岩盐铁路路基施工工法(含工艺流程图)

'岩盐铁路路基施工工法中铁XX局集团有限公司1.前言XX铁路西格二线应急工程K720+500～K752+600段，全程约32Km，线路通过XXX盐湖（海拔2675米），湖区绝大部分地区已经干涸，干涸部分岩盐露出地表。岩层内蕴藏高浓度的晶间卤水，晶间卤水距地表深0.4～0.8m，矿化度一般为310～440g/L。铁路线路经过处岩盐层最厚达23m，湖心北端较薄。岩层底部为砂粘土、粘砂土弱隔水层，隔水层下为粉细砂低矿化度承压水（矿化度一般为50～180g/L），由于北端岩盐层下隔水层较薄，隔水性能较差，低矿化度承压水沿隔水层上冒，溶蚀岩盐，在线路经过处约3km区段范围内形成溶塘、溶沟及溶洞等特殊的地质现象。通过对既有XX铁路（西宁至格尔木段）XXX盐湖地段岩盐路基病害进行观察总结，主要病害特征表现为：岩盐溶蚀导致的路基沉降、翻浆冒泥，“盐胀”导致路基边坡开裂等现象。如何解决在盐层上修筑铁路的复杂技术问题，才能有效地解决此特殊地质对路基的影响；如何控制岩盐路基变形,保持其稳定性，防止线路下沉、路基翻浆、边坡开裂等病害的发生，也是需要解决的施工难题。针对盐湖地段铁路路基施工的技术难题分析研究，最终确定采用岩盐作为路基本体填料，路基表层及边坡采用复合土工膜与中粗砂保护层结合、排水沟与拦水坝和蒸发池结合的“岩盐铁路路基施工工法”，有效地解决了盐湖地段铁路路基填料取用困难的难题，保证了岩盐铁路路基的安全稳定，取得了良好的经济效益和社会效益。该科研成果于2008年6月通过青海省科技厅组织的科技成果鉴定，其关键技术达到国内领先水平，具有较好的社会经济、环保节能效益；并于2009年2月获中国铁道建筑总公司科学技术进步三等奖，实践证明，该工法行之有效，可在类似工程中推广应用。2.工法特点2.1路基本体填筑岩盐，解决了普通路基填料的匮乏问题，有效地节约了施工成本，降低了工程造价。2.2岩盐路基本体利用复合土工膜包裹，外部结合路基排水沟、拦水坝、蒸发池的隔排水施工方法，有效地解决突发洪水和人为原因对岩盐铁路路基的危害，保证了路基的长期安全和稳定。2.3采用路基本体以岩盐填筑的工法施工，减少了因大量土石方开采、运输等带来的对XX高原生态环境破坏，对高原的生态环境起到了一定的保护作用。2.4采用岩盐填筑路基，就地取材，避免了远距离运输填料等环节，有利于缩短施工工期。3.适用范围适用于岩湖地区水文地质条件下，路基下无较大的上升泉的岩盐铁路路基工程施工。4.工艺原理盐湖湖区北端因低矿化度承压水造成路基基底岩盐溶蚀，形成岩盐溶洞，针对不同发育程度，分别以溶洞填塞、挖除换填、碾压挤密来保证路基基底有足够的承载力，以路基基底表面铺设复合土工膜隔断承压水、毛细上升泉对岩盐路基本体的侵蚀，将岩盐填筑的路基本体包裹起来，阻断外部来水，消除淡水或非饱和卤水对路基本体岩盐的溶蚀危害，保持岩盐路基的稳定性。在非岩溶地段，上部岩盐无溶蚀现象，具有良好的隔水性能，仅对岩盐表层进行破碎并分层碾压至要求的密实度。8 针对岩盐易溶于水的特性，在施工中采用洒饱和卤水碾压，在路基基床表层与两侧路基边坡及坡脚以下1.0m范围内铺设复合土工膜，将岩盐填筑的路基本体包裹起来；将岩溶地段边坡铺设的复合土工膜与路基基底铺设的复合土工膜搭接，将岩盐路基本体全断面包裹起来；在岩盐路基外部采取拦水坝、排水沟、蒸发池结合排离地表水等技术，从而保证了路基的稳定性。5.施工工艺流程及操作要点5.1施工工艺流程（见图5.1）第一层15cm（边坡50cm）厚中粗砂铺设碾压铺设复合土工膜第二层30cm中粗砂铺设碾压路基边坡及坡脚以下1.0m范围铺设0.5m中粗砂、0.5m岩盐填料及施工用水选择中间检验后续路基填筑施工准备路基本体填筑验收路基本体填筑岩盐基底报检基底处理图5.1岩盐铁路路基施工工艺流程框图5.2操作要点5.2.1路基填料和路基施工用水的选择通过查阅相关资料，并对岩盐进行化学分析和物理力学试验、承载力试验、降水试验及平衡试验(岩盐溶解性试验)，以及岩盐固结度对力学性质的影响、含泥量对岩盐强度的影响、湿度对岩盐抗压强度的影响等试验，得出XXX盐湖岩盐的特性：表层有0.3～0.5m的盐壳，坚硬，含少量粉砂及豁性土，其下盐质较纯，有较好的结晶。其组成成分主要为易溶盐，化学成分以NaCl8 为主，无色透明或白色，晶粒粒度上部为细粒，中部为中粗粒，局部含石膏、碳酸盐及光卤石。孔隙率在19.8%～47.8%。干密度在1.53g/cm3～1.74g/cm3。试件抗压强度700～2000KPa，最高超过5000KPa，最低为400KPa。经承载力试验，确定岩盐基本承载力σ。=127～193KPa，岩盐有足够的物理力学强度，可以作为路基填料。在现场试验段取地表0～6m盐壳岩盐做压实试验，最佳含水量7.8%，最大干密度1.85g/m3，可达到铁路路基要求的最高压实标准。因此，路基填筑的岩盐可取用地表0～6m岩盐或盐湖开发废弃岩盐。岩盐绝大部分的组分是易溶盐，因此，表现为溶解度大和溶解速度快的特点。通过查阅相关资料和试验得出结论，XXX岩湖岩盐的溶解度达301～344g／L，经检测湖区内凡地表出露或地下潜水（晶间卤水）绝大部分都达到饱和状态，均可以用作岩盐路基施工用水，对不饱和卤水可以采用人工修筑卤水池，利用纯净岩盐调制饱和卤水供路基施工使用。根据施工现场条件可就近选用任意一种作为岩盐路基施工用水。5.2.2路基基底处理1、岩盐溶洞区段盐溶是指由于低矿化度承压水注入岩盐地层产生溶蚀作用，从而形成各种形态洞穴的一种物理地质现象。XXX盐湖北端，新建西格二线铁路经过的K747～K750段，3km范围内，盐溶广泛分布。盐溶发生后，根据不同地段岩盐地层的表面形态和在岩盐层中形成的各种不同形态的溶洞和溶蚀小孔，可把盐溶分为：溶塘、溶沟，溶洞以及溶蚀小孔，其形成过程主要是岩盐被潜水、承压水侵蚀而形成的。盐溶区段铁路路基根据线路经过地段的岩盐厚度、岩盐结构的疏松或密实程度、以及岩盐溶蚀程度分段采取了不同的基底处理措施。第一区段：岩盐厚度小于1.0m，结构疏松，溶塘、溶隙发育，岩盐下部为流塑状土层。挖除全部岩盐，抛填1.0m片石进行重型碾压密实，夯填卵石土至地面标高，铺设15cm厚中粗砂垫层、复合土工膜、30cm厚中粗砂垫层碾压密实。第二区段：岩盐厚度1.0～3.5m，结构疏松，溶洞、溶孔发育，岩盐下部为可塑状土层，底层软弱。挖除全部岩盐，换填卵石土并进行重型碾压至地面标高，铺设15cm厚中粗砂垫层、复合土工膜、30cm厚中粗砂垫层碾压密实。第三区段：岩盐厚度3.5～9.5m，溶洞、溶孔发育，但岩盐结构致密。采取挖除地表层1.0m岩盐，查探溶洞及溶孔的位置，先用卵砾石填塞、捣实，再碾压挤密，然后逐层回填卵砾石土至地面标高，铺设15cm厚中粗砂垫层、复合土工膜、30cm厚中粗砂垫层碾压密实。对岩盐厚度大于9.5m，由于岩盐层下部隔水层逐渐增厚，岩盐结构致密且岩溶不甚发育的地段，铲除地表盐壳0.5m，查探溶洞、溶孔位置，先用卵砾石填塞、下灌、捣实，碾压挤密后，再逐层回填卵石土至地面标高，铺设15cm厚中粗砂垫层、复合土工膜、30cm厚中粗砂垫层碾压密实。基底溶洞、溶孔的探查采用钢钎插深、钻孔或其他物探手段认真探查，确定其具体位置，必要时可进行明挖探查，确实查清其规模后再进行处理。通过上述措施对岩溶地段铁路路基基底进行处理保证路基基底有足够的承载力，路基基底表面铺设复合土工膜隔断承压水、毛细上升泉对岩盐路基本体的侵蚀，保证了岩盐路基的稳定性。2、非岩盐溶洞区段第一层岩盐隔水顶板变厚和隔水性能较好，低矿化度承压水埋藏深，含水层厚度减薄或尖灭，对上部岩盐无溶蚀现象，其力学强度和密度等都能满足路基稳定性要求，经试验，盐壳经压实后，是很好的毛细隔断层，因此，在这种特殊的荒漠性气候条件下，对这段路基基底未作特别处理，仅对岩盐表层进行破碎并分层碾压至要求的密实度。5.2.3岩盐路基的修筑在大规模施工前，先进行试验路段的岩盐填筑试验，取地表0～6m范围内的岩盐作为填料进行填筑，在铺设第一层岩盐后用20t震动压路机静压一遍，按照最佳含水量控制匀洒卤水，待30分钟左右卤水完全渗透入岩盐后，再进行一遍强振一遍弱振两遍静压，经检测压实效果良好，地基系数K30可达到≥8 190MPa/m、孔隙率<18%的压实指标要求。如果通过晾晒，岩盐路基水分蒸发，岩盐经脱水，其强度还会随之提高。路基本体用岩盐填筑，先用破碎机械将岩盐块破碎成粒径小于15cm的盐块，然后分层填筑，每层松铺厚度控制在30cm范围之内。5.2.4复合土工膜的铺设施工工艺1、复合土工膜材料质量检测复合土工膜材料质量必须符合《土工合成材料非织造复合土工膜》(GB/T17642-1998)要求。其各项指标均要求符合标准规定和设计要求（质量不小于700g/m2，顶破强度大于2.5KN）。2、路基工作面的清理平整场地，清除一切尖角杂物，铺设中粗砂垫层，中粗砂垫层要求级配良好，含泥量不得大于5%，并不得有垃圾、杂物；路基边坡欠坡应回填夯实、富坡削坡后经监理检查验收。3、铺设复合土工膜岩盐路基填筑完成后，全断面以复合土工膜进行隔水处理，路基每侧加宽1.5m，边坡自外向里分别设0.5m岩盐、0.5m中粗砂保护层、复合土工膜、0.5m中粗砂保护层；路基面从上至下依次设0.30m厚中粗砂、复合土工膜、0.15m中粗砂；岩溶区段在路基基底换填顶面亦从上至下依次设0.30m厚中粗砂、复合土工膜、0.15m中粗砂，将基底铺设的土工膜与边坡铺设的土工膜搭接并锚固（见图5.2.4-1路基横断面示意图）。路基边坡部分的岩盐、中粗砂采用人工夯实处理，路基边坡夯填岩盐粒径应小于5cm。在新建路基与既有线并行地段，须在既有线路基旁边做帮宽施工时，填筑过程中既有线路基边坡应挖台阶，复合土工膜应铺至既有线路基内不小于0.5m。铺设应在干燥和暖天气进行，为了便于拼接，防止应力集中，复合土工膜铺设采用波浪形松驰方式，富余度约为1.5%，摊开后及时拉平，拉开，要求复合土工膜与路基面吻合平整，无突起褶皱，施工人员应穿平底布鞋或软胶鞋，严禁穿钉鞋，以免踩坏复合土工膜。施工时如发现复合土工膜损坏，必须及时修补。复合土工膜的的拼接采用搭接的方式，按照横向排水坡或路基纵向坡度将高处一幅搭接于低处一幅之上，横向搭接宽度不小于30cm，纵向搭接长度不小于2m。图5.2.4-1路基横断面示意图4、复合土工膜的锚固复合土工膜两端锚固于地表以下大于1.0m深度土层内，在既有线并行地段，靠近二线一侧锚固于二线路基台阶垂直面，锚固高度30cm。5、复合土工膜施工工艺流程8 在复合土工膜铺设前，既有路基开挖面修整完毕，平整度、压实度均达到设计要求并经监理工程师验收合格后方可进行复合土工膜的铺设，复合土工膜铺设的工艺流程如下图（图5.2.4-2）：施工准备复合土工膜铺设复合土工膜拼接中粗砂垫层铺设保护层铺设验收复合土工膜厂内裁剪质量检验图5.2.4-2复合土工膜铺设的工艺流程图5.2.5岩盐路基设置永久排水设施在岩盐路基地段做好施工期间的临时排水、永久排水设施。在岩盐路基施工前，结合永久排水设施先布置开挖临时排水沟，将地表水排离路基施工范围；路基填筑期间，每层路基面按照设计要求做好路拱、横坡，保证施工期间的路基面排水；永久排水设施根据地形、地势情况设置纵、横排水沟将地表水排至远离路基的桥涵或低洼地带，无处排水时在适当位置设置蒸发池，将水排入蒸发池，利用当地蒸发量远远大于降水量的气候特点进行蒸发处理；在路基地势比较低洼地带，利用排水沟结合挡水捻排出、拦截地表水。5.3施工注意事项5.3.1岩盐填料应破碎后摊铺，必须洒饱和卤水碾压，严禁洒淡水。5.3.2必须确保复合土工膜的铺设质量，全面、严密地包裹岩盐路基，路基面与边坡铺设复合土工膜须连接严密，顺坡面铺设土工膜，上下搭接，边坡铺设复合土工膜下端埋入地面下不小于1.0m，防止淡水进入岩盐路基；铺设复合土工膜的土层表面必须平整，在复合土工膜上层填土（30cm）采用轻型机械碾压或人工夯实。复合土工膜铺设后及时填筑填料，严禁长时间暴晒。5.3.3岩盐路基适合在干旱、蒸发量大的地区施工，施工时气温较高时（25℃～30℃）有利于岩盐填料中的水分蒸发而快速提高其强度，有利于缩短施工周期。5.4劳动力组织（见表5.4）表5.4劳动力组织情况表序号单项工程所需人数工作内容1管理人员5施工组织2技术人员5测量、技术管理8 3试验工4压实试验4岩盐及中粗砂填筑施工45材料运输、路基碾压5复合土工膜铺设15铺设土工膜、铺设中粗砂垫层6普工10整平路基面、整修边坡6.材料与设备6.1主要材料（见表6.1）表6.1主要材料表序号材料名称材料规格用途1复合土工膜700g/m2隔水防护2中粗砂0.35～5mm复合土工膜垫层3饱和卤水岩盐路基施工用水4岩盐粒径小于15cm岩盐路基填筑施工6.2本工法不需要采用特殊的机械设备，采用普通路基施工中常用的机械设备即可，详见机具设备表（见表6.2）表6.2主要设备表序号设备名称设备型号单位数量用途1挖掘机小松PC220台2挖装填料2挖掘机大宇DL220台2挖装填料3装载机ZL50t台2装填料4压路机柳工YZ20台4碾压路基5洒水车东风15t台2路基洒水6自卸汽车康明斯15t台30拉运填料7推土机柳工300台4整平路基8平地机柳工250台2整平路基9冲击夯HCD70B电动台10边坡夯实10破碎锤KH150S台2破碎岩盐7.质量控制7.1施工过程严格按照《铁路路基工程质量验收标准》（TB10414-2003）进行质量控制。施工前应进行岩盐填筑路堤施工工艺试验，确定摊铺厚度、最佳含水量、洒卤水量、碾压遍数等施工参数，参照标准（参见表7.1）要求分压实区段进行试验、检测。表7.1岩盐路基压实标准表部位地基系数K30（MPa/cm）空隙率n（%）填料种类基床表层1.9<18中粗砂、A组填料基床底层1.9<18岩盐基床以下路堤1.9<18岩盐7.2路基填筑前，严格针对不同的地基地质情况对基底进行处理，报检合格后方可进行填筑施工。7.3路基填筑应采用分层填筑，填筑厚度经现场试验确定每层不大于30cm。整平后洒卤水碾压密实，严格实行层层报检制度，通过地基系数K30和孔隙率双指标控制路基压实度。未经检测或检测不合格者严禁进入下一层施工。8 7.4路基施工用水严格定期检验制度，确保施工用卤水达到饱和状态。7.5填筑岩盐时，采用洒卤水施工，填筑表层中粗砂时采用洒淡水施工，并严格控制用水量，避免淡水通过其他途径进入岩盐路基中，填筑岩盐过程中严禁洒淡水。7.6复合土工膜铺设完成后，必须经过详细检查其是否破损、搭接完整、锚固到位；如果复合土工膜破损，在破损处必须采用大于2倍破损面积的复合土工膜进行修补。7.7施工过程中严格遵守岩盐路基施工工艺施工。8.安全措施8.1认真贯彻“安全第一，预防为主”的方针，根据国家有关规定、条例，结合施工单位实际情况和工程的具体特点，组成专职安全员和班组兼职安全员以及施工人员组成的安全生产管理网络，执行安全生产责任制，明确各级人员的职责，抓好工程的安全生产。8.2施工现场按符合防火、防风、防雷、防机械事故、防洪、防触电等安全规定及安全施工要求进行布置，并完善布置各种安全标示。8.3各类房屋、库房、料场等的消防安全距离应做到符合公安部门的规定，室内不堆放易燃品；严禁在材料场、库房等处吸烟，随时清除现场的易燃杂物；不在有火种的场所或其旁堆放油料等生产物资。8.4施工现场的临时用电严格按照《施工现场临时用电安全技术规范》（JGJ46-2005）的有关规范规定执行。8.5既有线旁边施工，严格按照《铁路既有线施工安全技术操作规程》执行。并制定适合现场施工的具体安全措施和安全交底，确保既有线运营的安全和施工人员、机械设备的安全。8.6建立完善的施工安全保证体系，加强施工作业中的安全检查，确保作业标准化、规范化。9.环保措施9.1在距离盐湖地区1km以外设置施工驻地，施工驻地应集中安置。9.2成立对应的施工环境卫生管理机构，在施工过程中严格遵守国家和地方政府下发的有关环境保护的法律、法规和规章制度，加强对施工燃油、工程材料、设备、废水、生产生活垃圾的控制和治理，遵守有防火及废弃物处理的规章制度，随时接受相关单位的监督检查。9.3将施工场地和作业限制在工程建设允许的范围内，合理布置，做到标牌清楚、齐全，各种标示醒目，施工场地整洁文明。9.4对施工场地内的填料运输车辆采取有效遮盖措施，防止尘土飞扬，污染周围环境。9.5施工便道合理规划，尽量减少临时用地面积，施工机械车辆严格控制在便道上行驶或按照规定路线行驶，不允许随意碾压植被。9.6取弃土场必须到设计或当地政府环保部门和盐湖开发管理机构指定的位置取弃土，严禁乱挖乱倒。9.7生活用水和施工用淡水（机械用水）做到统一规划处理，严禁任意排放。10.效益分析在盐湖地区，本工法与路基施工常采用的普通路基填料填筑路基的施工方法相比较，优势明显。10.1XX线西格二线应急工程XGTJ-05标段，采用本工法就地取材利用岩盐填筑路基，相对于利用普通填料填筑路基，可缩短土方运距30km，按照0.8元/m3.km的运输单价计算，扣除复合土工膜、中粗砂垫层工程费用，每立方米可降低成本6元，6*=元，根据计算结果，节约工程成本180多万元；青海盐湖集团钾肥项目铁道专用线二期工程，减少资源消耗，节约施工成本200多万元。10.2本工法具有就地取材，降低施工成本，缩短施工工期，8 实现了标段工程在全线第一个建成并开通使用，受到业主及监理单位一致好评，经济、社会效益显著。10.3本工法可减少大量的土方开采运输，路基填筑的岩盐可利用地表0～6m岩盐或盐湖开发废弃岩盐，避免破坏生态植被，对高原生态环境起到了一定的保护作用。11.应用实例11.1改建铁路XX线XX至XX段增建二线应急工程XGTJ-05标段，起讫里程为K697+000～K810+900，线路全长113.9km，其中K720+500～K752+600段位于XXX盐湖区，沿线岩盐路基、风沙、冻害、水害等不良地质现象及自然灾害广泛分布，施工难度大。我单位于2005年9月25日开工，于2006年6月26日完成工程的整体施工任务并通过铁道部验收。西格二线应急工程XXX盐湖路基工程施工在工期紧，任务重的情况下应用本工法施工，攻克了盐湖地段的路基施工难题，在该工程建设的5个标段中，实现了第一个提前完成、率先开通的目标。保证了工期和工程质量，降低了工程造价，取得了良好的社会效益。2006年7月1日通车运营后，通过对在路基两侧设置的路基基桩进行观测，路基工后沉降满足现行《铁路路基工程施工质量验收标准》（TB10414-2003）要求。图11西格二线铁路应急工程XGTJ-05标段岩盐铁路路基效果图11.xxxx集团钾肥项目铁道专用线二期工程，位于XXX钾肥厂湖区，从既有湖区Ⅰ场接轨，增建湖区Ⅱ场，中间联接线2.1km路基及湖区站场路基工程共10.9万m3，全施工段在岩盐地区施工，地表饱和卤水丰富。此工程于2006年4月开工建设，于同年10月10日竣工，采用本工法施工，顺利完成施工任务，得到甲方单位的好评。11.3应用说明若在类似地质环境参考该工法施工时，务必注意以下几点，才能确保路基的长期稳定。11.3.1路基下无较大的上升泉。11.3.2路基使用的土工膜应具有良好的不透水性和良好的透气性；复合土工膜铺设后及时填筑填料，严禁长时间暴晒。11.3.3填筑路基边坡部分的岩盐大小宜小于5cm，有利于夯实。11.3.4岩盐填料应破碎后（粒径小于15cm的盐块）摊铺，必须洒饱和卤水碾压，严禁洒淡水。8'