盧浩

（南寧鐵路局科學(xué)技術(shù)研究所，工程師，廣西 柳州 545007）

巖溶又名喀斯特（Karst），是可溶性巖層（石灰?guī)r、白云巖、石膏、巖鹽等）以被水溶解為主的化學(xué)溶蝕作用，并伴隨以機(jī)械作用而形成溝槽、裂隙、洞穴，以及由于洞頂塌落而使地表產(chǎn)生陷穴等一系列現(xiàn)象和作用的總稱〔1〕。南寧鐵路局所轄鐵路地區(qū)大部分為喀斯特地貌，沿線巖溶病害分布廣泛，嚴(yán)重威脅運(yùn)輸安全。為此，南寧鐵路局科學(xué)技術(shù)研究所聯(lián)合相關(guān)單位，成立課題組，開展鐵路路基巖溶探測(cè)的研究，以利于對(duì)路基病害進(jìn)行治理與監(jiān)測(cè)。

1 探測(cè)方法

目前，探測(cè)路基巖溶的主要方法是鉆孔、人工開挖和物探方法。物探方法與其它2種方法相比較，克服了只能獲得隨機(jī)選取有限點(diǎn)地質(zhì)病害資料的局限性和成本高、工期長(zhǎng)、效率低等弱點(diǎn)，具有既可獲得沿路基中心線剖面連續(xù)的、詳實(shí)的地質(zhì)病害隱患資料，又可節(jié)省大量勘探費(fèi)用的特點(diǎn)。

所有物探方法均是利用探測(cè)介質(zhì)的物性差異來推斷、解釋介質(zhì)的地質(zhì)構(gòu)造情況。用于工程的物探方法主要有淺層地震法（包括反射波法及瑞雷波法）和電法（包括地質(zhì)雷達(dá)法及高密度電阻率法）2類。淺層地震法是利用介質(zhì)的波阻抗差異，而電法是利用介質(zhì)的電性差異。根據(jù)物理場(chǎng)的特性和原理，物探方法又可歸納為平面和體積勘探2類。淺層地震法歸屬于平面（即射線平面）勘探范疇，而電法歸屬于體積勘探范疇。淺層地震法是反映由激發(fā)點(diǎn)、接收點(diǎn)和射線構(gòu)成的平面內(nèi)的信息，具有較高的分辨率，適當(dāng)選擇觀測(cè)系統(tǒng)可獲取路基軸線下的地質(zhì)情況。而電法是反映發(fā)射點(diǎn)和接收點(diǎn)之間（或電極間）所構(gòu)成體積內(nèi)的綜合信息，可分辨物體的大小與總體積比有關(guān)，分辨率隨深度的增大而明顯降低，局部小范圍異常難以被探測(cè)。另外，由于道碴、軌枕、鋼軌的存在以及列車的運(yùn)行，嚴(yán)重影響電阻率法電極的埋設(shè)和在軸線上采集數(shù)據(jù)。綜合以上因素，課題組首選淺層地震法作為既有鐵路路基地質(zhì)病害隱患的主要探測(cè)方法。

2 現(xiàn)場(chǎng)探測(cè)

課題組在焦柳線巖溶病害較嚴(yán)重的地段主要以淺層地震反射波法對(duì)近5.5 km的線路路基進(jìn)行探測(cè)。為驗(yàn)證探測(cè)效果，還采用了瑞雷波法、高密度電阻率法進(jìn)行了比對(duì)探測(cè)〔2〕。

2.1 淺層地震反射波法探測(cè)

2.1.1 工作方法 根據(jù)既有鐵路的物探條件和探測(cè)目的，主測(cè)線（即反射波法測(cè)線）均沿鐵路軸線布置。選用SE2404EX多功能數(shù)字地震儀，采用100.0 Hz的高頻檢波器接收，震源采用頻率成份豐富的24磅大錘錘擊。

2.1.2 采集參數(shù) 記錄道數(shù)N取1，3，偏移距X0取6.5～20.0 m，道間距dx取1.0，3.0 m，激發(fā)間距ds取1.0，4.5 m，垂直疊加次數(shù)n取2～6，采樣間隔dt=0.5 ms，記錄長(zhǎng)度tl=500 ms，排列方式：非縱排列、縱排列。

2.1.3 探測(cè)結(jié)果 圖1為K1523+998～K1524+600路段淺層地震深度剖面。

圖1中，在測(cè)線深度剖面上，存在2組振幅較強(qiáng)、連續(xù)性較好的反射波同相軸。第1組反射波同相軸與第四系土層底板相對(duì)應(yīng)，反射波同相軸由2個(gè)相位構(gòu)成，相位數(shù)目變化不大，存在多處錯(cuò)斷或扭曲和能量迅速減弱現(xiàn)象，它們分別對(duì)應(yīng)于地下斷層（或裂隙、節(jié)理）和破碎帶（體）。第2組反射波同相軸對(duì)應(yīng)于基巖風(fēng)化層底板，由3～5個(gè)相位構(gòu)成，存在多處反射波同相軸錯(cuò)斷或扭曲或相位數(shù)目變化和雜亂反射現(xiàn)象及呈眼球狀特征，它們分別對(duì)應(yīng)于地下斷層（或裂隙、節(jié)理）和破碎帶（體）及巖溶或異常體。

2.2 比對(duì)探測(cè)情況瑞雷波法和高密度電阻率法探測(cè)的斷層和異常體的位置及范圍同淺層地震反射波法探測(cè)結(jié)果基本相符，這說明反射波法探測(cè)路基地質(zhì)病害隱患的有效性和可行性。但高密度電阻率法的范圍遠(yuǎn)比淺層地震深度剖面中的范圍要大，其分辨率也比反射波法低，尤其是深層，而且可視性也比淺層地震深度剖面差。這是由于高密度電阻率法屬體積勘探范疇，可分辨體積的大小與總體積比有關(guān)，分辨率隨深度的增大而降低。因此，局部小范圍異常難以分辨。

3 結(jié)果分析及應(yīng)用

課題組結(jié)合鐵路運(yùn)營(yíng)特點(diǎn)，根據(jù)有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，對(duì)探測(cè)結(jié)果進(jìn)行了分析，并對(duì)數(shù)據(jù)判讀標(biāo)準(zhǔn)及地質(zhì)病害進(jìn)行了分類分級(jí)，以對(duì)今后利用物探技術(shù)探測(cè)既有鐵路巖溶病害時(shí)，在結(jié)果判讀及病害分類分級(jí)上提供技術(shù)參照。

3.1 地質(zhì)病害的波場(chǎng)特征與地質(zhì)構(gòu)造分類

3.1.1 病害的地震波場(chǎng)特征分類 根據(jù)主測(cè)線地震波場(chǎng)特征（反射波同相軸錯(cuò)斷及扭曲、相位數(shù)目變化、雜亂反射及呈眼球狀特征）將斷層（或裂隙、節(jié)理）、破碎帶（或破碎體、異常體）和巖溶分為I，Ⅱ，Ⅲ類3種級(jí)別。不同的級(jí)別具有不同的波場(chǎng)特征。例如巖溶根據(jù)充填情況的不同，I，Ⅱ，Ⅲ類分別為空洞、疏散物充填和完全充填。其中I類巖溶的地震波場(chǎng)特征為反射波同相軸“眼球形”特征明顯，且頂板能量較強(qiáng)；Ⅱ類巖溶地震波場(chǎng)特征為反射波同相軸“眼球形”特征較明顯，且頂板能量較弱和巖溶中存在散射波。

3.1.2 病害的地質(zhì)構(gòu)造分類 參照《鐵路工程巖土分類標(biāo)準(zhǔn)》和有關(guān)規(guī)程、規(guī)范的規(guī)定，根據(jù)地質(zhì)情況的發(fā)育或破碎程度不同，將斷層（或裂隙、節(jié)理）、破碎帶（或破碎體、異常體）和巖溶分各為Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ類3種級(jí)別，分別對(duì)應(yīng)很發(fā)育（或極破碎）、發(fā)育（或破碎）、較發(fā)育（或較破碎）。不同地質(zhì)構(gòu)造級(jí)別都規(guī)定了利于劃分的基本特征。

3.2 地質(zhì)病害程度分級(jí)根據(jù)斷層（或裂隙、節(jié)理）、破碎帶（或破碎體、異常體）和巖溶的性質(zhì)，以及其埋深和共生情況，經(jīng)綜合分析推斷，由不良地質(zhì)體引起的病害隱患類型可歸納為四級(jí)：Ⅰ類—嚴(yán)重；Ⅱ類—較嚴(yán)重；III類—一般；Ⅳ類—輕微，并定義了各級(jí)別病害隱患的特征。見表1。

表1 地質(zhì)病害類型分級(jí)

續(xù)上表

3.3 分類分級(jí)在試驗(yàn)探測(cè)中的應(yīng)用實(shí)例

3.3.1 地震波場(chǎng)特征分類的應(yīng)用 在鐵路里程為K1525+695～K1525+715處，斷層F12反射波同相軸較明顯錯(cuò)斷，反射波同相軸的數(shù)目突然消失，根據(jù)地震波場(chǎng)特征分類可定為II類。圖2為K1525+200～K1525+800路段淺層地震深度剖面。

3.3.2 地質(zhì)構(gòu)造特征分類的應(yīng)用 由圖2可見，F(xiàn)12斷層寬度相對(duì)較大，內(nèi)裂隙（或節(jié)理）很發(fā)育（或由多組裂隙或節(jié)理構(gòu)成），雜亂，巖體呈碎石狀，定為Ⅰ類。

破碎帶P03無明顯反射波同相軸，且能量均勻，根據(jù)地震波特征可定為Ⅲ類。同時(shí)，P03破碎帶（或體）內(nèi)裂隙（或節(jié)理）發(fā)育，有一定規(guī)則，碎石角礫狀結(jié)構(gòu)，可定為I類。

3.3.3 地質(zhì)病害類型分級(jí)表的應(yīng)用 綜合3.3.1和

3.3.2的分析，鐵路里程K1525+695～K1525+715處，埋深較淺，且斷層F12和破碎帶P03共生，F(xiàn)12規(guī)模較大，根據(jù)表1，此處可定為Ⅰ類病害。

3.4 實(shí)測(cè)線路病害整治建議課題組對(duì)焦柳線巖溶嚴(yán)重地段（K1524+000～K1529+500）進(jìn)行了探測(cè)。根據(jù)探測(cè)結(jié)果，以及對(duì)病害隱患類型的分類、地質(zhì)及地貌資料、水文及氣象資料和鐵路特點(diǎn)綜合研究分析，課題組推斷該段路基存在如下26處病害隱患，并建議有關(guān)部門根據(jù)對(duì)病害的分類及鐵路相關(guān)規(guī)范和要求加以整治。

1）K1525+695～K1529+155段存在Ⅰ類特征的嚴(yán)重病害隱患3處，對(duì)行車安全的威脅較大。建議有關(guān)部門予以高度重視，采用鉆探方式進(jìn)一步確認(rèn)，獲取更準(zhǔn)確更全面的工程地質(zhì)和水文地質(zhì)資料，以便采取合理的方案及時(shí)整治。

2）K1524+180～K1525+020段存在Ⅱ類特征的較嚴(yán)重病害隱患3處，可能對(duì)行車安全構(gòu)成威脅，線路大修時(shí)應(yīng)納入計(jì)劃整治。建議有關(guān)部門在病害隱患處設(shè)置相應(yīng)“標(biāo)志”，并進(jìn)行重點(diǎn)觀測(cè)，一旦發(fā)現(xiàn)異常，應(yīng)及時(shí)采取措施。

3）K1524+140～K1529+290段存在III類特征的一般病害隱患7處，必須定期進(jìn)行重點(diǎn)監(jiān)測(cè)。

4）K1524+775～K1528+665段存在Ⅳ類特征的輕微病害隱患13處，需定期進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

4 結(jié)束語

采用淺層地震反射波法探測(cè)巖溶地區(qū)既有鐵路路基病害，具有費(fèi)用低廉，快速有效，符合鐵路運(yùn)營(yíng)要求的特點(diǎn)，探測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確可靠，可視性好，是一種較理想的巖溶地區(qū)既有鐵路路基地質(zhì)病害勘探的普查方法。課題組對(duì)數(shù)據(jù)判讀標(biāo)準(zhǔn)及地質(zhì)病害進(jìn)行的分類分級(jí)，可使有關(guān)業(yè)務(wù)部門直觀地掌握路基地質(zhì)病害隱患分布情況，有助于根據(jù)輕重緩急，有針對(duì)性地采取措施，對(duì)地質(zhì)病害進(jìn)行治理與監(jiān)測(cè)，確保行車安全。

〔1〕顧曉魯，錢鴻縉，劉惠珊，等.地基與基礎(chǔ)〔M〕.北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2003.

〔2〕南寧鐵路局科學(xué)技術(shù)研究所，南寧鐵路局工務(wù)處，中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（武漢）地球物理系，南寧鐵路局柳州工務(wù)段.焦柳線路基地質(zhì)病害隱患地球物理勘探報(bào)告〔R〕.柳州：南寧鐵路局科學(xué)技術(shù)研究所，2005.