CN108360492A - 一种用于高速铁路无砟轨道路基土竖向取样的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于高速铁路无砟轨道路基土竖向取样的方法。通过专用的钻孔设备对无砟轨道上部结构进行钻孔，基于轨道上部结构的标准尺寸，当钻机钻至距离底座板(或支承层)底面3～5cm时，改用干钻的方法继续钻孔。钻孔完成后，将取土器放置到钻好的孔洞中，并与专用的锤击设备相连接，通过锤击设备上的重锤将取土器锤击到路基土中，锤击过程中根据取土器的位置及时更换连接杆。当取土器锤击到预定的位置后，撤除锤击设备，用管钳卡住取土器上的连接杆并将取土器旋转1～2周，使取土器内部土样与路基土分离，然后采用专用的压机将取土器顶***。通过对所取土样的分析，为我国高速铁路无砟轨道路基病害的机理研究及整治措施提供科学依据。

Description

一种用于高速铁路无砟轨道路基土竖向取样的方法

技术领域

本发明涉及一种用于高速铁路无砟轨道路基土竖向取样的方法，适用于我国高速铁路各种类型无砟轨道路基土的竖向取样分析。

背景技术

高速铁路路基是列车高速、平稳、安全运行的基础，随着列车车速的提高、车辆轴重的增加、运营量的增大以及极端天气(如强降雨、强降雪等)频发等因素，目前高速铁路路基病害(如路基翻浆冒泥、路基排水不畅)也日益突出。为了保证高速铁路快速、安全的运营，需要及时对高速铁路路基病害进行整治，因此需要提出相应的路基病害整治方案。只有明确了高速铁路路基病害的作用机理，才能提出合理、高效的整治方案，而明确路基病害机理最有效、最直接的方法就是对病害区的路基土进行取样分析。

对于我国高速铁路无砟轨道而言，无砟轨道的检修及作业都应满足相应的规定。一般情况下，检修及作业的天窗点最多只有4个小时，而有效的作业时间不足3个小时。同时上道作业对作业机具也有严格要求，作业机具应尽可能轻巧、便捷，且必须满足高速铁路无砟轨道的安全作业限高(小于2.8m)，而常规的地质钻探机具不仅体积庞大，而且重量也比较大，同时组装程序繁琐，钻探过程中容易对轨道结构造成伤害；另外常规的地质钻探取样工艺比较粗糙，不能实现对土样扰动的控制。如岩芯取样采用的是加水旋转钻孔取样，泥质土的取样采用的是静压法取样，这些取样工艺有的会对铁路路基土的取样有很大的影响，有的甚至是不能取出土样，因此常规的地质钻探几乎不能在高速铁路路基土的取样中实现，从而急需寻求一种既能结合高速铁路作业要求，又不影响行车安全的钻孔取样方法，这样才能够对高速铁路路基病害的机理进行透彻的分析，为路基病害的治理提供科学有效的依据。

发明内容

针对上述不足，本发明提供一种用于高速铁路无砟轨道路基土竖向取样的方法，该方法不仅充分考虑了高速铁路无砟轨道现场的检修及作业要求以及行车安全，同时还科学地考虑了取样方式对路基土体的扰动作用。通过采用锤击的取样方式，尽可能地取出完整且扰动较小的路基土样，为高速铁路路基病害作用机理的分析提供保证，进而提出科学、合理的路基病害整治方案。

本发明解决技术问题所采用的技术方案如下：一种用于高速铁路无砟轨道路基土竖向取样的方法，其特征在于，具体的包括如下步骤：

1)基于前期的现场调研，在已探明的路基病害区做好标记，并在轨道板或道床板上做好相应的取样标记；

2)上道作业前，必须按照高速铁路无砟轨道作业规范做好相应的准备工作，上道后先用钻机在轨道板或道床板上进行钻孔，钻穿后取出混凝土芯，然后继续钻孔，当钻头钻到距离底座板或支承层底面3～5cm时停止钻孔，取出混凝土芯，清理孔洞内的残余物，然后改用干钻的方法继续钻孔，将剩余3～5cm的底座板或支承层钻穿，然后取出混凝土芯；

3)固定锤击设备，将取土器放入钻好的孔洞中，通过重锤将取土器锤击到路基土中，锤击过程中需根据取土器的位置，及时更换连接杆，以避免重锤锤击到轨道板或道床板，更换连接杆后继续锤击取土器，直至取土器到达预定的位置；

4)取土器到达预定的位置后，撤除锤击设备，用管钳卡住取土器上的连接杆并旋转1～2圈，使取土器内部的土样与下部路基土分离，然后用专用的卡槽钳卡住取土器的连接杆，并用铁路上专用的压机将整个取土器顶***；

5)根据取土器所到达的最大深度来确定回填的填料，不同的土层应采用相应的填料进行回填并压实，回填到底座板或支承层底面时，改用速凝混凝土对轨道上部结构进行回填，尽可能的恢复原样；

6)重复步骤2)、3)、4)、5)，依次对其他标记点的位置进行取样并回填；

7)按照作业要求，检查并清点作业工具，安全有序地撤出作业区域。

进一步的，所述取土器的内径为90mm，保证2个最大粒径(45mm)的颗粒能够通过，避免取土器被卡住。

进一步的，所述锤击设备的最大高度不能超过2.8m。

进一步的，所述步骤2)中的钻机为水钻。

进一步的，所述步骤2)中，改用干钻的方法继续钻孔，将剩余3～5cm的底座板或支承层钻穿时，需撤除水钻用并干毛巾清理孔洞内的残余物，然后将空压机与水钻相连，通过空压机所产生的具有一定压强的空气将干钻过程中所产生的残渣吹排出来，避免干钻过程中发生卡钻。

本发明的有益效果如下：

1)本发明通过专用的钻机(水钻)在预先做好标记的位置进行钻孔，然后通过相应的锤击设备将取土器锤击到预定位置，实现对高速铁路路基土的取样。采用专用的压机将取土器顶***，通过对现场所取路基土样的分析，可直观地了解病害区土体的物理、力学性能及细颗粒的迁移路径和运移规律，为高速铁路路基病害的机理分析及整治方案提供科学的理论支撑。

2)轨道板(或道床板)及底座板(或支承层)的钻孔是重要的步骤，混凝土板的钻孔需要用到水钻，为了保证底座板(或支承层)以下基床表层(级配碎石层)的完整性，避免水钻的残余水对基床表层的含水率有影响，当钻头钻至距离底座板(或支承层)底面3～5cm时，停止钻孔，用干毛巾清理孔洞内的残余水，然后改用干钻法进行钻孔，即将空压机与水钻相连，通过空压机所产生的具有一定压强的空气，将干钻过程中所产生的残渣吹排出来，避免干钻过程中发生卡钻。

3)锤击取样是重要的步骤，锤击设备的最大高度应不能超过2.8m(高速铁路无砟轨道的安全作业限高)，取土器是与锤击设备配套的厚壁取土器，避免锤击过程中取土器发生劈裂效应。锤击过程中要注意及时更换连接杆，避免砸坏轨道板(或道床板)。取土器到达预定深度后，撤除锤击设备，先用管钳卡住连接杆并将取土器旋转1～2周，使取土器内的土体与路基土体分离，然后用专用的压机配合卡钳将取土器顶***。

4)取土器的内径为90mm，是根据基床表层最大颗粒粒径(45mm)来确定的，以保证两个最大粒径的颗粒能够通过。取土器是由两个半圆形钢管组成，两端通过螺纹与环刀和接头连接，环刀用钢材制作且经过淬火处理，以增强刀口的刚度。取土完成后，卸除取土器两端的环刀与接头，直接掰开取土器，对所取土样进行分析。

附图说明

图1为目前高速铁路无砟轨道上部轨道结构及路基横断面示意图；

图2为本发明实施例中锤击设备及取土器示意图；

图3为本发明实施例中锤击设备、取土器、轨道及路基结构的相对位置示意图；

图中：基床表层1、砂浆密封层2、底座板(或支承层)3、轨道板(或道床板)4、钢轨5、锤击设备支架6、重锤7、垫锤8、取土器9、取土孔洞10。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步的说明。

实施例1：

如图1所示，目前高速铁路无砟轨道上部轨道结构及路基结构是基床表层1上铺设底座板(或支承层)3，底座板(或支承层)3上铺设轨道板(或道床板)4，轨道板(或道床板)4上铺设钢轨5；基床表层1上覆盖砂浆密封层2，砂浆密封层2延伸至底座板(或支承层)3侧边缘。部分无砟轨道在底座板(或支承层)3和轨道板(或道床板)4之间铺设了CA砂浆层或自密实混凝土。对于高速铁路无砟轨道而言，铁路路基是列车高速、平稳、安全运行的基础，随着列车车速的提高、车辆轴重的增加、运营量的增大以及极端天气(如强降雨、强降雪等)频发等因素，目前高速铁路路基病害(如路基翻浆冒泥、路基排水不畅)也日益突出。为了保证高速铁路快速、安全的运营，需要及时对高速铁路路基病害进行整治，从而需要提出相应的路基病害整治方案。只有明确了高速铁路路基病害的作用机理，才能提出合理、高效的整治方案，而明确路基病害机理最有效、最直接的方法就是对病害区的路基土进行取样分析。对于我国高速铁路无砟轨道而言，无砟轨道的检修及作业都应满足相应的规定。一般情况下，检修及作业的天窗点最多只有4个小时，而有效的作业时间不足3个小时。同时上道作业对作业机具也有严格要求，作业机具应尽可能轻巧、便捷，且必须满足高速铁路无砟轨道的安全作业限高(小于2.8m)，而常规的地质钻探机具不仅体积庞大，而且重量也较大，同时组装程序繁琐，钻探过程中容易对轨道结构造成伤害；另外常规的地质钻探取样工艺比较粗糙，不能实现对土样扰动的控制。如岩芯取样采用的是加水旋转钻孔取样，泥质土的取样采用的是静压法取样，这些取样工艺会对铁路路基土的取样有很大的影响，甚至不能取出土样，因此常规的地质钻探几乎不能在高速铁路路基土的取样中实现，因此急需寻求一种既能结合高速铁路的作业要求，又不影响行车安全的钻孔取样方法，这样才能够对高速铁路路基病害的机理进行透彻的分析，为路基病害的治理提供科学有效的治理方案。

因此，本发明提供了一种用于高速铁路无砟轨道路基土竖向取样的方法，具体包括如下步骤：

1)基于前期的现场调研，在已探明的路基病害区做好标记，并在轨道板(或道床板)4上做好相应的取样标记，制定好相应的钻孔取样方案。按照高速铁路无砟轨道上道作业标准做好准备工作，上道后按照既定的取样方案进行取样工作；

2)采用专用的钻机(水钻)在已预先做好标记的位置进行钻孔。取土器9的内径为90mm，为了避免重锤7锤击时取土器9出现劈裂破坏，选择厚壁(约15mm)取土器9，因此需要选择直径相对较大的钻头(外径≥125mm)，保证取土器9不被卡住。固定钻机支架，开始钻孔，钻轨道板(或道床板)4时采用水钻，钻穿后取出混凝土芯。对于底座板(或支承层)5而言，在距离底座板(或支承层)5底面3～5cm之前，采用水钻进行钻孔，钻到相应位置后用撬棍撬断混凝土芯，然后取出混凝土芯。用干毛巾清理孔洞内的残渣及残余水，然后采用干钻的方法钻穿剩余的3～5cm的底座板(或支承层)5，将空压机与水钻相连，通过空压机所产生的具有一定压强的空气，将干钻过程中产生的残渣吹排出来，避免干钻过程中发生卡钻；

3)钻孔完成后，撤除钻孔设备，将锤击设备支架6固定好，取土器9放入已钻好的取土孔洞10中，垫锤8与取土器9的上端部相连接，重锤7通过引导杆与垫锤8相连接，重锤7通过拉索与锤击设备支架6上固定的滑轮连接，通过操控锤击设备支架6上的卷扬机来控制重锤7的下落高度，通过选择不同半径的卷扬机来控制每分钟重锤7的锤击次数。锤击过程中应根据取土器的位置及时更换连接杆，然后继续锤击，直至取土器9到达预定位置，如图2和图3所示；

4)取土器9锤击到预定位置后，撤除锤击设备支架6、重锤7、垫锤8及部分连接杆。先用管钳卡住取土器9上的连接杆并旋转1～2周，使取土器内部的土样与下部路基土分离，然后采用专用的卡槽钳卡住取土器9上的连接杆，最后用专用的压机将取土器9顶***，取土器9***后，及时对取土器9的两端进行封装处理；

5)根据取土器所到达的最大深度，对不同的土层，应采用相应的填料(级配碎石或A/B料)进行回填，回填过程中应用专业的击实设备来控制压实度，当回填到底座板(或支承层)5底面时，改用速凝混凝土对无砟轨道上部结构(轨道板(或道床板)4及底座板(或支承层)5)进行回填，尽可能地保证轨道及路基结构恢复原样；

6)重复步骤2)、3)、4)、5)，依次对其他标记点的位置进行取样并回填，尽可能地保证轨道及路基结构恢复原样。待所有作业完成后，按照高速铁路作业标准，检查并清点作业机具，安全有序地撤出作业区域。

Claims (5)

1.一种用于高速铁路无砟轨道路基土竖向取样的方法，其特征在于，具体的包括如下步骤：

1)基于前期的现场调研，在已探明的路基病害区做好标记，并在轨道板或道床板上做好相应的取样标记；

2)上道作业前，必须按照高速铁路无砟轨道作业规范做好相应的准备工作，上道后先用钻机在轨道板或道床板上进行钻孔，钻穿后取出混凝土芯，然后继续钻孔，当钻头钻到距离底座板或支承层底面3～5cm时停止钻孔，取出混凝土芯，清理孔洞内的残余物，然后改用干钻的方法继续钻孔，将剩余3～5cm的底座板或支承层钻穿，然后取出混凝土芯；

3)固定锤击设备，将取土器放入钻好的孔洞中，通过重锤将取土器锤击到路基土中，锤击过程中需根据取土器的位置，及时更换连接杆，以避免重锤锤击到轨道板或道床板，更换连接杆后继续锤击取土器，直至取土器到达预定的位置；

4)取土器到达预定的位置后，撤除锤击设备，用管钳卡住取土器上的连接杆并旋转1～2圈，使取土器内部的土样与下部路基土分离，然后用专用的卡槽钳卡住取土器的连接杆，并用铁路上专用的压机将整个取土器顶***；

5)根据取土器所到达的最大深度来确定回填的填料，不同的土层应采用相应的填料进行回填并压实，回填到底座板或支承层底面时，改用速凝混凝土对轨道上部结构进行回填；

6)重复步骤2)、3)、4)、5)，依次对其他标记点的位置进行取样并回填。

7)按照作业要求，检查并清点作业工具，安全有序地撤出作业区域。

2.根据权利要求1所述的用于高速铁路无砟轨道路基土竖向取样的方法，其特征在于，所述取土器的内径为90mm。

3.根据权利要求1所述的用于高速铁路无砟轨道路基土竖向取样的方法，其特征在于，所述锤击设备的最大高度不能超过2.8m。

4.根据权利要求1所述的用于高速铁路无砟轨道路基土竖向取样的方法，其特征在于，所述步骤2)中的钻机为水钻。

5.根据权利要求4所述的用于高速铁路无砟轨道路基土竖向取样方法，其特征在于，所述步骤2)中，改用干钻的方法继续钻孔，将剩余3～5cm的底座板或支承层钻穿时，需撤除水钻用并干毛巾清理孔洞内的残余物，然后将空压机与水钻相连，通过空压机所产生的具有一定压强的空气将干钻过程中所产生的残渣吹排出来，避免干钻过程中发生卡钻。