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

背景技術(shù)：

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(dāng)很可能會(huì)導(dǎo)致既有線鐵路失穩(wěn)現(xiàn)象的發(fā)生，威脅既有線鐵路使用的安全性。

目前針對(duì)此類路基沉降和病害問題，大部分所采用的是通過(guò)旋噴機(jī)旋噴樁體實(shí)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(dǎo)致成型困難，即產(chǎn)生“跑漿”現(xiàn)象，對(duì)水泥漿的浪費(fèi)較大，因此施工成本較大。加之注漿時(shí)所使用的壓力不能夠根據(jù)地基沉降量來(lái)控制，只能通過(guò)操作經(jīng)驗(yàn)進(jìn)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(duì)既有線鐵路進(jìn)行整治的過(guò)程中，是不能影響鐵路線正常運(yùn)營(yíng)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(yīng)用于此類施工當(dāng)中的封口方法是用止?jié){球封口，其目的是防止在注入過(guò)程中漿液從孔扣噴出，但是這種方式只局限于小孔，孔徑過(guò)大時(shí)無(wú)法滿足使用條件。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種注漿設(shè)備，

本發(fā)明的另一個(gè)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(duì)路基加固的問題。

本發(fā)明技術(shù)方案如下：一種注漿設(shè)備，包括高壓注漿機(jī)，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(guò)加長(zhǎng)螺釘依次連接。

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

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

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述土工袋由依次設(shè)置的外層布、隔水板、內(nèi)層布?jí)褐贫伞?/p>

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述隔水板的厚度為0.3mm—0.6mm。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述土工袋采用回轉(zhuǎn)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(nèi)；

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(guò)管路和高壓注漿機(jī)連接；

c、注漿：將水和水泥攪拌均勻，打開排氣閥，啟動(dòng)高壓注漿機(jī)進(jìn)行注漿，當(dāng)排氣閥溢出漿液時(shí)，關(guān)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(shí)記錄壓力表讀數(shù)和控制注入量，完成注漿。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，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(jìn)一步改進(jìn)，所述步驟中a成孔施工中，成孔角度以水平向?yàn)榛鶞?zhǔn)線為正負(fù)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(jìn)一步改進(jìn)，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(shí)下方采用直徑300mm，上方孔采用直徑200mm，注漿時(shí)先注下方孔后注入上方孔；所述步驟c注漿中，每次注漿時(shí)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(nèi)，線路與地基接觸界面之間的一定距離，按設(shè)計(jì)要求的位置、數(shù)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(duì)路基進(jìn)行加固，通過(guò)擠密和鉆孔的方法按設(shè)計(jì)要求的順序、擴(kuò)張速率、擴(kuò)張幅度逐步地豎向擴(kuò)張，使沉陷的路基抬升恢復(fù)至路基設(shè)計(jì)目標(biāo)值，實(shí)現(xiàn)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(guò)程，能夠確定和控制所注漿的體積以及準(zhǔn)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(lái)的危害。

附圖說(shuō)明

圖1為一種注漿設(shè)備的結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為另一種孔位的結(jié)構(gòu)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(shì)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(shì)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(shì)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(shì)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(shì)圖；

圖22為土工袋褶皺豎直布置的地形變化走勢(shì)圖；

圖23為土工袋褶皺水平與豎直布置的地形變化走勢(shì)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(biāo)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(zhǎng)螺釘，13-土工袋，17-高壓注漿機(jī)，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(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。

圖1示出了一種注漿設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖，包括高壓注漿機(jī)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(guò)加長(zhǎng)螺釘12依次連接并鎖死。

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

封口管1前后對(duì)稱設(shè)有抱箍11，封口管1與抱箍11之間設(shè)有橡膠墊。前后抱箍11之間通過(guò)緊定螺釘連接。通過(guò)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(shè)置的外層布、隔水板、內(nèi)層布?jí)褐贫伞?/p>

隔水板的厚度為0.3mm—0.6mm。土工袋13采用回轉(zhuǎn)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(shí)，將土工袋13按照加固方向的要求進(jìn)行褶皺放進(jìn)注漿孔2內(nèi)，開口端套裝在封口管1上，用抱箍11進(jìn)行鎖緊，大法蘭3端面和預(yù)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(guò)管路和高壓注漿機(jī)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(dòng)高壓注漿機(jī)17進(jìn)行注漿，當(dāng)排氣閥9溢出漿液時(shí)，關(guān)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(shí)記錄壓力表10讀數(shù)和控制注入量，完成注漿，注漿完畢對(duì)坡面進(jìn)行整理恢復(fù)。

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(jù)不同路基，選擇或組合使用。

成孔施工中，成孔角度以水平向?yàn)榛鶞?zhǔn)線為正負(fù)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(shí)下方采用直徑300mm，上方孔采用直徑200mm，注漿時(shí)先注下方孔后注入上方孔；所述步驟c注漿中，每次注漿時(shí)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(shí)施時(shí)，針對(duì)單線和雙線兩種不同情況下路基沉降和路基病害處進(jìn)行成孔，a區(qū)和c區(qū)屬于淺表層和“零路基”層，為通常機(jī)械設(shè)備無(wú)法到達(dá)的作業(yè)范圍。b區(qū)使用鉆機(jī)或旋噴機(jī)在可控制范圍內(nèi)進(jìn)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(shí)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(jìn)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(shè)備及其施工方法中針對(duì)既有線鐵路單線的施工方法，根據(jù)單線路基寬度進(jìn)行單向成孔施工，建議成孔角度：以水平向?yàn)榛鶞?zhǔn)線上下角度γ為正負(fù)5°角。

圖3示出了一種注漿設(shè)備及其施工方法中針對(duì)既有線鐵路雙線的施工方法，路基是雙線或者路基較寬時(shí)采用兩側(cè)對(duì)打孔方式，建議成孔角度：以水平向?yàn)榛鶞?zhǔn)線上下角度γ為正負(fù)5°角，然后進(jìn)行“二定注漿”，達(dá)到路基沉降和病害整治的目的。當(dāng)路基沉降較嚴(yán)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(shuō)明，實(shí)施時(shí)，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(shí)，暫停注漿，然后關(guān)閉排氣閥9；接著注入至所要控制的體積即可。此過(guò)程當(dāng)中，每次注漿時(shí)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(xiàn)場(chǎng)路基實(shí)際病害處進(jìn)行調(diào)整。

(2)圖4-圖5示出了兩種孔位施工組合方案和關(guān)于“先下后上”、“先上后下”注漿順序情況的說(shuō)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(shí)下方采用直徑300mm，上方孔采用直徑200mm，注漿時(shí)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(shí)下方采用直徑300mm，上方孔采用直徑200mm，注漿時(shí)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(guān)于土工布袋材料焊縫強(qiáng)度問題的說(shuō)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(guò)無(wú)損探傷監(jiān)測(cè)其密封性；

方案二、采用完整回轉(zhuǎn)連接，一次成型圓筒狀。

綜合現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)實(shí)際測(cè)試以及結(jié)果分析，建議使用方案二:采用完整回轉(zhuǎn)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(jié)構(gòu)對(duì)比，為了防止在擠密過(guò)程中徑向力過(guò)大破壞土工袋以及綜合考慮注漿深度和擠密程度，現(xiàn)給出如下方案見表1：(a)所示由外層布、隔水板、內(nèi)層布?jí)褐贫?，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(gòu)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(wú)內(nèi)、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(shù)參考

(5)土工袋放置方式：

當(dāng)褶皺方向處于豎直向時(shí)(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(dāng)褶皺方向處于水平向時(shí)(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(yàn)》

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(duì)比試驗(yàn)。以18#和36#為第一組對(duì)比，以19a和8#為第二組對(duì)比，再以第一組和第二組進(jìn)行對(duì)比。具體選擇見表2，表中材質(zhì)300/0.3/300表示外層布、隔水板、內(nèi)層布的厚度分別為300mm、0.3mm、300mm。材質(zhì)0/0.3/300表示無(wú)外層布，隔水板、內(nèi)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(jié)果：50cm定體定壓情況下，地表隆起嚴(yán)重、縱向裂縫寬、最大地表隆起位移達(dá)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(wú)縱向裂縫，地表最大點(diǎn)隆起2cm。結(jié)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(shì)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(shì)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(shì)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(shì)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(shuō)明地表變形走勢(shì)。分別表示18#、36#、19a、8#的地表變形走勢(shì)，表達(dá)先注上孔后注下孔以及先注下孔后注上孔對(duì)地表變形的不同影響。

通過(guò)上述圖說(shuō)明：

a、在相同壓力、相同土工袋長(zhǎng)度及材質(zhì)、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(hào)點(diǎn)變化幅度稍大以外，其余點(diǎn)變化范圍都在突米級(jí)。由圖(12)、(13)、(14)、(15)地表位移變化走勢(shì)圖中顯示，“先上后下”較“先下后上”地形走勢(shì)波動(dòng)明顯，地表變形嚴(yán)重。

1號(hào)點(diǎn)和2號(hào)點(diǎn)的說(shuō)明：在圖形上從端口算起，沿坐標(biāo)軸的正向點(diǎn)號(hào)分別為1、2、3、……16。兩條圖線分別計(jì)算。

b、36#、18#先下后上注漿情況下，地表無(wú)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(jié)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?yàn)椤跋认潞笊稀薄?/p>

三、關(guān)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(guò)未探傷焊接方式和結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)無(wú)損焊接方式的比較，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際注漿情況及地表位移變化圖，得出如果存在焊縫時(shí)，存在潛在風(fēng)險(xiǎn)，可能會(huì)由于焊縫質(zhì)量問題誘發(fā)土工袋露漿，注漿后整體強(qiáng)度不足等缺陷。

焊縫有損傷，強(qiáng)度不足會(huì)存在漏漿情況，土體強(qiáng)度補(bǔ)足量不足。因此，焊縫須經(jīng)無(wú)損探傷檢驗(yàn)。推薦使用的土工布袋為“零焊縫—整體成型”。

四、關(guān)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(shì)圖；圖22為土工袋褶皺豎直布置的地形變化走勢(shì)圖；圖23為土工袋褶皺水平與豎直布置的地形變化走勢(shì)圖。

在地質(zhì)條件相同、孔中心距地面高度相同、注漿袋材質(zhì)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(duì)地表位移的變形量影響較大，可以根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況確定褶皺方向或褶皺方向的組合，以期達(dá)到預(yù)想效果。