基金項(xiàng)目： 鐵道部科技研究開發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目（2009G010-A）

作者簡介： 胡熠（1984-），男，博士研究生，研究方向?yàn)榈刭|(zhì)工程與巖體工程，電話：13880776780，E-mail：ayize@163.com

文章編號： 0258-2724（2013）03-0441-08DOI： 10.3969/j.issn.0258-2724.2013.03.008

摘要： 為探討巖溶路基注漿質(zhì)量電磁波CT檢測標(biāo)準(zhǔn)，對南廣鐵路巖溶路基試驗(yàn)區(qū)段的64個(gè)剖面進(jìn)行了電磁波CT測試，對粘土層、卵石土層和溶洞等地下介質(zhì)注漿前后電磁波吸收系數(shù)的差值進(jìn)行了分析.結(jié)果表明，在注漿合格的巖溶路基中，粘土層注漿前后電磁波吸收系數(shù)的差值均小于0.1 dB/m，卵石土層約為0.20 dB/m，溶洞均大于0.4 dB/m，且主要分布在0.6～1.2 dB/m之間；南廣鐵路巖溶路基電磁波CT檢測注漿合格標(biāo)準(zhǔn)為：卵石土層和溶洞注漿前后電磁波吸收系數(shù)差值分別大于0.2和0.4 dB/m.

關(guān)鍵詞： 電磁波CT；電磁波吸收系數(shù)；巖溶路基；注漿質(zhì)量；檢測標(biāo)準(zhǔn)

中圖分類號： U416文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

近年來，隨著我國鐵路建設(shè)的迅猛發(fā)展，大量高速鐵路修建在巖溶發(fā)育地區(qū).高速鐵路對地表沉降及巖溶塌陷防治的要求比一般鐵路更高，因此常采用鉆孔注漿的方法對巖溶路基進(jìn)行加固.由于注漿加固屬于隱蔽工程，對注漿加固質(zhì)量進(jìn)行檢測十分重要[1].TB10035—2006《鐵路特殊路基設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定：對采用注漿加固的地基，應(yīng)采用物探、壓水試驗(yàn)配合鉆孔取芯等綜合方法進(jìn)行注漿效果檢測及評價(jià)[2].

然而，對于具體的檢測方法和標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)范沒有具體規(guī)定，各鐵路設(shè)計(jì)院在注漿加固檢測中采用的方法和標(biāo)準(zhǔn)不完全統(tǒng)一.鉆孔取芯觀察水泥結(jié)石率是一種直觀、準(zhǔn)確的檢測方法，但其檢測結(jié)果具有很大的偶然性；壓水試驗(yàn)的設(shè)備笨重，工作效率低，且作業(yè)規(guī)程和檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)目前尚不統(tǒng)一；物探方法中進(jìn)行過理論研究并擁有推薦檢測標(biāo)準(zhǔn)的只有瞬態(tài)面波法一種，但瞬態(tài)面波法受覆蓋層厚度、施工現(xiàn)場震動(dòng)和地面障礙物的影響較大，無法在所有區(qū)段開展工作.因此，現(xiàn)有的巖溶注漿加固檢測方法已不能滿足高速鐵路巖溶路基注漿檢測的要求，迫切需要研究新的注漿質(zhì)量檢測方法.

電磁波CT是一種新的物探方法，與其他物探方法相比，電磁波CT對地下洞穴的位置、大小把握準(zhǔn)確，在覆蓋層較厚或有地面障礙物阻擋時(shí)有獨(dú)特的優(yōu)勢[3].過去30多年中，電磁波CT在國內(nèi)外工程地質(zhì)勘探中得到了廣泛應(yīng)用，已擁有較成熟的理論和大量實(shí)踐經(jīng)驗(yàn).在注漿檢測方面，電磁波CT在采空區(qū)注漿加固檢測中有過嘗試，對檢測方法也進(jìn)行了探索[4-5]，但尚缺乏系統(tǒng)研究，未提出有效、可靠的檢測評價(jià)標(biāo)準(zhǔn).

本文以在建的南廣鐵路為依托，對用電磁波CT法檢測注漿加固效果的評判方法進(jìn)行了研究，得到了適用于南廣鐵路巖溶路基的電磁波CT注漿質(zhì)量檢測評判標(biāo)準(zhǔn)，為南廣鐵路巖溶路基注漿質(zhì)量電磁波CT檢測評價(jià)提供了依據(jù)，也為今后巖溶路基注漿質(zhì)量檢測提供了一種可借鑒的檢測方法和評判標(biāo)準(zhǔn).

1電磁波CT檢測原理

1.1電磁波CT基本原理

1.2檢測原理

由于水泥漿和巖溶路基中地質(zhì)介質(zhì)的電磁波吸收系數(shù)差異較大（表1），因此，當(dāng)水泥漿注入溶洞或裂隙后，該區(qū)域的電磁波吸收系數(shù)將產(chǎn)生不同程度的變化.

利用這一特性，可以在巖溶路基注漿前后分別進(jìn)行電磁波CT測量，對比注漿前后電磁波吸收系數(shù)，根據(jù)注漿前后電磁波吸收系數(shù)的變化情況判斷注漿效果.

2試驗(yàn)區(qū)段選取

為使研究成果能在南廣鐵路全線應(yīng)用，試驗(yàn)區(qū)段在地形地貌、巖溶發(fā)育程度及地下水特征等方面應(yīng)具有代表性.根據(jù)南廣鐵路前期勘察資料，在南廣鐵路158 km巖溶發(fā)育區(qū)中篩選出8段共計(jì)6 557 m巖溶路基作為電磁波CT試驗(yàn)區(qū)段，共進(jìn)行64個(gè)剖面的電磁波CT試驗(yàn).試驗(yàn)區(qū)段沿線覆蓋型巖溶段落長度占巖溶段落的96.4%，試驗(yàn)區(qū)段地質(zhì)概況見表2.

3現(xiàn)場試驗(yàn)方法

3.1儀器選取

用電磁波CT法檢測注漿質(zhì)量，使用的儀器為國土資源部物化探研究所研制和生產(chǎn)的JW-5Q型地下電磁波儀（圖1）.該套設(shè)備在全國范圍內(nèi)銷售已超過200套，在我國鐵路行業(yè)中具有極高的普及性，用該套設(shè)備進(jìn)行試驗(yàn)研究，所得結(jié)論能很好地推廣應(yīng)用.

3.2測量方法及剖面布置

進(jìn)行電磁波CT測試時(shí)，先將發(fā)射機(jī)和接收機(jī)分別放置到測試孔中預(yù)先設(shè)定的位置，然后保持發(fā)射機(jī)不動(dòng)，按照預(yù)先設(shè)置的間距移動(dòng)接收機(jī)，每到一個(gè)設(shè)定的深度接收一次電磁波場強(qiáng)；當(dāng)完成一個(gè)測試孔的測試后，移動(dòng)發(fā)射機(jī)到下一位置，接收機(jī)按照上述步驟繼續(xù)接收電磁波場強(qiáng)，直到發(fā)射機(jī)和接收機(jī)完成所有位置的發(fā)射和接收，見圖2.

測量時(shí)需要設(shè)定工作頻率，工作頻率低，透射距離長，但精度相對較低；工作頻率高，則透射距離短，但精度較高.測量時(shí)設(shè)置10、15、20、25和30 MHz同時(shí)進(jìn)行測試.測量結(jié)束后發(fā)現(xiàn)，由于部分測試剖面透射距離較遠(yuǎn)且?guī)r層破碎，只有10 MHz頻率能滿足所有剖面的透射要求，因此數(shù)據(jù)處理時(shí)，均采用頻率10 MHz的數(shù)據(jù)進(jìn)行層析解釋，以保證結(jié)果的統(tǒng)一.

測試時(shí)發(fā)射機(jī)與接收機(jī)移動(dòng)間距均為1 m.測量采用兩孔互換的方式，即完成一個(gè)剖面的測試后，將接收機(jī)與發(fā)射機(jī)互換到對方孔中重新測量一次，并綜合2次的測量結(jié)果一并進(jìn)行層析處理.

在8個(gè)試驗(yàn)區(qū)段中劃分出11個(gè)電磁波CT測試區(qū)，利用已有注漿孔作為電磁波CT測試孔.每個(gè)測試區(qū)布置4個(gè)測試孔，測試孔呈矩形分布（圖3）.分別測試矩形4邊和2條對角線方向的6個(gè)剖面.

3.3注漿后測試時(shí)間的選擇

注漿后水泥漿將隨時(shí)間逐漸凝固，在此期間，水泥漿不同的凝固情況會(huì)得到不同的電磁波CT測量結(jié)果，不同測量結(jié)果對應(yīng)不同檢測標(biāo)準(zhǔn).因此，為采用同一標(biāo)準(zhǔn)，需要對注漿后隨時(shí)間變化的電磁波CT測量結(jié)果進(jìn)行分析，以確定適當(dāng)?shù)臋z測時(shí)間.選取DK6+205剖面注漿1、3、5、7、9、14、20和28 d后進(jìn)行電磁波CT測試，分析剖面溶洞位置水泥漿電磁波吸收系數(shù)的變化情況，見圖4.

從圖4可見，注漿后1～7 d，電磁波吸收系數(shù)快速增長，第7天達(dá)到4.81 dB/m；注漿后7～28 d，電磁波吸收系數(shù)基本保持不變.因此可以認(rèn)為，注漿7 d后水泥漿的電磁波吸收系數(shù)已趨于穩(wěn)定.據(jù)此確定的適當(dāng)?shù)臋z測時(shí)間為注漿7 d以后.

4現(xiàn)場實(shí)測數(shù)據(jù)解釋分析

由于試驗(yàn)區(qū)段中電磁波CT測量剖面較多，因此選擇DK6+355.5剖面為例，對現(xiàn)場實(shí)測數(shù)據(jù)進(jìn)行說明.

圖5為DK6+355.5鉆孔剖面，覆蓋層為黏土，剖面中部有明顯溶蝕凹槽，距離左側(cè)8.0 m鉆孔處深度12～13 m為充填溶洞，根據(jù)鉆孔巖心顯示，基巖表面的巖體較破碎，深度到達(dá)15 m以下后基本為完整的石灰?guī)r.

注漿前先采用類似壓水試驗(yàn)的方法進(jìn)行洗孔，洗孔水壓為2 MPa，洗孔后巖體裂隙和充填溶洞的貫通性更好，有利于注漿過程中水泥漿的擴(kuò)散.注漿使用的材料為普通硅酸鹽與水混合形成的純水泥漿液，注漿壓力為0.5 MPa.

注漿前電磁波吸收系數(shù)的測量在洗孔工作完成后進(jìn)行，得到的電磁波吸收系數(shù)等值線見圖6（L為透射距離）.

從圖6可見，在深度3～8 m范圍內(nèi)，電磁波吸收系數(shù)在2～3 dB/m之間，且等值線過渡均勻、平緩，對照鉆孔剖面圖，該范圍正好位于土層中.

當(dāng)深度8 m以下時(shí)，左右兩側(cè)均出現(xiàn)電磁波高吸收異常區(qū)，電磁波吸收系數(shù)達(dá)4 dB/m以上，對照鉆孔剖面圖，其異常位置位于溶洞和基巖表層的巖體破碎區(qū)域，并大致能顯示出溶蝕凹槽的形態(tài).

當(dāng)深度15 m以下時(shí)，電磁波吸收系數(shù)開始逐漸降低，鉆孔剖面圖中顯示為完整基巖，電磁波測量結(jié)果與鉆孔剖面圖十分吻合.

注漿后對DK6+355.5剖面進(jìn)行電磁波CT測量，將注漿后的電磁波吸收系數(shù)減去注漿前的電磁波吸收系數(shù)，得到注漿前后電磁波吸收系數(shù)差值等值線（圖7）.從圖7可見，注漿后原有的溶洞和巖體破碎區(qū)域電磁波吸收系數(shù)明顯提高，差值達(dá)0.8 dB/m以上，而土層注漿前后電磁波吸收系數(shù)變化較小，完整基巖區(qū)域注漿前后電磁波吸收系數(shù)基本未發(fā)生變化.

5試驗(yàn)結(jié)果統(tǒng)計(jì)分析

5.1實(shí)測數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

電磁波CT測試結(jié)束后，采用現(xiàn)場開挖、鉆孔取芯和壓水試驗(yàn)等多種手段對電磁波CT試驗(yàn)剖面的注漿效果進(jìn)行驗(yàn)證.確定了41個(gè)注漿合格的剖面，對這41個(gè)注漿合格剖面中的黏土層、卵石土層、石灰?guī)r層和溶洞4類地質(zhì)介質(zhì)注漿前后的電磁波吸收系數(shù)差值進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析.由于不同工作頻率得到的電磁波吸收系數(shù)各不相同，為使所有樣本保持一致性，統(tǒng)計(jì)分析中均采用工作頻率為10 MHz的測試結(jié)果.

石灰?guī)r層在注漿時(shí)水泥漿幾乎無法進(jìn)入其中，因此其注漿前后的電磁波吸收系數(shù)基本相同.完整石灰?guī)r層注漿前后電磁波吸收系數(shù)差值見表3.從表3可見，所有剖面石灰?guī)r層的電磁波吸收系數(shù)差值均小于0.10 dB/m.

黏土層在注漿時(shí)水泥漿雖然較石灰?guī)r層注入得多，但是總體上依然較少.黏土層注漿前后電磁波吸收系數(shù)差值見表4.從表4可見，黏土層的電磁波吸收系數(shù)差值最大不超過0.12 dB/m，其中小卵石土層相對黏土層和完整石灰?guī)r層空隙多，注漿時(shí)水泥漿更容易進(jìn)入.卵石土層注漿前后電磁波吸收系數(shù)差值見表5.可見，卵石土層的電磁波吸收系數(shù)差值均大于0.20 dB/m.

溶洞在注漿過程中漿液進(jìn)入最多.試驗(yàn)區(qū)段中有的剖面具有多個(gè)溶洞，在統(tǒng)計(jì)工作中把同一剖面中的不同溶洞都算作一個(gè)樣本進(jìn)行統(tǒng)計(jì).

溶洞位置注漿前后電磁波吸收系數(shù)差值見表6.

從表6可見，注漿前后溶洞的電磁波吸收系數(shù)差值最小為0.40 dB/m，最大為2.30 dB/m，多數(shù)在0.60 ～1.20 dB/m之間，占77.8%.

5.2南廣鐵路巖溶路基注漿質(zhì)量電磁波CT檢測標(biāo)準(zhǔn)

上述分析結(jié)果表明，黏土和石灰?guī)r層空隙較少，注漿時(shí)水泥漿難以進(jìn)入，除個(gè)別剖面中黏土層注漿前后電磁波吸收系數(shù)差值大于0.10 dB/m外，其他都小于0.10 dB/m，這可能是由于測量誤差引起的.因此可以認(rèn)為，在南廣鐵路試驗(yàn)區(qū)段中，注漿對黏土和完整基巖幾乎沒有作用，注漿前后相應(yīng)的電磁波CT測試結(jié)果差異也不大；而溶洞和卵石土層中水泥漿注入較多，因此，注漿前后電磁波CT測試結(jié)果差異較明顯，注漿前后電磁波吸收系數(shù)差值分別大于0.20和0.40 dB/m，遠(yuǎn)大于黏土或石灰?guī)r層，同時(shí)也超出測量誤差影響范圍.

可見，采用電磁波CT法可以檢測出溶洞或卵石土的注漿效果.根據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果，得南廣鐵路巖溶路基電磁波CT檢測評判標(biāo)準(zhǔn)見表7.

由于上述標(biāo)準(zhǔn)是依據(jù)南廣鐵路試驗(yàn)區(qū)段的現(xiàn)場測試數(shù)據(jù)得到的，根據(jù)南廣鐵路巖溶路基段設(shè)計(jì)的注漿方法，注漿前用2 MPa的水壓對注漿孔進(jìn)行洗孔，洗孔后巖體裂隙間的貫通性更好，同時(shí)原有的充填溶洞也會(huì)變成半充填溶洞或空洞.

由于注漿施工方法的不同，其他地區(qū)的巖溶路基在注漿前會(huì)存在多種不同形式的溶洞，如空洞、黏土充填溶洞和砂充填溶洞等，注漿前電磁波吸收系數(shù)的表現(xiàn)形式存在差異，同時(shí)注漿后電磁波吸收系數(shù)有可能提高，也有可能降低.因此，提出的評判標(biāo)準(zhǔn)不能直接應(yīng)用到其他工程巖溶路基注漿檢測，但可供同類工程參考.

6結(jié)論

通過電磁波CT法注漿檢測的現(xiàn)場試驗(yàn)，得到以下結(jié)論：

（1） 電磁波CT可用于南廣鐵路巖溶路基中卵石土層和溶洞注漿質(zhì)量的檢測，檢測方法為注漿前后分別進(jìn)行電磁波CT測試，根據(jù)注漿前后電磁波吸收系數(shù)的差值來評判是否達(dá)到合格標(biāo)準(zhǔn).

（2） 注漿后電磁波吸收系數(shù)將隨水泥漿的凝固程度發(fā)生變化，當(dāng)凝固時(shí)間達(dá)到7 d后，電磁波吸收系數(shù)基本穩(wěn)定，因此注漿后電磁波CT測試應(yīng)在注漿完成7 d后進(jìn)行.

（3） 南廣鐵路巖溶路基注漿質(zhì)量電磁波CT檢測注漿合格的評判標(biāo)準(zhǔn)：采用10 MHz工作頻率時(shí)，卵石土層注漿前后電磁波吸收系數(shù)差值大于0.2 dB/m、溶洞注漿前后電磁波吸收系數(shù)差值大于0.4 dB/m為注漿合格.

上述評判標(biāo)準(zhǔn)依據(jù)南廣鐵路試驗(yàn)區(qū)段的現(xiàn)場測試結(jié)果，選取的范圍非常有限，因此不能直接用于其他工程巖溶路基注漿檢測，但可供同類工程參考.今后還需進(jìn)一步積累資料，修正并完善該檢測方法和評判標(biāo)準(zhǔn).

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