CN109837811A - 一种用于路基段无砟轨道横向纠偏的反力结构及其制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于路基段无砟轨道结构的横向纠偏反力结构及制作方法，用于解决运营线路无砟轨道结构的横向偏移问题，充分利用线路的特点，实现天窗点内进行横向纠偏的目的。其方法包括如下步骤：钻孔、安装注浆管、封孔、注聚氨酯改性水泥浆、拆除进气管、安装箍筋、立模具、浇筑混凝土，形成反力结构。本发明具有结构简单、适用空间范围广、对路基结构破坏小、结构反力大的特点，能够满足运营线路路基段无砟轨道结构横向纠偏的需要。

Description

一种用于路基段无砟轨道横向纠偏的反力结构及其制作方法

技术领域

本发明属于高速铁路无砟轨道结构养护维修领域，可以利用天窗时间进行反力结构制作，反力结构对路基基础的扰动小，为路基段无砟轨道结构横向纠偏提供了一种有效的反力支撑，该方法可适用于路基段各种类型无砟轨道结构，也可适用于民用建筑工程、公路工程反力结构的设计。

背景技术

近年来我国高速铁路迅猛发展，已经初步建成了“四纵四横”高速铁路网，截止2017年 底，运营高铁里程达2.5万公里，高速铁路建设正朝着“八纵八横”高速铁路网迈进。高速 铁路具有高平顺性和高稳定性的特点，为实现这一目的，我国高速铁路线路普遍采用了无砟 轨道结构，相比其他轨道结构，无砟轨道结构具有整体性强、稳定性高和耐久性好的特点。 然而，我国地质条件种类繁多，环境条件复杂多变，运营线路部分路基地段无砟轨道结构出 现了偏移病害，影响了线路的平顺性，导致部分路段高速列车不得不限速运行。为解决路基 段无砟轨道结构偏移病害，恢复线路的平顺性，需要对无砟轨道结构进行纠偏作业，由于无 砟轨道为钢筋混凝土结构，刚度较大，欲实现对其纠偏作业，必须提供足够大的纠偏反力。 高速铁路路基分为填筑式路堤和开挖式路堑两种结构，并且线路上方有接触网，作业空间十 分有限，旋喷桩、锚杆静压桩、锚索反力墙等大型反力结构难以在现场实施，因此，能否建 立合适的反力结构是顺利实施无砟轨道结构纠偏作业的技术关键和技术难点。本发明结合无 砟轨道结构线路特点，在路基顶面，线路的外侧，采用对路基本体扰动小的小孔钻孔注浆技 术进行注浆，注浆管既起到了注浆作用又起到了抗拉拔作用，采用聚氨酯改性水泥基注浆材 料进行注浆，通过合理优化注浆管的出浆孔，使注浆材料与路基本体完全固结为一体，与注 浆管一起形成了高强锚碇，注浆管露出地面部分通过快硬高强混凝土形成反力墩，并且前两 排注浆管采用了斜孔钻孔设计，注浆管深埋入无砟轨道结构下方的路基中，充分利用无砟轨 道结构的自重给锚碇增加压向荷载，大大增加了注浆管的拉拔力，后两排采用直孔钻孔设计， 用于承受反力时产生的巨大压应力，确保反力结构在承受反力时不移动，不失稳。由上述内 容可知，本发明提供的这种操作简单、稳定性高，且能提供巨大支撑反力的反力结构，可用 于运营线路高速铁路无砟轨道结构的横向纠偏作业中，同时注浆材料对路基本体也起到了加 固作用，提高了路基的稳定性。本发明可用于路基段各种类型无砟轨道结构的纠偏作业，也 可适用于民用建筑工程、公路工程的反力结构中。

发明内容

本发明的目的在于提供一种路基段无砟轨道横向纠偏反力结构，该反力结构主要借助注浆形成的锚碇提供反力，具有结构反力大，对路基本体损伤小的特点，且适用空间比较灵活，能够满足运营线路无砟轨道结构横向纠偏的需要，能够适用于各种无砟轨道结构，同样也可适用于民用建筑工程、公路工程等纠偏作业工程。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案，一种用于路基段无砟轨道横向纠偏的反力结构及制作方法，由下述步骤组成：

（1）采用潜孔钻或凿岩机进行注浆孔钻孔，注浆孔直径为30mm，孔间距为300mm，沿线路方向分4排，第一排孔距离无砟轨道结构300mm，靠近线路的两排孔为斜孔，远离线路的两排孔为垂直孔，前后两排孔之间呈梅花形布置，斜孔与水平方向呈45°斜向线路中心，钻孔深度为3m，直孔钻孔深度为2m；

（2）注浆管安装在注浆孔中，注浆管外径为25mm，注浆管底部为锥形，管壁上设置出浆孔，上部设置有止浆阀，止浆阀被充气产生膨胀封堵注浆孔；

（3）向注浆管中注入低粘度高强度高模量膨胀型注浆材料，每一根注浆管的扩展直径可达500mm，注浆材料向四周渗透劈裂进入路基本体，并不同注浆管注浆后的浆液相互连接为一整体，形成注浆硬化锚碇；

（4）注浆管顶部露出路基表面长度为300mm，用直径为8mm的箍筋将露出注浆管连接在一起；

（5）注浆管四周立模具，浇筑早强快硬混凝土，混凝土浇筑厚度为320mm，形成反力墩帽。

所述的注浆管为无缝钢管，管壁上设置出浆孔，出浆孔直径为3mm，出浆孔呈螺旋形分布，出浆孔间距为150mm。

所述的注浆管上部设置止浆阀，长度为15cm，止浆阀为3mm厚的双层橡胶管，橡胶管与气管相连，橡胶管内鼓入空气产生体积膨胀，与周围土体形成良好密封。

所述的注浆材料为聚氨酯改性水泥基材料，水泥为超细水泥，比较面积为1000m²/kg~1500m²/kg，超细水泥用量为10%~40%，注浆材料粘度为50mPa.s~300mPa.s，注浆材料弹性模量为25GPa~40GPa，体积膨胀率2%~5%。

所述的注浆材料通过高压注浆设备注入路基中，聚氨酯渗透进入路基中形成交联网络，超细水泥与土体中水分发生化学反应，主要起增强作用，材料能够产生一定的体积膨胀压缩土体形成牢固整体，形成有机-无机复合的高强锚碇，形成锚碇的抗压强度可达40MPa以上。

所述的反力结构，每根斜向注浆管提供不小于5吨的反力，竖向注浆管提供不小于3吨的反力，注浆管的数量依据需要提供的反力进行设计。

所述的反力结构，墩帽尺寸不小于800mm*800mm*350mm，反力墩沿线路方向的间距不大于2m。

所述的无砟轨道横向纠偏的反力结构及其制作方法，单个反力墩可提供不小于100吨的反力，沿线路方向的反力墩群同时受力，每个反力墩可提供70吨的反力，反力墩的位移控制在2mm以内，对路基结构的影响小，可以在天窗时间内制作，能够满足路基段无砟轨道结构横向纠偏作业的需要。

发明特点及原理

本发明针对路基段部分区段无砟轨道结构的横向偏移现状，提出了一种用于运营线路无砟轨道结构的横向纠偏反力结构，该方法避免了开挖或钻桩基的方式设置反力结构对路基的破坏，利用浅孔注浆的原理，利用注浆管作为受力锚杆，利用注浆材料形成的锚碇提供反力，借助反力墩提供巨大的结构反力，确保无砟轨道结构横向纠偏的实施。

本发明的技术关键分为以下几个方面：

（1）采用低粘度聚氨酯改性水泥基材料注浆形成锚碇与注浆管注浆后形成锚杆相结合提供反力的技术。无砟轨道结构路基通常为高边坡路堤，反力结构设置十分困难，反力结构没有生根的地方，而且边坡受水平力路基很容易失稳，造成路基破坏，本发明采用打斜孔的方式，向线路中心打斜孔，采用高强无缝钢管注浆，注浆材料在路基中形成整体，起到锚碇作用，注浆管中充满注浆材料起到锚杆作用，借助无砟轨道结构的重力避免锚碇发生位移；

（2）采用聚氨酯材料与水泥基材料复合的技术思路，聚氨酯材料主要起到粘结和渗透作用，水泥基材料主要起到提高强度和弹性模量的作用，二者复合可以达到刚柔并济，提高抗拉拔强度，普通的水泥基注浆材料抗拉拔力相对较低，难以达到良好的效果；

（3）采用斜向注浆管和竖向注浆管相结合，斜向注浆管将水平推力转化为斜向拉力，竖向注浆管防止反力结构失稳，防止反力结构翻转；

（4）注浆管上设置出浆孔，在距底部为1.5m范围内注浆管上均匀分布出浆孔，浆液从出浆孔中高压注浆后，渗透进入周围土体达100mm以上，与周围路基土体形成一个整体；

（5）采用聚氨酯改性水泥基注浆材料，借助聚氨酯的强渗透性、强粘结性和水泥基材料的高强度和高模量，注浆材料形成的锚碇具有较高的稳定性；注浆材料具有较高模量，与注浆管形成牢固整体，使注浆管的抗弯强度和抗拉强度大幅提高；

（6）设置了充气橡胶止浆阀，橡胶气囊固定在注浆管上，注浆管安装到位后，对止浆阀充气，橡胶产生体积膨胀挤压周围土体，起到良好的密封作用。

综上所述，本发明设计结构合理，具有操作方便，适用空间灵活，提供结构反力大的特点，适用于天窗时间作业，能够使用路基段各种无砟轨道结构的需要，同样也能用于工业与民用建筑和公路工程有反力作业要求的工程。

附图说明

图1为反力结构示意图。

图2为反力结构布置平面图。

图3为反力结构制作工艺流程图。

附图标记说明：“1”为无砟轨道，“2”为斜向注浆管，“3”为竖向注浆管，“4”为反力结构，“5”为橡胶止浆阀，“6”为注浆硬化锚碇，“7”为路基，“8”为箍筋。

具体实施例

实施例1：

一种用于路基段常规区段无砟轨道结构横向纠偏的反力结构制作方法，该方法用于运营线路无砟轨道结构的纠偏作业，主要包括下述步骤：

步骤一：启动潜孔钻进行钻孔，钻孔直径为30mm，沿线路方向分为4排孔，每排孔之间呈梅花型布置，第一排和第三排为4根注浆管，第二排和第三排为3根注浆管，第一排孔距离无砟轨道结构300mm，靠近线路的两排孔为斜孔，远离线路的两排孔为竖向孔，斜孔与水平方向呈45°，斜向线路中心，钻孔深度为3m，直孔钻孔深度为2m；

步骤二：安装注浆管，先将斜向注浆管安装到注浆孔中，用空压机给止浆阀充气，止浆阀产生体积膨胀封堵出浆口，关闭进气阀；再以相同的方法安装竖向注浆管；

步骤三：连接注浆设备，向注浆管中注入聚氨酯改性水泥浆，注浆时，采用先四周，后中心的工艺，四周注浆管先注浆，先形成帷幕，中部注浆管再注浆，注浆比较饱满且能够牢固连接成一个整体，形成锚碇；

步骤四：反力墩之间的间距为2m，安装箍筋，立模具，浇筑混凝土形成反力墩。

按照上述步骤制作的反力墩，单个可达到承载力100吨，群墩承载时，提供的反力可达70吨以上。

实施例2：

一种用于道岔区无砟轨道结构横向纠偏的反力结构制作方法，该方法用于运营线路道岔区无砟轨道结构的纠偏作业，主要包括下述步骤：

步骤一：启动潜孔钻进行钻孔，钻孔直径为30mm，沿线路方向分为4排孔，每排孔之间呈梅花型布置，每排孔沿线路方向的长度为纠偏区段的长度，第一排孔距离无砟轨道结构300mm，靠近线路的两排孔为斜孔，远离线路的两排孔为竖向孔，斜孔与水平方向呈40°，斜向线路中心，钻孔深度为3m，直孔钻孔深度为2m；

步骤二：安装注浆管，先将斜向注浆管安装到注浆孔中，用空压机给止浆阀充气，止浆阀产生体积膨胀封堵出浆口，关闭进气阀；再以相同的方法安装竖向注浆管；

步骤三：连接注浆设备，向注浆管中注入聚氨酯改性水泥浆，注浆时，采用先四周，后中心的工艺，四周注浆管先注浆，先形成帷幕，中部注浆管再注浆，注浆比较饱满且能够牢固连接成一个整体，形成沿线路方向的锚碇；

步骤四：安装箍筋，立模具，浇筑混凝土形成连续反力墙。

按照上述步骤制作的反力墙，当千斤顶间距为2m时，同时承受荷载，反力墙为每个千斤顶提供的反力可达90吨以上。

以上所述，仅是本发明的较佳实例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。凡是依据本发明的技术实质对以上实施例作任何简单修改，等同变化和修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (8)

1.一种用于路基段无砟轨道横向纠偏的反力结构及其制作方法，所述反力结构包括注浆管、注浆硬化锚碇、箍筋和反力墩帽组成，通过反力墩帽将纠偏反力转化为注浆管注浆形成的硬化锚碇的抗拉拔力，所述反力结构特征及制作方法包括如下部分：

（1）采用潜孔钻或凿岩机进行注浆孔钻孔，注浆孔直径为30mm，孔间距为300mm，沿线路方向分4排，第一排孔距离无砟轨道结构300mm，靠近线路的两排孔为斜孔，远离线路的两排孔为垂直孔，前后两排孔呈梅花形布置，斜孔与水平方向呈35°~45°斜向线路中心，钻孔深度为3m，直孔钻孔深度为2m；

（2）注浆管安装在注浆孔中，注浆管外径为25mm，注浆管底部为锥形，管壁上设置出浆孔，上部设置有止浆阀，止浆阀被充气产生膨胀封堵注浆孔；

（3）向注浆管中注入低粘度高强度高模量膨胀型注浆材料，注浆材料向四周渗透劈裂进入路基本体，并相互连接为一整体，形成注浆硬化锚碇；

（4）注浆管顶部露出路基表面长度为300mm，用直径为8mm的箍筋将露出注浆管连接在一起；

（5）注浆管四周立模具，浇筑早强快硬混凝土，混凝土浇筑厚度为320mm，形成反力墩帽。

2.如权利要求1所述的反力结构，注浆管为无缝钢管，管壁上出浆孔直径为3mm，出浆孔呈螺旋形分布，出浆孔间距为150mm。

3.如权利要求1所述的反力结构，注浆管上部设置止浆阀，长度为15cm，止浆阀为3mm厚的双层橡胶管，橡胶管与气管相连，橡胶管内鼓入空气产生体积膨胀，与周围土体形成良好密封。

4.如权利要求1所述的反力结构，注浆材料为聚氨酯改性水泥基材料，水泥为超细水泥，比较面积为1000m²/kg~1500m²/kg，超细水泥用量为10%~40%，注浆材料粘度为50mPa.s~300mPa.s，注浆材料弹性模量为25GPa~40GPa，体积膨胀率2%~5%。

5.如权利要求1所述的反力结构，注浆材料注入路基中，每一根注浆管的扩展直径可达500mm，注浆材料向四周渗透劈裂进入路基本体，不同注浆管注浆后的浆液相互连接为一整体，聚氨酯组分形成交联网络，超细水泥与土体中水分发生化学反应，形成高强硬化锚碇。

6.如权利要求1所述的反力结构，每根斜向注浆管提供不小于5吨的反力，竖向注浆管提供不小于3吨的反力，注浆管的数量依据需要提供的反力进行设计。

7.如权利要求1所述的反力结构，墩帽尺寸不小于800mm*800mm*350mm，反力墩沿线路方向的间距不超过2m。

8.一种由权利要求1~7所述的无砟轨道横向纠偏的反力结构及其制作方法，单个反力墩可提供不小于100吨的反力，沿线路方向的反力墩群同时受力，每个反力墩可提供70吨的反力，反力墩的位移控制在2mm以内，对路基结构的影响小，可以在天窗时间内制作，能够满足路基段无砟轨道结构横向纠偏作业的需要。