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无砟轨道结构注浆抬升技术
 

一、概述:

无砟轨道以其良好的整体性和稳定性在高速铁路建设中倍受青睐。我国无砟轨道地基、路基的工后沉降量较大,超过扣件的可调整范围,导致线路平顺性无法修复,只能采取限速的方式通过,严重影响了高铁的正常运营。

整体注浆抬升技术为这一难题的解决提供可能。

 

二、抬升原理:

对无砟轨道结构进行整体注浆抬升时,注浆材料通过专用注浆设备,在一定的注浆压力下,经注浆管注入到无砟轨道结构的级配碎石基床表层中,如图1所示。通过注浆材料和注浆压力形成的液压传动效应以及注浆材料的膨胀力实现对有砟轨道结构的抬升。其具体抬升过程可分为两个阶段,即填充挤密阶段和抬升填充阶段。

在填充挤密阶段,注浆材料从注浆管口流出后,在一定范围内对既有空隙,如支撑层与级配碎石间空隙或级配碎石内部空隙,进行填充、挤密,此时,轨道结构不被抬升。

在抬升填充节段,注入的浆体与注浆压力形成液压传动效应,同时,注入浆体在固化形成结构体的过程中发生体积膨胀形成一定的膨胀力,在两者的共同作用下,轨道结构得以持续、平稳地抬升。

 

三、注浆材料(瑞米注浆2号)

瑞米注浆2号是一种双组份化学注浆材料,其通过机械混合后,迅速发生凝胶化学反应,在较短的时间内形成固结硬化体,并可根据需要调整体积膨胀量。具有如下特点:

⑴ 施工环境适应性强:注浆材料是一种非水反应类材料,当环境温度>5℃时,其在空气、水中均能很好进行固化反应,具有较强的施工环境适应性。

⑵ 渗透扩散能力强、填充性好:在适当的注浆工艺下,其扩散直径可达5m以上,且自由膨胀比可达201,填充能力强。同时,上部结构的反压作用对填充范围的下部结构具有挤密、压实效果。

⑶ 充盈范围可控:注浆材料混合后,在较短的时间内发生液态向塑态、固态的转变。因此,通过控制相转变时间,可实现充填范围灵活调整,不需要设立帷幕来防止浆体外溢。

⑷ 密度小、重量轻,不增加结构荷载:注浆材料形成的结构体密度一般在100300kg/m3,远小于水的密度,基本不增加结构荷载。

⑸ 凝结硬化快、强度发展快:注浆材料15min内可达设计强度的90%以上,完全满足行车所需要的强度要求。因此,在轨道结构抬升后可及时恢复运营。

⑹ 体积稳定性好:注浆材料结构体形成以后,基本不产生体积收缩,且达到其破坏荷载的80%前,呈完全的弹性体性质,在疲劳和在作用下,基本不产生残余变形。

⑺ 耐久性好:高聚物注浆材料结构体具有较强的防水、抗冻、耐化学腐蚀性质,具有较好的耐久性。

 

 

瑞米注浆2号的性能指标:

项目

单位

数值

A组分密度

Kg/m3

1230

B组分密度

Kg/m3

1090

收缩率

%

0

膨胀率

20

初始反应时间

s

5

表面干燥时间

s

35

强度达到90%时间

min

15

膨胀力

psi

70

耐酸碱性

PH

310

 

四、注浆设备

    注浆设备主要有注浆机、发电机、空压机、注浆管等组成(如图2所示)

 

五、施工工艺:

1、施工准备:

1.1 结合施工量准备充足的原材料,并对原材料进行必要的检验,确保原材料质量;原材料硬密封并避免阳光直射。

1.2 主要施工设备及材料应运至指定地点。

1.3 多所有人员的分工进行再次确认,明确职责。

1.4 测量人员在需要修复的地段选取高程观测基点,并完成待修线路左右股轨面高程数据采集工作。

1.5 制定注浆抬升施工过程中各种记录表格,做好全过程的数据记录准备工作。

2、注浆孔位置确定:

根据无砟轨道结构钢筋布置图,确定钢筋位置,再进行注浆孔布置。注浆孔布置时应尽量避开钢筋、轨道、扣件、承载台、应答器、轨道电路等设施所在位置。

3、钻孔

采用电钻进行钻孔,钻头直径不宜大于30mm,钻孔后采用特制木塞对孔进行临时封堵,防止雨水进入轨道结构。

4、安装注浆管

将注浆管塞入形影的注浆孔中并拧紧,已备注将适用。

5、注浆抬升与监控作业

待注浆设备工作正常、注浆材料性能稳定后,按设定的注浆顺序、注浆节奏进行注浆抬升施工。注浆过程中,采用电子水准仪对左右轨道高程变化情况进行实时监测,采用全站仪对线路中线偏移情况进行实时监测,直到抬升高标抬升量后停止注浆。

6、拆除注浆管

在注浆完成后,应用专门设备将注浆管从注浆孔中拔出。

 

六、本技术与水泥基材料注浆技术优缺点对比(详见下表)

项目

本技术

水泥基注浆技术

注浆材料

15min可达到设计强度的90%

24h可达到设计强度的30%

注浆设备

小型、轻便

庞大、复杂

施工工艺

简单

复杂

物流量

小、组织灵活

大、组织繁琐

最大抬升量

最大可达100mm以上,可控

最大抬升有限,且切不可控

抬升量控制

精确可控,±2mm

精度难控制,且易造成线路偏移

对轨道结构影响

附加荷载对地基的影响

 
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