一种基于孔内高压浆液搅拌的铁路路基冻害整治方法与流程

1.本发明属于铁路路基整治技术领域，具体涉及一种基于孔内高压浆液搅拌的铁路路基冻害整治方法。


背景技术：

2.我国是一个冻土大国，季节性冻土区分布面积约占全国面积的53.5%。在铁路建设成网过程中，不可避免地通过季节性冻土地区。而在寒冷季节，路基填料冻结，发生冻胀，导致线路变形，尤其是不均匀的短波冻胀，即单个冻害长度仅为几米，沿线路不连续分布，严重影响线路平顺性，威胁行车安全。对于冻害问题，在设计阶段，往往采用冻胀不敏感填料、防冻胀路基结构等，但随着结构服役时间增加，周围环境和线路状态均发生了改变，最初的防冻胀设计失效。对于已发生冻害的路段，常用措施有如下几种：（1）路基换填法。一般应用在区段冻害特别严重的路基处，通过对病害段的路基进行大开挖，将冻胀敏感填料置换成冻胀不敏感填料。对于彻底整治路基冻害比较有效，但是也存在费用高、天窗时间长、干扰铁路正常运营等缺点。（2）路基排水隔水法。加强路基疏排水，排出路基土体中积水，将冻深范围内的土的含水率降低，同时隔断外部水源补给，降低地下水位，阻隔降雨入渗等。该种措施主要针对原有疏排水措施不足、失效的情况采用，但还需要结合填料改良等方式才能达到更好效果。（3）路基保温法。大多应用陶块、炉渣、玻璃纤维、聚苯乙烯泡沫等吸水少、具有耐久和稳定性等特性的材料作为隔热材料，我国一般采用 eps 或 xps 保温板。该方法主要在建设阶段采用，运营阶段采用此方法作为整治措施的话工程量较大。 （4）物理化学方法，通常采用改良土颗粒疏密程度、人工盐渍化、憎水物质等方式进行改善。该种方法有一定效果，但存在改良材料影响范围有限，需要显著加密灌注孔密度，导致成本明显增加的问题。
3.针对运营线路的冻害整治措施较为有限，冻害不严重地段通过增强疏排水措施，加强保温能够取得一定的整治效果，严重地段一般采用换填、注浆等办法，在成本控制与整治效果中间难以达到良好平衡。现有技术中，cn108642988a公开了一种路堤基层病害综合处治修复结构及施工方法，通过在路面表层处内置单元式筋架路堤v型槽，替代局部全深铣刨，路堤v型槽骨架由铰接v形单元式筋架组成，铰接v形单元式筋架上齿钉深深插入下面层中，增大路堤v型槽骨架咬合力，消除裂缝顶端应力集中，阻止裂缝继续向上发展。但是该现有技术的冻害整治措施针对公路路基，而且并没有从根本上解决路基填料的冻胀敏感性。cn112663468a公开了一种冻土路基非开挖修复方法，该方法先检测并确定路基内部脱空区域，然后在所述脱空区域分别钻取注浆孔和冷却液加注孔，接着通过注浆孔向脱空区域内注入高聚物浆液，完成填充作业，并通过冷却液加注孔将冷却液注入到高聚物填充扩散区域下边界，以对高聚物聚合反应放热进行冷却，最后封孔。该现有技术提出的方法主要针对冻土路基的脱空病害整治，采用注浆的方式填充了空隙，对于路基冻胀病害并没有治理效果。并且由于铁路运输的特殊性，上述的现有技术并不适用于运营铁路的治理。
4.可见，现有技术对于短波冻胀，即冻害长度短、范围广的情况，缺少针对性的整治
措施。如何克服上述缺陷，在维持线路正常运营条件下，实现路基短波冻害的高效率、低成本有效整治，成为本技术领域亟待解决的课题。


技术实现要素：

5.为克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种基于孔内高压浆液搅拌的铁路路基冻害整治方法，具体采用如下技术方案：一种基于孔内高压浆液搅拌的铁路路基冻害整治方法，所述方法包括下列步骤：s1.路基冻害整治范围确定；s2.施工参数选取；s3.微创成孔；s4.孔内高压搅拌；s5.确定结束时间。
6.进一步，所述步骤s1包括：根据一个冻融周期的线路变形数据，结合分层温度监测确定冻结深度，明确短波冻胀沿线路的分布情况，划定微创开孔位置。
7.进一步，所述结合分层温度监测确定冻结深度，明确短波冻胀沿线路的分布情况，划定微创开孔位置，具体包括：将分层温度监测时间设置为一个冻融循环周期；将分层深度分为4层，每层0.5m深，通过监测数据确定0摄氏度的最大深度；通过轨道检测小车获取线路变形数据，即轨道几何形位高低数据，以高低7mm为划分界限，通过检测数据，明确高低超过7mm的里程范围，该里程范围即为冻害整治范围，整治深度为分层温度监测确定的深度；对于有砟轨道线路，开孔位置为钢轨两侧，两轨枕之间；对于无砟轨道线路，开孔位置为轨道板正下方路肩上。
8.进一步，所述步骤s2中，所述施工参数包括：钻孔布置形式、孔深、孔径、浆液的材料特性、孔内浆液压力、搅拌速度。
9.进一步，所述钻孔布置形式包括横断面布置、纵断面布置；所述横断面包括垂直布孔和斜向布孔；对于有砟轨道线路选择垂直布孔；对于无砟轨道线路选择斜向布孔，角度不低于10
°
；所述纵断面包括沿线路纵向的布孔长度。
10.浆液的材料特性包括凝结时间、流动性、抗冻性。
11.进一步，根据冻深和冻害波长确定钻孔的布置形式、孔深以及孔径，包括：孔深不低于冻深；布孔长度沿线路纵向不低于波长；孔径不低于50mm；所述浆液凝结时间不长于整治结束到首趟车路过该点的时间；所述流动性的具体要求为浆液扩展度，30min不得低于240mm；所述抗冻性的具体要求为注浆后的加固体冻胀率不得高于1%。
12.进一步，所述步骤s3包括：采用便携式成孔设备，根据确定钻孔布置形式、孔深以及孔径进行钻孔；所述便携式成孔设备包括背包钻、潜孔钻、风钻，所述便携式成孔设备安装时间小于20分钟。
13.进一步,钻孔包括：对无砟轨道结构路基在路肩上斜向开孔，钻孔与垂向所呈角度不低于10
°
，朝向轨道线路中心；对于有砟轨道线路，在两轨枕中间开孔；钻孔深度超过最大冻深。
14.进一步，所述步骤s4包括：成孔后更换钻头及钻杆，在孔内进行高压喷射以及搅拌;所述高压喷射的压力范围为0.5mpa-2.0mpa。
15.进一步，所述步骤s5包括：根据首趟车到达作业地点的时间确定结束时间，保证浆液有足够时间够凝固，达到通车条件。
16.本发明通过在相邻轨枕之间、道砟砟脚处、路基边坡上垂向或者斜向钻孔，在孔内进行喷射高压浆液并进行搅拌，实现冻害填料的修复。相对于传统整治技术，本整治技术具有针对性强，线路扰动小，造价低的特点。特别是对于小面积大范围的冻害，即短波冻害，这种冻害长度往往只有四五米甚至更短，本发明可以只在该范围内进行整治，冻害范围含在浆液扩散范围内，对线路扰动小，不用断道、不用封锁、不开挖，整治作业面小，便携式设备均可完成本发明的技术方案，并且相对传统工艺，本发明的技术方案工程量明显减少，人工、材料、设备的消耗均大幅度减少。
附图说明
17.图1为本发明的方法示意图。
具体实施方式
18.下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本技术提供进一步的说明。
19.除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本技术所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本技术的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
20.如附图1所示，本发明确定路基冻害范围以及冻深后，在轨枕中间、砟脚或路基边坡上靶向微创成孔，通过成孔钻杆向孔壁喷射高压浆液，同时达到注浆以及搅拌的目的，固化周围填料，实现路基冻害整治。
21.本发明的具体技术方案如下：（1）路基冻害整治范围确定根据一个冻融周期的线路变形数据，结合分层温度监测确定冻结深度，明确短波冻胀沿线路的分布情况，划定微创开孔位置。
22.其中，分层温度监测时间至少为一个冻融循环周期，分层深度至少分为4层，每层0.5m深，即监测深度至少地下2m深，通过监测数据确定0摄氏度的最大深度。所述线路变形数据包括通过轨道检测小车获取的轨道几何形位高低数据。轨道检测小车能够获取整个线路的变形数据，以高低7mm为划分界限，通过检测数据，明确高低超过7mm的里程范围，该里程范围即为冻害整治范围，整治深度为分层温度监测确定的深度。对于有砟轨道线路，开孔
位置为钢轨两侧，两轨枕之间；对于无砟轨道线路，开孔位置为轨道板正下方路肩上。
23.（2）施工参数选取主要施工参数包括：钻孔布置形式，孔深，孔径，浆液的材料特性，孔内浆液压力，搅拌速度等。钻孔布置形式分为横断面布置以及纵断面布置，横断面包括垂直布孔和斜向布孔，对于有砟轨道线路，垂直布孔，无砟轨道线路斜向布孔，角度不低于10
°
，纵断面主要指沿线路纵向的布孔长度。
24.根据冻深和冻害波长确定钻孔的布置形式，孔深以及孔径。孔深不低于冻深，布孔长度沿线路纵向不低于波长，孔径不低于50mm。
25.浆液的材料特性包括凝结时间、流动性、抗冻性。
26.运营高铁线路一般要求浆液凝结时间不高于整治结束到首趟车路过该点的时间。
27.所述流动性的具体要求为浆液扩展度，30min不得低于240mm。
28.所述抗冻性的具体要求为注浆后的加固体冻胀率不得高于1%。
29.浆液压力及搅拌速度由现场试验获得。
30.施工作业前，应在相似条件下进行现场试验，以确定的孔深（不低于冻深）以及孔径（不小于50mm）结合不同的压力（不低于0.5mpa）和搅拌速度（不低于10转/分钟）进行试验，试验过程对距离钻孔0.5m远的地表变形进行监测，以变形7mm时的压力和搅拌速度为施工参数。
31.（3）微创成孔采用便携式成孔设备，根据确定钻孔布置形式，孔深以及孔径进行钻孔。便携式成孔设备可以是背包钻、潜孔钻、风钻等小型钻机成孔，钻机安装时间不得超过20分钟。钻孔位置可以是两个轨枕之间，可以是路肩处，也可以是路基边坡。三个位置均是对针对冻胀敏感性填料的整治，不同开孔位置的原因是其特殊的轨道结构导致。对于无砟轨道结构，其轨道结构为整体道床，在整体道床上开孔会破坏轨道结构的整体性，因此，对于无砟轨道结构路基，该方法采用在路肩上斜向开孔，钻孔与垂向所呈角度不低于10
°
，朝向轨道线路中心。对于有砟轨道线路，轨道结构为散粒体道床，因此可以在两轨枕中间开孔，不影响轨道结构的整体性；路基边坡开孔的目的有两个，一是对边坡冻害的整治；二是对线路冻害整治的加强。钻孔必须穿过冻害区域，钻孔深度超过最大冻深可认为是穿过冻害区域。
32.（4）孔内高压搅拌成孔后更换钻头及钻杆，在孔内进行高压喷射以及搅拌。所述高压喷射的压力范围为0.5mpa~2.0mpa。高压浆液能够提高浆液的渗透范围，高压形成的喷射流随着钻杆转动同时能够起到搅拌作用。浆液一方面能够以置换出填料间的细颗粒，另一方面能够与周围填料搅拌形成密实层，达到冻害整治的目的。
33.（5）确定结束时间根据首趟车到达作业地点的时间确定结束时间，保证浆液有足够时间够凝固，达到通车条件。
34.如上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。