發育于基巖面上的洼地型底部時，人滲水流于基巖面上匯集并流向溶洞，還會對基巖面附近土層產生沖刷和掏蝕作用，形成土洞或地面塌陷。由于地下水位渡狀起伏很大，又加劇了地表水的下滲過程，使地表水和地下水連通性較好，從而使土洞向上發展加速。

    現場發生的塌陷大多數是發生在集中降雨后1-2d內。由于地下水存在較好的徑流水力坡度和徑流條件，同時與地表水連通性很好，地表水下滲加劇，引起土洞向上發展，當頂板強度不夠時就發生突然塌陷。

    3.3巖溶影響

    浙贛線巖溶地區主要下伏二疊、石炭系灰巖、白云質灰巖或灰巖夾頁巖等，地質構造較復雜紊亂。一些巖性間的溶蝕差異性較大，加劇了溶蝕現象和溶蝕破碎帶的發育。溶蝕現象主要表現為充填溶洞、溶縫和溶蝕裂隙，下伏巖面起伏劇烈等。巖溶最發育地段見洞率可達50％一60％，線巖溶率約40％。這就直接導致地下水活動強烈，同時為水流運移土體顆粒提供了良好條件。

    3.4覆蓋層厚度與工程性質影響

    覆蓋層越薄，越容易發生巖溶地面塌陷，從現場塌陷點觀測，除D2K392+955，BDK8l5+790兩處沖洪積層厚21～29m卦，其它地段厚度都小于20m。覆蓋層滲透性越強，潛蝕作用越強烈，越易發生塌陷。從塌陷點覆蓋層地質情況來看，一般上部為軟土或粉質黏土，下部有3～8m的中粗砂或砂夾圓礫石層分市，其飽水率高，在巖溶水作用下，松散、流失嚴重。

    3.5人類活動的影響

    人類活動影響主要體現在以下三個方面。

    (1)過量開采地下水的影響。浙贛線沿線一些靠近鐵路的廠礦、學校較多、需長期大量抽取巖溶地水作為生產、生活用水，會加劇地下水位波動并大幅度降低地下水位，加尉巖溶塌陷發展，危及鐵路行車安全。

    (2)路塹開挖的影響。路塹開挖后，覆蓋層減薄，同時破壞地表植被，增加大氣降水和地表水的下滲能力。

    (3)列車動荷載影響。列車動荷載加劇了土洞的發展過程。如D2K392+955、DK831+525等處都是在開通運營后不久發生塌陷。

    3.6整治壓漿后璉變了地下水的運移狀態形成新的通道

    由于整治壓漿，在巖面與土層接觸帶附近，地下水的自然流動狀態被改變。伴隨強降雨的作用，巖溶地下水必須尋求新的流動排泄路徑，同時帶走大量物質，形成新的溶蝕通道。一般在未經整治或壓漿薄弱的地方，一段時間后可能再形成新土洞。如DK831+525、LKI+657處塌陷點就位于整治區壓漿孔有效影響半徑邊緣。浙贛線覆蓋型巖溶地面塌陷主要是受以上因素綜合影響形成的土洞坍塌。

4.巖溶整治設計原則

    4.1鉆孔注漿設計

    為防止巖溶路基塌陷，經技術、經濟比較，采用鉆孔壓力注漿整治措施。通過注漿充填土洞和灰巖頂部的溶洞、溶蝕裂隙。井加固土體，改善土體的工程性質，切斷地表水與地下水、孔隙水與巖溶水之間的水力聯系，防止土體潛蝕的發生，從而防止地面塌陷。

    4.1.1整治段落的確定

    (1)本著“輕重緩急、分期投資”的原則，對本次巖溶全面復查地段中的重點地段先期進行整治，確保提速后行車安全。范圍包括巖溶地面塌陷分析評分90分以上的極易塌陷區、評分85—89分的易塌陷區、評分在80～84分的易塌陷區中線路附近開采地下水較嚴重的地段；

    (2)對巖溶地面塌陷分析評分70—84分的其余易塌陷區地段，雖然發生地面塌陷的幾宰相對較小，但仍有可能發生，建議考慮二期整治。在此期間，應注意加強巡查，特別是雨季前后地下水渡動較大時。同時注意禁止在鐵路兩側500m范圍內大量開采地下水，避免加劇巖溶塌陷發展；

    (3)對評分70分以下的不易塌陷區不作整治設計，但也應注意加強巡查并禁止在鐵路兩側500m范圍內大量開采地下水；

    (4)已經按施工圖要求進行鉆孔注漿整治的地段，原則上不再處理。僅對原整治范射內來整治的薄弱地段(如覆蓋層厚度大于15m地段、幫寬地段既有線側等)重新檢查，進行補充整治。

    4.1.2整治寬度

    整治寬度為路堤至坡腳，路塹至側溝，當坡腳(塹頂)外有明顯巖溶危廈邊坡穩定時，適當加大整治范圍。

    4.1.3注漿孔布置

    由于目前全線已經開通運營，鉆孔孔位根據路塹、不同高度路堤等情況布置在路肩、坡腳和填方邊坡中部(線路中心左、右兩側3.5m以及l0.5m處。漿液擴散半徑按4m考慮)。鉆孔采用斜鉆，考慮到目前施工鉆機現狀，除站場咽喉區地段傾斜角度較大外，角度一般情況下不超過加。；

    (1)對路塹段和H﹤(3m的填方地段，在兩側路肩布置兩排孔。

    (2)對3m《H<5m的填方地段，在兩側路肩和坡腳布置四排孔；

    (3)對H≥5m的填方地段，在兩側路肩和邊坡中部布置四排孔；

    (4)車站內僅對正線進行巖溶處理，對可以封鎖股道行車過渡的地段在正線兩側路肩附近鉆孔，對咽喉區等地段采取在線路外側太角度鉆斜孔跟管鉆進的方法。

    4.l.4注漿孔距

    (1)對已經發生塌陷地段(評分l00分)和地下水位在基巖面附近波動很大，極易發生土體潛蝕的地段，注漿孔間距采用2.5m；

    (2)對評分90分以上的極易塌陷區和評分80分以上的易塌陷區一般注漿孔間距采用5m。

    4.1.5注漿整治深度

    (1)當覆蓋土厚度小于30m時，完整基巖整治至基巖面以下2m深度；溶蝕破碎帶整治設計至基巖面以下5m探度；基巖面以下10m深度內存在溶洞的地段，整治設計深度穿過溶洞進入完整基巖不小于1m；

    (2)當覆蓋層厚度大于30m時，一般情況下處理深度控制為30m；如在鉆孔過程中發現覆蓋層中土洞較多，則應繼續鉆進打穿覆蓋層；

    (3)對個別基巖深露路塹地段，當地面以下25m深度內存在溶渝時，采取安全頂板厚度法判別。若頂板厚度達不到要求(完整頂板厚跨比不小于0.5，非完整頂板厚跨比不小于5.0)，則要采取鉆孔注漿至溶洞底板以下2m；一般情況下最大處理至路基面以下10m范圍。

    4.1.6動態設計

    鉆孔注漿施工實行“探灌”結合的動態設計原則，應有不少于30％孔作為“探灌”孔。鉆孔應該作巖芯鑒定并作好記錄，并根據鉆孔情況和壓漿情況調整巖溶整治范圍和深度。

    4.2注漿材料配比

    漿液采用純水泥漿及水泥一水玻璃混合漿液兩種，以純水泥漿液為主。寬洞時水泥漿中摻加20％的粉煤灰。采用32.5級普硅水泥，水玻璃濃度35。Be一45。Be，模數2.4—3.0水泥漿水灰比0 8：l-1：2，混合液水泥漿與水玻璃體積比1:0.1—1:O.05。

    4.3注漿壓力

    上覆土層0.1—0.2 NPa．基巖0.3～0.5MPa，最大1.5 MPa。

    4.4注漿方法

    根據本工點工程地質及水文地質特征，為了確保注漿質量及提高注漿效率，采用“自下而上分段注漿”方進行注漿，分段長度5—10 m。基巖采用栓塞注漿；基巖注漿完成后，應盡快提升套管和栓塞至第一注漿段，再對第--注漿段進行注漿，如此運段注漿，直到設計停漿標高。

    4.5注漿結束標準

    要求壓密注漿按0.2 m3／m，充填注漿在土層中按0.6 m3／m、在卵石層中按照l.0m3／m，在灰巖中按照1.8 m 3／m控制注漿量。按設計要求，在注漿壓力表不小于0.2 MPa，10 rain持續注漿量小于1L／mm時方可結束注漿。

    4.6注漿質量檢查

    注漿質量檢查孔應布置于兩注漿鉆孔的中間，檢查孔為注漿鉆孔數量的5％一10％，當滿足下列條件之一時，注漿質量臺格。

    (1)注漿前后單位吸水率的比值大于l0。

    (2)檢查孔巖芯多處見水泥塊，基本填滿縫隙。

    (3)檢查孔注漿量小于該工點常見注漿量的一半。

5.工程施工

    5.1注漿工程施工

    在注漿孔施鉆過程中，準確測定土石分界面的深度及土洞、溶洞、裂隙的深度。注意溶洞、裂隙的充填及水文地質條件的變化，特別是鉆進中漏水等情況。注裝孔的深度應根據鉆孔揭示的實際地層情況進行調整。

    在工點開始注漿前，選擇有代表性的注漿孔進行壓水試驗，求出代表性地層注漿前的有關參數。每孔注漿前應先用水沖洗注漿孔，沖開通道中堵塞的充填物，增加地下空隙的連通性，以便最大限度地使注漿液進入到地下空隙中。

    注漿時采用先外排，后內排，同一排中先兩頭后中同的注漿次序，以減少不必要的漿液流失，降低工程成本。漿液采用先稀后濃的順序。先注稀漿，可以避免小裂隙、小通道被濃漿堵塞。然后根據具體情況逐步提高漿液濃度，以保證具有連通性的空隙均能進漿，提高工程質量。注漿過程中，注意注漿壓力的調整，同時加強觀察和測量，防止抬道和地面冒漿，出現問題及時匯報和處理，保證列車運營安全。

    5.2注水試驗

    將清水注入鉆孔中，使水位面保持在某一深度，同時記錄時間、水頭高和注入水量，直至注入水量為常值后即停止注水。試驗完畢后編制注水試驗報告，計算地層滲透系數。作為注漿施工的效果檢查的參數之一。根據地層參散，初步確定注漿試驗方案。

6.結束語

    整治段內巖溶路基塌陷產生的原因主要是地表水沿覆蓋層下滲溶蝕碳酸鹽巖并攜帶走土顆粒，從而在覆蓋層中形成土洞，在碳酸鹽巖中形成溶洞，隨著土洞、溶洞的擴大而導致塌陷。采用注漿方法整治巖溶路基塌陷，可以充填己有的縫隙、溶洞、土洞，減少地表水的下滲，達到根治病害的目的。同時采用該方法可以減小對既有鐵路行車的干擾，從適應性、可靠性、可行性來說，不失為一種整治巖溶路基塌陷的良好方法。

參考文獻

[1]鐵道第二勘察設計院盤西線新海站至大唐站巖溶路基塌陷發育規律及注漿整治[J]地質災害與環境保護，2006(2)

(本文來源：陜西省土木建筑學會  文徑網絡：尚雯瀟 尹維維 編輯  文徑 審核)